WO2023285216A1 - Hydrozyklon für die faseraufbereitung - Google Patents

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WO2023285216A1
WO2023285216A1 PCT/EP2022/068659 EP2022068659W WO2023285216A1 WO 2023285216 A1 WO2023285216 A1 WO 2023285216A1 EP 2022068659 W EP2022068659 W EP 2022068659W WO 2023285216 A1 WO2023285216 A1 WO 2023285216A1
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WO
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stage
cleaning
flow
hydrocyclone
suspension
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PCT/EP2022/068659
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French (fr)
Inventor
Thomas JASCHEK
Stefan Koerber
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/24—Multiple arrangement thereof
    • B04C5/26—Multiple arrangement thereof for series flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/24—Multiple arrangement thereof
    • B04C5/28—Multiple arrangement thereof for parallel flow
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/18—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force
    • D21D5/24—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor with the aid of centrifugal force in cyclones

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage hydrocyclone arrangement according to the preamble of claim 1 and a method for cleaning a suspension according to the preamble of claim 13.
  • a hydrocyclone for fiber processing is known under the name "HighClean HCL5-C with Light Plus".
  • the pulp stream is fed into the top of the hydrocyclone.
  • the material flow is divided into an inner core flow and an outer ring flow.
  • the ring flow contains the separated heavy parts. These leave the hydrocyclone with the lower overflow, with backwash water being injected into the lower cone part of the hydrocyclone to prevent an excessive fiber content in the overflow.
  • the core flow contains the material portion cleaned from heavy materials as well as air and light particles.
  • This core flow flows axially via an upper dip tube in the direction of the upper outlet and is separated via a further dip tube into the accept on the tube wall as well as air and light dirt in the center of the tube and drawn off separately.
  • This hydrocyclone is also known as a combi-cleaner, since both a light part reject and a heavy part reject are discharged separately.
  • hydrocyclones in fiber processing, which are designed either for separating heavy parts or for separating light parts. These hydrocyclones, each with only one reject outlet, are less prone to blockages than the above-mentioned KombiCleaner.
  • a combination of a heavy-parts hydrocyclone followed by a light-parts hydrocyclone requires much more installation space and pump capacity and requires two separate treatment steps including their integration.
  • the invention is based on the object of providing a hydrocyclone arrangement with a first and at least one second cleaning stage whose susceptibility to failure is reduced. The object is achieved by the device with the features according to claim 1 and by the method with the method steps according to claim 13. Further advantageous features are specified in the dependent claims.
  • the hydrocyclone arrangement is characterized in that an opening is provided for discharging a partial flow from the at least second cleaning stage.
  • the opening is at least partially aligned in the opposite direction to the axial flow direction of the pulp suspension introduced into the second cleaning stage.
  • the opening for the discharge of the partial flow is preferably an opening at the end of a pipe. Due to this arrangement of the opening, the flow of the suspension in the second cleaning stage keeps this opening free of impurities from the suspension flowing past, or the accumulation of impurities is reduced. As a result, the susceptibility to failure of the hydrocyclone arrangement according to the invention can be reduced.
  • a cleaning stage also referred to as a stage, is a device for carrying out a cleaning step of the fiber suspension.
  • the fiber suspension flows through the stage and is divided into partial flows.
  • the feed is divided into the partial flows of accept, also referred to as accept, and impurity, also referred to as reject.
  • the opening is arranged at the end of at least the second stage, with the end lying opposite the outlet of the second stage.
  • the opening is located at one end and the outlet at the other end of the second stage. This simplifies a separation of the removal of impurities and the accepted material removed through the outlet.
  • a dip tube is provided as the opening for a central withdrawal of a partial flow from the second stage.
  • this enables a radially centered withdrawal from the second stage.
  • an extraction of a partial flow can also be positioned axially within the second stage by selecting the length of the dip tube. As a result, the quality of the partial fraction discharged through the dip tube can be adjusted.
  • the second stage is designed as a hydrocyclone. The suspension is introduced into this second stage with a tangential flow component. This tangential flow component can be generated in the flow path by means of guide elements, such as provided vanes.
  • At least one tangential inlet feed is provided for the feed of a partial flow of suspension into the at least second stage.
  • the at least one inlet feed is arranged radially outside of the dip tube.
  • the inlet feed can helically surround the immersion tube in the axial direction.
  • these inlet feeds can be arranged in a compact arrangement next to one another in the circumferential direction.
  • the first cleaning stage has a plurality of hydrocyclones, partial streams from this plurality of hydrocyclones of the first stage being fed to a single cleaning device of the second stage.
  • the second cleaning stage has a cylinder body.
  • a cylinder body can be provided which has a constant diameter at least from the opening of the tube.
  • the second cleaning stage has a narrowing of the flow cross section towards the outlet.
  • a light fraction is discharged via the dip tube.
  • a pressure gradient between the outlet and the opening of at least 0.2 bar, particularly preferably at least 0.5 bar, has proven to be advantageous. This means that the back pressure at the outlet is 0.2 bar higher than the back pressure at the opening
  • the first cleaning stage has a heavy-part reject discharge at the axially lower end.
