NO148059B

NO148059B - DEVICE BY HYDROCYCLONONE Separator.

Info

Publication number: NO148059B
Application number: NO780548A
Authority: NO
Inventors: Rune Helmer Frykhult
Original assignee: Celleco Ab
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1983-04-25
Also published as: CA1088029A; FI62775B; NO780548L; SE412529B; GB1562073A; NO148059C; DE2809575A1; FR2382943B1; JPS53112560A; JPS6136987B2; SE7702500L; DE2809575C2; FI780581A; FR2382943A1; FI62775C

Description

Denne oppfinnelse vedrører en anordning ved en hydrosyklonseparator for oppdeling av en blanding i en spesifikt relativt lett første fraksjon og en spesifikt relativt tung andre fraksjon, med et separeringskammer bestående til dels av en sirkulærsylindrisk del forsynt med et tangentialt innløp for den innkommende blanding og et sentralt anordnet utløp for den lette fraksjon, og tildels av en konisk del som munner ut som et utløp for den tunge fraksjon, hvor i den koniske del i det minste en ledeskinne er anordnet for å bibringe den tunge fraksjon som strømmer langsetter en spiralbane langs med den koniske dels vegg, en radialt innadrettet bevegelseskomponent. This invention relates to a device at a hydrocyclone separator for dividing a mixture into a specifically relatively light first fraction and a specifically relatively heavy second fraction, with a separation chamber consisting in part of a circular cylindrical part provided with a tangential inlet for the incoming mixture and a central arranged outlet for the light fraction, and partly by a conical part which opens out as an outlet for the heavy fraction, where in the conical part at least one guide rail is arranged to convey the heavy fraction which flows along a spiral path along it conical part wall, a radially inward movement component.

Syklonseparatorer har funnet utstrakt anvendelse, særlig innenfor celluloseindustrien for rensing av massesuspensjoner. Normalt består et syklonseparatoranlegg av flere kaskadekoble-de trinn, og hvert trinn omfatter vanligvis et stort antall syklonseparatorer som er koblet sammen parallelt og har felles kammer som forener innløpene, henholdsvis utløpene. I et slikt syklonseparatoranlegg oppdeles den opprinnelig kraftig utspedde massesuspensjon i en utspedd renset fiberstrøm, som utgjør den lette fraksjon, samt en fortykket strøm av forurensninger som utgjør den tunge fraksjon. Moderne prosesstek-nikk har medført at temeraturen på massesuspensjoner som til-føres syklonseparatoranlegg for rensing er blitt stadig høyere, hvilket innebærer at viskositeten på vannet blir i tilsvaren-de grad lavere. Derved reduseres syklonseparatorenes separe-ringsevne, slik at andelen av cellulosefibre i den relativt konsentrerte tunge fraksjon øker, hvis ikke syklonseparator-anlegget utvides med flere trinn. Man er selvsagt interessert i å få minst mulig andel cellulosefibre i den tunge fraksjon. Samtidig streber man av miljøvernhensyn etter å holde volum-strømmen av den tunge fraksjon liten, hvorav følger at kon-sentrasjonen av forurensninger i denne fraksjon blir høy. Problemet er derfor å tilveiebringe en hydrosyklonseparator som skiller effektivt mellom en spesifikt forholdsvis lett første fraksjon og en spesifikt relativt tung andre fraksjon, hvor den senere uhindret skal kunne forlate hydrosyklonsepara-toren i et minimalt strømningsvolum med høy konsentrasjon. Cyclone separators have found extensive use, particularly within the cellulose industry for cleaning pulp suspensions. Normally, a cyclone separator plant consists of several cascade-connected stages, and each stage usually comprises a large number of cyclone separators which are connected together in parallel and have a common chamber that unites the inlets, respectively the outlets. In such a cyclone separator plant, the initially highly diluted pulp suspension is divided into a diluted purified fiber stream, which constitutes the light fraction, as well as a thickened stream of contaminants, which constitutes the heavy fraction. Modern process technology has meant that the temperature of mass suspensions that are fed to cyclone separator plants for purification has become increasingly high, which means that the viscosity of the water is correspondingly lower. Thereby, the separation capacity of the cyclone separators is reduced, so that the proportion of cellulose fibers in the relatively concentrated heavy fraction increases, if the cyclone separator plant is not expanded by several stages. One is of course interested in getting the smallest possible proportion of cellulose fibers in the heavy fraction. At the same time, for reasons of environmental protection, efforts are made to keep the volume flow of the heavy fraction small, from which it follows that the concentration of pollutants in this fraction becomes high. The problem is therefore to provide a hydrocyclone separator which effectively separates between a specifically relatively light first fraction and a specifically relatively heavy second fraction, where the latter should be able to leave the hydrocyclone separator unhindered in a minimal flow volume with a high concentration.

