SE458038B - Hydrocyklonanlaeggning foer separering av fibermassasuspension - Google Patents

Description

458 038 En konventionell anläggning av ovan beskrivet slag uppvisar vissa nack- delar- Eftersom luft i möjligaste mån bör undvikas i den slutliga lätta fasen, dvs. den fibermassasuspension som går till exempelvis en pappers- maskin, inställes hydrocyklonerna så att en stor andel av den luft som finns i den inkommande suspensionen följer med den tunga fasen. Härigenom kommer efter hand luftinnehållet att öka i den vätska som steg för steg passerar genom anläggningen och slutligen avgår som rejekt från det sista hydroeyklonsteget. Om luftinnehållet blir för stort uppkommer problem med funktionen av pumparna och hydrocyklonerna i de sista stegen.

Trots den avgasning av den inkoande suspensionen, som sålunda sker i anläggningen, innehåller emellertid ofta den slutliga lättfasen alltför mycket luft. Den måste därför ofta avgasas i en särskild anordning innan den kan tillföras exempelvis en pappersmaskin. En konventionell sådan avgasningsanordning är mycket dyrbar eftersom den innefattar en stor behållare, i vilken måste upprätthållas ett undertryck nära vakuum för nöjaktig avgasning. Avgasning genom centrifugalseparering är i detta sammanhang ej lämplig p.g.a. den slutliga lätta fasens stora flöde, t.ex. i storleksordningen 100.000 liter/minut. Även bakvattnet innehåller en viss mängd luft, som följer med in i anlägg- ningen och som bidrar till att framkalla ovan beskrivna problem. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att söka undanröja de ovaå beskrivna nackdelarna vid kända hydrocyklonanläggningar. Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen medelst en hydrocyklonanläggning av det inled- ningsvis beskrivna slaget, vilken utmärker sig i huvudsak av en anordning för avgasning av nämnda flöden av tung fas och spädvätska samt omblandning av dessa flöden, innefattande (1) en rotationssymmetrisk kamare, (2) ett tangentiellt inlopp till kammaren, vilket är anslutet till tungfasled- ningen utgående från den nämnda ena hydrocyklonens tungfasutlopp, för tillförsel av ett flöde av tung fas på sådant sätt att detta flöde bi- bringaš rötation i kammaren, bildande en kärna av separerad gas i'EÉÉtrum av denna, (3) ett centralt utlopp från kammaren för avskild gas, (4) ett spädvätskeinlopp till kammaren anordnat på axiellt avstånd från tnngfas- inloppet och anslutet till spädvätskeledningen för tillförsel av ett flöde 458 038 av spädvätska, varvid spädvätskeinloppet är inrättat att så inleda späd- vätska i kammaren att det komer i kontakt med den däri bildade centrala gaskärnan för avgasning av spädvätskeflödet, (5) och ett utlopp för en avgasad blandning av tung fas och spädvätska anslutet till tungfasled- ningen före nämnda pump.

Medelst en anordning av detta slag kan centrifugalsepareringsteknik utnyttjas för effektiv avgasning av fibersuspensionen. Istället för en extra avluftningsanordning för avluftning av hela flödet av den slutliga lätta fasen sker sålunda enligt uppfinningen en avluftning medelst centri- fugaldeparering av endast ett relativt litet flöde. Dessutom behövs ej någon extra energi tillföras för drift av anordningen.

Eftersom flödena av tung fas och spädvätska avgasas och omblandas i en och samma anordning, kan denna ges en enkel utformning. Den blir därmed billig att tillverka. Den bildade centrala gaskärnan i kammaren utnyttjas för avgasningen av spädvätskan på så sätt att gas i denna, som kommer i kontakt med gaskärnan, separeras från spädvätskan. Härigenom behövs ej någon extra pump för höjning av spädvätsketrycket till en sådan nivå att spädvätskans förhållandevis stora flöde kan avgasas genom centrifugering- Den låga strömningshastighet, cirka 0,5 m/s, för spädvätskan, som fordras för att denna skall hinna avgasas vid sin passering av den bildade cen- trala gaskärnan i kamaren, erhålls med fördel av trycket från i späd- vätskebehållaren befintlig spädvätska. g ” Under avgasningen av spädvätskan sker även en god omblandning av denna och den tunga fasen, varför det från anordningen avgående flödet av fiber- suspensionen håller en konstant halt av fibrer.