Flere forslag til løsning av problemer med fibertap og gjentetning av utløpsåpningen for den relativt tunge fraksjon er hittil blitt presentert og tillempet for praktisk drift. I prinsippet har de fleste av dem omfattet tilførsel av vann under trykk til de enkelte hydrosyklonseparatorer for speing av den tunge fraksjon og utvanning av de verdifulle fibre. Vannet blir da vanligvis innført tangentialt nær hydrosyklonseparatorens utløpsende eller gjennom en kanal med munningen beliggende i radial avstand fra og innenfor hydrosyklonseparatorens vegg ved utløpsenden. Avløpskammere i form av sylindre eller kjegler med tangentiale innløp for utspeingsvann har også vært koblet direkte til hydrosyklonseparatorens tungfrak-sjonsutløp. I beste fall har disse konstruksjoner ført til at gjentetningsproblemet ble redusert og at fibertapene minket noe. Several proposals for solving problems with fiber loss and resealing the outlet opening for the relatively heavy fraction have so far been presented and applied for practical operation. In principle, most of them have included the supply of water under pressure to the individual hydrocyclone separators for the separation of the heavy fraction and the dilution of the valuable fibres. The water is then usually introduced tangentially near the outlet end of the hydrocyclone separator or through a channel with the mouth located at a radial distance from and within the wall of the hydrocyclone separator at the outlet end. Drainage chambers in the form of cylinders or cones with tangential inlets for leaching water have also been connected directly to the hydrocyclone separator's heavy fraction outlet. At best, these constructions have led to a reduction in the resealing problem and a somewhat reduced fiber loss.

Man har også forsøkt i hydrosyklonseparatorens koniske del å anordne aksialt rettede ledeskinner utformet slik at de bibringer den tunge fraksjon, som langs en spiralbane strømmer langsetter delens koniske vegg, en radialt innadrettet bevegelseskomponent, hvorved det ble oppnådd en viss overføring av lette bestanddeler fra den tunge fraksjon til den i retning mot sitt utløp strømmende lette fraksjon. Man-har dog ikke oppnådd de ønskede resultater med disse anordninger. Attempts have also been made in the conical part of the hydrocyclone separator to arrange axially directed guide rails designed so that they give the heavy fraction, which flows along a spiral path along the part's conical wall, a radially inward movement component, whereby a certain transfer of light components from the heavy was achieved fraction to the light fraction flowing in the direction towards its outlet. However, the desired results have not been achieved with these devices.

Det kunne synes å ligge nær for hånd å gjøre utløpsåpnin-gen for den tunge fraksjon større enn hva som hittil har vært brukt. Dette er dog ikke mulig, da en slik utforming vil med-føre at altfor stor mengde av den tunge fraksjon slipper gjennom. Aksialt anordnede ledeskinner opptar en del av det til-gjengelige separeringsrom i separeringskammerets koniske del. Slitasje på ledeskinner krever større radial dimensjon enn hva som er tilrådelig ut fra et funksjonelt synspunkt. For å eli-minere ulempene med hensyn til separeringsrommet, kan man la den koniske del av separeringskammeret konvergere svakere, men da blir følgen at man får en meget lang konisk del i separeringskammeret, hvis utløpsdiamteren bibeholdes. It might seem obvious to make the outlet opening for the heavy fraction larger than what has been used so far. However, this is not possible, as such a design will result in an excessively large amount of the heavy fraction escaping through. Axially arranged guide rails occupy part of the available separation space in the conical part of the separation chamber. Wear on guide rails requires a larger radial dimension than is advisable from a functional point of view. In order to eliminate the disadvantages with regard to the separation space, the conical part of the separation chamber can be allowed to converge more weakly, but then the result is that you get a very long conical part in the separation chamber, if the outlet diameter is maintained.

I samsvar med oppfinnelsen er de nevnte problemer med fibertap og gjentetning av den tunge fraksjons utløpsåpning løst ved at det nær utløpet i den koniske del er anordnet i det minste én langsetter den koniske dels vegg på skrå forløpende ledeskinne som bibringer den mot utløpet i den koniske del strømmende tunge fraksjon en aksialt mot utløpet for den lette fraksjon rettet bevegelseskomponent. In accordance with the invention, the aforementioned problems with fiber loss and resealing of the heavy fraction outlet opening are solved by the fact that close to the outlet in the conical part, at least one is arranged along the wall of the conical part on an inclined guide rail which brings it towards the outlet in the conical part flowing heavy fraction one axially towards the outlet for the light fraction directed movement component.

Denne anordning fører med seg at konusvinkelen i hydrosyklonseparatorens koniske del reduseres, at ledeskinnen eller -skinnene får god plass uten innskrenkning av det tilgjenge-lige separeringsrom ettersom utløpsåpningen for den tunge fraksjon blir altfor stor. This arrangement means that the cone angle in the conical part of the hydrocyclone separator is reduced, that the guide rail or rails get plenty of space without restricting the available separation space, as the outlet opening for the heavy fraction becomes far too large.

Hydrosyklonseparatorer av forskjellige utførelser er tid-ligere kjent. Norsk patent nr. 91 858 omtaler en rørsentri-fuge for suspensjoner med ledeskinner. U.S. patent 2 222 930 viser en sentrifugalseparator med ledeskinner som følger en nedadgående væskehvirvel. U.S. patentskrift 2 582 423 omtaler en sylindrisk' separator som separerer støv fra en gassrstrøm og som er utstyrt med sylindrisk separeringskammer og skrue-formede ledeskovler. Hydrocyclone separators of various designs are known from time to time. Norwegian patent no. 91 858 mentions a tube centrifuge for suspensions with guide rails. U.S. patent 2,222,930 shows a centrifugal separator with guide rails that follow a downward liquid vortex. U.S. patent document 2 582 423 mentions a cylindrical separator which separates dust from a gas stream and which is equipped with a cylindrical separation chamber and screw-shaped guide vanes.

Sammenlignet med konvensjonelle hydrosyklonseparatorer for cellulosesuspensjoner kan man ved hjelp av anordningen i-følge oppfinnelsen redusere tapene av cellulosefibre i den ut-gående tunge fraksjon med over halvparten av de hittil vanligvis forekommende mengder uten at innholdet av forurensninger i den rensede cellulosesuspensjon, dvs. den lette fraksjon, øker. Bare den foranstaltning at en mindre andel cellulosefibre føres med i den tunge fraksjon, innebærer at denne har lettere for å strømme ut gjennom sitt utløp. Dertil kommer som nevnt at den omtalte utløpsåpning kan gjøres større. Der-med blir risikoen for gjentetning praktisk talt eliminert. Compared to conventional hydrocyclone separators for cellulose suspensions, the device according to the invention can be used to reduce the losses of cellulose fibers in the outgoing heavy fraction by more than half of the amounts normally occurring until now, without the content of contaminants in the purified cellulose suspension, i.e. the light fraction, increases. Only the measure that a smaller proportion of cellulose fibers is included in the heavy fraction means that it has an easier time flowing out through its outlet. In addition, as mentioned, the aforementioned outlet opening can be made larger. Thereby, the risk of re-sealing is practically eliminated.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et eksempel og under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en hydrosyklonseparator ifølge oppfinnelsen med et ledeorgan vist i oppriss. Fig. 2 viser et snitt langs linjen II-II på fig. 1, og Fig. 3 viser et snitt langs linjen III-III på fig. 1, men det nevnte ledeorgan er vist i grunnriss. The invention will be explained in more detail below by means of an example and with reference to the drawing, where: Fig. 1 shows a longitudinal section through a hydrocyclone separator according to the invention with a guide member shown in elevation. Fig. 2 shows a section along the line II-II in fig. 1, and Fig. 3 shows a section along the line III-III in Fig. 1, but the said control body is shown in plan.