Med fördel är den ovannämnda kammarens tungfasinlopp försett med ett organ för inställning av den första hydrocyklonens arbetstryck, vilket medför maximal flödeshastighet in i kamaren. Normalt är en ventil anordnad i hydrocåklönens tungfasutlopp för inställning av arbetstrycket i hyáför cyklonen. Det nämnda organet kan således överta ventilens funktion, varför den senare kan slopas. Härigenom kan all tillgänglig tryckenergi utnyttjas för optimering av flödets hastighet tangentiellt in i kamaren, vilket ökar separeringseffekten. 458 B38 Enligt en föredragen utföringsform av anläggningen enligt uppfinningen innefattar kammaren en första del, som uppvisar tungfasinloppet och det centrala utloppet för avskild gas, och en andra del, som uppvisar späd- vätskeinloppet och utloppet för avgasad blandning. Härvid är den första kammardelen inrättad att så kommunicera med den andra kammardelen att roterande avgasat flöde, som strömmar från den första kammardelen in i den andra kamardelen, fortsätter att rotera i den andra kammardelen. Före- trädesvis är de första och andra kamardelarna anordnade koaxiellt, varvid den andra kamardelen har en större volym än den första kammardelen för att spädvätskans flödeshastighet genom den andra kamardelen skall bli låg.

Vidare är företrädesvis de första och andra kammardelarna cylindriska, varvid den första kammardelen har en mindre radie än den andra kammar- delen, eftersom separeringseffekten ökar med minskande radie. Härigenom erhålls en synnerligen enkel och ändamålsenlig utformning av kammaren.

Uppfinningen skall beskrivas närmare nedan med hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken figur 1 visar ett flödesschema av en konventionell anläggning innefattande tre hydrocykloner; figur 2 visar en konventionell anläggning innefattande två hydrocykloner; figur 3 visar en hydrocyklonanläggning enligt uppfinningen innefattande två hydrocykloner; x|"'| figur 4 visar ett snitt genom en anordning för avgasning och omblandning av flöden, ingående i en hydrocyklonanläggning enligt uppfinningen; och figur 5 visar ett snitt genom en kamare i avgasningsanordningen och kammarens tungfasinlopp, vilket är försett med ett organ för inställning av flödeshastigheten in i kammaren.

I figur l visas schematiskt en konventionell anläggning med tre kaskad- kopplade hydrocykloner 1, 2 och 3. Härvid är hydrocyklonerna kopplade i serie šä Ãtt separerad tung fas leds via ledningar mellan hydrocyïlóäernas 1 och 2 tungfasutlopp 4 och 5, och respektive inlopp 6 och 7 hos hydro- cyklonerna 2 och 3, medan separerad lätt fas återförs från hydrocyklonerna 458 038I 2 och 3 till respektive föregående hydrocykloner 1 och 2 via ledningar 8 och 9. Den slutliga tunga fasen avgår genom en ledning 10 från den tredje hydrocyklonen 3, och den slutliga lätta fasen avgår genom en ledning ll från den första hydrocyklonen 1. Anläggningen är försedd med ett flertal ventiler, t.ex- ventilen 12, för inställning av arbetstrycken i hydro- cyklonerna. Tre pumpar 13, 14 och 15 är anordnade för drift av anlägg- ningen, vilken matas dels med fibersuspension genom ledningar lóa-c, dels med spädvätska, t.ex. bakvatten från en behållare 17.' Figuršš visar mer detaljerat en konventionell hydrocyklonanläggning med två kaskadkopplade hydrocykloner. De detaljer i figur 2 som har motsva- righeter i figur 1 har givits samma hänvisningsbeteckningar och behöver inte beskrivas ytterligare. En tungfasledning l8a-c förbinder tungfas- utloppet 4 från den första hydrocyklonen l med inloppet 6 hos den andra hydrocyklonen 2. Från behållaren 17 med spädvätska sträcker sig en ledning 19 till tungfasledningen. En pump 14 är anordnad mellan anslutningspunkten för spädvätskeledningen 19 och inloppet 6 till den andra hydrocyklonen 2.

I figur 3, som visar en hydrocyklonanläggning enligt uppfinningen inne- fattande två kaskadkopplade hydrocykloner, har detaljer med motsvarig- heter i den konventionella hydrocyklonanläggningen enligt figur 2, som också innefattar två hydrocykloner, givits samma hänvieningsbeteckningar.