På fig. 1 er med 1 og 2 betegnet de respektive sylindrisk koniske deler av en hydrosyklonseparator, med 3 et tangentialt innløp for den blanding som skal separeres■ med 4 et sentralt utløp for den spesifikt lettere fraksjon og med 5 et utløp fra den koniske del for den spesifikt tyngre fraksjon. I den koniske del 2 er det aksialt anordnet fire ledeskinner 6 som er jevnt fordelt langs den koniske dels omkrets. Sett i tverr-snitt, se fig. 2, har disse ledeskinner form av symmetriske rygger. Høyden av disse rygger tiltar i retning mot utløpet 5. Mellom ledeskinnene 6 og utløpet 5 er et ledeorgan 7 i form av en skrueskinne anordnet og strekker seg lh omdreining langs den koniske dels 2 innervegg. Skrueskinnen er utformet slik at den bibringer strømmen av den tunge fraksjon som beveger seg i retning mot utløpet 5 en aksialt motsatt rettet bevegelseskomponent, dvs. i retning mot det sentrale utløp 4 for den lette fraksjon. Sett fra hydrosyklonseparatorens inn-løpsende beveger nemlig strømmene seg med solen, mens lede-organets 7 skrueflate er innrettet til å bevege seg mot solen. In fig. 1 is denoted by 1 and 2 the respective cylindrically conical parts of a hydrocyclone separator, by 3 a tangential inlet for the mixture to be separated■ by 4 a central outlet for the specifically lighter fraction and by 5 an outlet from the conical part for the specifically heavier fraction. In the conical part 2, there are axially arranged four guide rails 6 which are evenly distributed along the circumference of the conical part. Seen in cross-section, see fig. 2, these guide rails have the form of symmetrical ridges. The height of these ridges increases in the direction towards the outlet 5. Between the guide rails 6 and the outlet 5, a guide member 7 in the form of a screw rail is arranged and extends lh revolution along the inner wall of the conical part 2. The screw rail is designed so that it gives the flow of the heavy fraction moving in the direction towards the outlet 5 an axially oppositely directed movement component, i.e. in the direction towards the central outlet 4 for the light fraction. Viewed from the inlet end of the hydrocyclone separator, the currents move with the sun, while the screw surface of the guide member 7 is arranged to move towards the sun.

Ved den viste utførelse heller skrueflaten innover mot horisontalplanet i retning mot utløpet 5, slik at den mot ut-løpet 5 strømmende tunge fraksjon også bibringes en radialt innadrettet bevegelseskomponent. In the embodiment shown, the screw surface inclines inwards towards the horizontal plane in the direction towards the outlet 5, so that the heavy fraction flowing towards the outlet 5 is also imparted with a radially inward movement component.

Som det fremgår av figurene er ledeorganet 7 utformet slik at utløpsarealet er forholdsvis stort, hvilket innebærer at passasjen for den tunge fraksjon er fri. As can be seen from the figures, the guide member 7 is designed so that the outlet area is relatively large, which means that the passage for the heavy fraction is free.

Den ovenfor beskrevne hydrosyklonseparator virker på føl-gende måte: Blandingen som skal deles opp i en spesifikt relativt lett første fraksjon og en spesifikt relativt tung andre fraksjon, kommer inn gjennom innløpet 3 og strømmer langsetter en spiralformet bane mot hydroklonseparatorens koniske del 2. Bestanddelene i den tunge fraksjon som blir igjen, søker da å vandre fortrinnsvis i nærheten av veggen, mens bestanddelene i den lette fraksjon som blir igjen søker å bevege seg i retning mot hydrosyklonseparatorens hovedakse. En del av de lette bestanddeler vil imidlertid bli igjen i strømmen nær veggen. Når strømmen har nådd ledeorganet 7, forandrer hoveddelen av denne, nemlig den lette fraksjon, aksialt bevegelsesretning og strømmer med bibeholdt rotasjons-retning mot utløpet 4, mens en mindre del, den tunge fraksjon, strømmer ut gjennom utløpet 5. Under strømningen forbi ledeskinnene 6 tvinges strømmen til å bøye av innover mot hydrosyklonseparatorens hovedakse, slik at lette bestanddeler brin-ges i kontakt med den mot utløpet 4 strømmende lette fraksjon. The hydrocyclone separator described above works in the following way: The mixture, which is to be divided into a specifically relatively light first fraction and a specifically relatively heavy second fraction, enters through the inlet 3 and flows along a spiral path towards the conical part 2 of the hydrocyclone separator. The components in the heavy fraction that remains then seeks to move preferentially near the wall, while the constituents of the light fraction that remains seeks to move in the direction towards the main axis of the hydrocyclone separator. Some of the light components will, however, remain in the flow near the wall. When the flow has reached the guide member 7, the main part of it, namely the light fraction, changes direction of axial movement and flows with maintained direction of rotation towards the outlet 4, while a smaller part, the heavy fraction, flows out through the outlet 5. During the flow past the guide rails 6 the flow is forced to bend inwards towards the main axis of the hydrocyclone separator, so that light components are brought into contact with the light fraction flowing towards the outlet 4.

Ledeorganet 7 hindrer at en altfor stor del av strømmen løper ut gjennom utløpet 5. Ved den viste utførelse av -ledeorganet 7 med mot horisontalplanet innover hellende skrueflate oppnås fordelaktige strømningsforhold i området nær ledeorganet 7, hvilket bidrar til et fordelaktig separeringsresultat. The guide member 7 prevents an excessively large part of the current from flowing out through the outlet 5. In the shown embodiment of the guide member 7 with a screw surface sloping inwards towards the horizontal plane, advantageous flow conditions are achieved in the area near the guide member 7, which contributes to an advantageous separation result.

Som allerede nevnt, tillater anordningen ifølge oppfinnelsen at en stor del av bestanddelene som hører med til den lette fraksjon, hindres i å strømme ut sammen med den tunge fraksjon, mens den fremdeles i form av et rimelig strømnings-volum gis fri passasje gjennom sitt utløp. As already mentioned, the device according to the invention allows a large part of the components belonging to the light fraction to be prevented from flowing out together with the heavy fraction, while it is still given free passage through its outlet in the form of a reasonable flow volume .

Claims

1. Device at a hydrocyclone separator for dividing a mixture into a specifically relatively light first fraction and a specifically relatively heavy second fraction, with a separation chamber consisting partly of a circular cylindrical part (1) provided with a tangential inlet (3) for the incoming mixture and a centrally arranged outlet (4) for the light fraction, and partly of a conical part (2) which opens into a central outlet (5) for the heavy fraction, where at least one guide rail (6) is arranged in the conical part (2) to impart the heavy fraction, which flows along a spiral path along the wall of the conical part, a radially aligned movement component, characterized in that the near outlet (5) in the conical part (2) is arranged in the the smallest one extends the wall of the conical part on an obliquely running guide rail (7) which imparts it towards the outlet in the conical part (2) flowing heavy fraction an axially towards the outlet (4) for the light fraction directed movement component.

2. Device according to claim 1, characterized in that the guide member (7) is arranged to also impart a radially inward movement component to the heavy fraction flowing towards the outlet in the conical part (2).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the guide member (7) is designed as a screw path.