I serie mellan de tvâ hydrocyklonerna 1 och 2 är inkopplad en anordning för avgasning och omblandning av flöden av tung fas och spädvätska.

Anordningen innefattar en rotationšsymmetrisk kammare 20 med en övre cylindrisk del 21 och en därmed koaxiell undre cylindrisk del 22. Den undre kammardelen 22 har större volym och radie än den övre kammardelen 21 (figur 3 och 4). Den senare har ett tangentiellt inlopp 23, anslutet till tungfasledningen l8a från den första hydrocyklonens 1 tungfasutlopp 4, och ett centralt utlopp 24 för avskild gas. Den undre kammardelen 22 har ett radiellt spädvïtskeinlopp 25 anslutet till spädvätskeledningen 19 och ett utlopp Ü6 anslutet till tungfasledningen l8b före pumpen 14. En ledpfåt 27 sträcker sig axiellt från bottnen i den undre kamardelen 22 ett stycke upp i denna och skiljer det radiella inloppet 25 från utloppet 26. 458 038 Tungfasinloppet 23 till den övre kammardelen 21 är företrädesvis försett med ett organ 28 för inställning av arbetstryeket i hydrocyklonen 1, vil- ket medför maximal flödeshastighet in i kammaren (figur 5)- I sådant fall elimineras ventilen i tungfasledningen l8a utgående från den första hydrocyklonen l.

Hydrocyklonanläggningen enligt uppfinningen (figurerna 3-5) fungerar på följande sätt: J; Fibersuspensionen, som skall separeras i en lätt fas fri från tyngre föroreningar och en tung fas innehållande föroreningar, tillförs hydro- cyklonanläggningen genom ledningen l6a. Suspensionen, som innehåller t.ex. 2-3 Z fibrer, utspädes först med spädvätska från spädvätskebehâllaren 17 innan den medelst pumpen 13 tillförs den första hydroeyklonen 1. I denna separeras suspensionen dels i en lätt fas, som leds ut genom ledningen ll till t.ex. en pappersmaskin, dels i en tung fas, som leds ut via tungfas- utloppet 4 genom tungfasledningen löa.

Förutom föroreningar innehåller den tunga fasen från den första hydrocyk- lonen l en viss mängd fibrer, ofta i storleksordningen cirka 2 Z, samt en viss mängd luft- Den tunga fasen skall tillföras den andra hydrocyklonen 2, menfförst skall den tunga fasen avgasas och utspädas med spädvätska.

Den tunga fasen, som strömmar i tungfasledningen l8a utgående från tung- fasutloppet 4, tillförs den övre kammardelen 21 via det tangentiella tungfasinloppet 23, så att tungfasflödet bibringas rotation 1 kamaren 20, bildande en kärna 29 av separerad gas 1 centrum av denna. Den separerade gasen strömmar ut från kammaren 20 via det centrala utloppet 24 i den övre änden av den övre kammardelen 21. Från spädvätskebehållaren l7 tillförs den undre kammardelen 22 spädvätska via spädvätskeledningen 19 och det radiella inloppet 25- Den axiella ledplåten 27 i den undre kammardelen 22 ger de? idkommande flödet sv spädvätska en axiell strömningsriktningfrså att det bringas i kontakt med den centrala gaskärnan 29,.vi1ken sträcker sig ett stycke ned i den undre kamardelen 22. Den i spädvätskan inne- slutna gasen avgår därvid till gaskärnan 29. 458 038 Den undre kammardelen 22 är utformad med en större volym och en större radie än den övre kammatdelen 21 beroende dels på att spädvätskeflödet är större än tungfasflödet, t.ex. tre gånger större, dels på att späd- vätskeflödets hastighet ej bör överstiga cirka 0,5 m/s för att spädvätskan skall hinna avgasas vid sin passering av den centrala gaskärnan 29.

Den övre kammardelen 21 kommunicerar med den undre kammardelen 22 så att roterande avgasat flöde av tung fas, som strömmar från den övre kammar- delen 21 in i den undre kammardelen 22, fortsätter att rotera i den undre kammardelen 22. Härigenom kommer den centrala gaskärnan 29 att sträcka sig ett stšcke ned i den undre kammardelen 22. Dessutom möter det snabbt roterande flödet av tung fas det långsamt strömande flödet av spädvätska, så att en god omblandning av nämnda flöden erhålls.

Den avgasade blandningen av tung fas och spädvätska strömmar via utloppet 26 till tungfasledningen l8b före pumpen 14. Medelst pumpen 14 pupas blandningen under högre tryck vidare via tungfasledningen lßc till inloppet 6 hos den andra hydrocyklonen 2. I denna separeras blandningen i en slutlig tung fas, som avgår genom tungfasutloppet 5, och en lätt fas, som återförs till den första hydrocyklonen via ledningarna 8 och l6b, pumpen l3 samt ledningen l6c.

Genom uppfinningen erhålls en hydrocyklonanläggning medelst vilken luft- innehållet i avgiven lätt fas kan reduceras i sådan utsträckning ašt - ytterligare avgasning ofta ej blir nödvändig. Praktiska prov har visat på en luftreduktion av upp till 50-60'Z.

Claims (9)

1. 458 038 Patentkrav I- Hydrocyklonanläggning för separering av fibermassasuspension i en lätt fas och en tung fas, innefattande minst två hydrocykloner (1, 2), vilka var och en har ett inlopp för ett flöde, som skall separeras, ett utlopp för ett flöde av lätt fas och ett utlopp för ett flöde av tung fas, en tungfasledning (18a-c), som förbinder tungfasutloppet (4) från den ena hydrocyklonen (l) med inloppet (6) hos den andra hydrocyklonen (2), en behållare (17) med utspädningsvätska, t.ex. s.k. bakvatten, en ledning (19) för ett flöde av spädvätska sträckande sig mellan behållaren (17) och tungfasledningen.(l8a-c) och en pump (14), som är anordnad i tungfasledningen (l8a-c) mellan anslutningspunkten för spädvätskeledningen (19) och inloppet (6) till den andra hydrocyklonen (2), t e c k n a d k ä n n e - a v en anordning för avgasning av nämnda flöden av tung fas och spädvätska samt omblandning av dessa flöden, innefattande en rotationssymmetrisk kammare (20), ett tangentiellt inlopp (23) till kammaren (20), vilket är anslutet till tungfasledningen (l8a) utgående från den nämnda ena hydrocyklonens (1) tungfasutlopp (4), för tillförsel av ett flöde av tung fas på sådant sätt att detta flöde bibringas rotation i kamaren, bildande en kärna (29)-av-separerad gas i centrum av denna, ett centralt utlopp (24) från kammaren (20) för avskild gas, ett spädvätskeinlopp (25) till kammaren (20) anordnat på axiellt avstånd från tungfasinloppet (23) och anslutet till spädvätskeledningen (19) för tillförsel av ett flöde av spëdvätska, varvid spädvätskeinloppet (25) är inrättat att så införa spädvätskan i kammaren att det komer i kontakt med den däri bildade centrala gaskärnan (29) för avgasning av spädvätskeflödet, och :a _' ___' e ett utlopp (26), från kamaren (20) för en avgasad blandning av tung fas och spädvätska anslutet till tungfasledningen (18b) före nämnda pump (14). 9 458 oss

2. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att kammarens (20) spädvätskeinlopp (25) är anordnat radiellt.

3. Anläggning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att kammaren (20) är försedd med en ledplåt (27) inrättad att ge det inkommande flödet av spädvätska en axiell atrömningsriktning, så att det bringas i kontakt med nämnda centrala gaskärna (29).

4. Anläggning enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d a v att kammarens (20) tungfasinlopp (23) är försett med ett organ (28) för inställning av arbetstrycket i den första hydrocyklonen (1), så att maximal hastighet erhålls hos tungfasflödet in i kammaren.

5. Anläggning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att kammaren (20) innefattar en första del (21), som uppvisar tung- fasinloppet (23) och det centrala utloppet (24) för avskild gas, och en andra del (22), som uppvisar spädvätskeinloppet (25) och utloppet (26) för avgasad blandning, varvid den första kammardelen (Zl) är inrättad att så kommunicera med den andra kammardelen (22) att roterande avgasat flöde, som strömar från den första kamardelen (21) in i den andra kammardelen (22), fortsätter att rotera i den andra kammardelen.

6. Anläggning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att de första och andra kammardelarna (21 resp- 22) är anordnade koaxiellr. _

7. Anläggning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d a v att den andra kammardelen (22) har en större volym än den första kammar- delen (21).

8. Anläggning enligt något av kraven S - 7, k ä n n e t e c k n a d a v att de första och andra kammardelarna (21 resp. 22) är cylindriska.

9. Anfäggning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v atå-äen första kammardelen (21) har en mindre radie än den andra kammardelen (22).