  • a light part reject removal is provided in the second cleaning stage, with the light part reject removal taking place axially downwards.
  • the opening is kept free of impurities by the suspension flowing into the second stage via the inlet.
  • the flow direction of the suspension flowing into the second cleaning stage is in the opposite direction to the discharge direction of the light part reject discharge. This prevents the accumulation of impurities in this area. In particular, deposits on an edge of the opening are prevented.
  • the cones of the first stage are arranged coaxially to the dip tube and there is at least enough distance between the cones that the space between the cones can be used for passing the light part rejects downwards in the extension of the dip tube and a particularly compact design can be achieved.
  • each hydrocyclone of the first stage when passing from the first cleaning stage to the second cleaning stage, is followed by a tangential inlet feed for providing a centrifugal flow via at least the outlet of the first stage.
  • the invention relates to a method for cleaning a fiber suspension with a hydrocyclone arrangement.
  • a multi-stage cleaning of the supplied fiber suspension is provided.
  • the process is preferably carried out using a multi-stage hydrocyclone arrangement.
  • a centrifugal force acting on the suspension is used.
  • the fiber suspension is passed through a first centrifugal stage to a second stage.
  • a partial flow is discharged from the second cleaning stage, with the direction of flow of this partial flow being oriented in the opposite direction to the fiber suspension introduced into the second stage with respect to an axial flow component. Due to the opposing flows, an accumulation of impurities in the area of the partial discharge can be prevented, or at least reduced, which has an advantageous effect on the susceptibility of the process to failure.
  • the partial flow from the second stage is drawn off via a dip tube, the axial flow component of the suspension flowing around the dip tube being opposite to the direction of flow in the dip tube.
  • the first cleaning stage is a centrifugal stage and a heavy part reject, preferably at the axially lower end of the first stage, is removed and the accept of the first centrifugal stage is fed to the second cleaning stage, with a Light part fraction is removed via a light part reject removal opposite to the main flow direction in the second cleaning stage, preferably axially downwards.
  • Fig. 2 KombiCleaner according to the St.d.T
  • Fig. 3 Sectional feed to the second hydrocyclone stage
  • Fig. 4 Representation of the feed from Fig. 3 in 3D representation
  • FIG. 1 shows a hydrocyclone arrangement 1 with a first cleaning stage 101, also referred to as the first stage, and a second cleaning stage 201, also referred to as the second stage. Suspension is introduced into the hydrocyclone arrangement 1 via an inlet 103 of a first cleaning stage 101 .
  • the first cleaning stage is designed as a centrifugal stage 102, also referred to as a hydrocyclone.
  • the hydrocyclone stage 102 has a cone 107 .
  • the suspension flows into this cone 107 from a tangential direction.
  • the cone 107 tapers axially downwards to an axially lower end 115.
  • An annular flow 321 and a core flow 323 form in the cone, as illustrated in FIG.
  • a heavy part fraction is formed by the annular flow and is discharged from the first stage 101 via a sword I reject discharge 109 .
  • a flushing water connection 111 is provided to prevent blockages in the area of the heavy-part reject discharge 109 .
  • Backwash water is flushed into the cone 107 from the lower end 115 via a distributor space 113 .
  • the backwash water is flushed in upwards in the axial direction 25 .
  • the core flow 323 of the first stage 101 is fed to an outlet of the first stage 105 .
  • This outlet 105 is formed in a distributor head 106 of the first cleaning stage 101 .
  • the inlet 103 into the first stage 101 is also formed in this distributor head.
  • a distributor head is provided to distribute suspension to a plurality of hydrocyclones 102 of a first stage 101 .
  • These first stage hydrocyclones 102 101 are configured in a parallel arrangement.
  • the outlet 105 of the first stage from all hydrocyclones 101 of the first stage flows into the second cleaning stage 201 by means of the distributor head 106 via inlets 203 of a second stage 201 assigned to each outlet 105 .
  • the second cleaning stage 201 is also designed here as a hydrocyclone 202 and, in contrast to the first stage 101, has a cylinder body 207 with a constant diameter.
  • the inlet 203 into the cylinder body 207 takes place at the axially lower end 215.
  • the inlet feeds 204 have a tangential component, so that the suspension introduced in the cylinder body rotates and flows axially upwards in the direction of the outlet 205 of the second stage 201.
  • a flushing water supply 211 is provided at the top of the second stage 201.
  • This flushing water supply 211 is arranged axially centrally in the cylinder body 207 at the upper end of the cylinder body 207 .
  • a flushing water supply 211 is arranged axially centrally in the cylinder body 207 at the upper end of the cylinder body 207 .
  • a dip tube is arranged at the opposite end of the cylinder 207.
  • the dip tube 210 has an opening 214 located within the cylinder body. A core flow can be discharged from the second centrifugal stage 202 via this opening 214 .
  • the dip tube 210 is axially aligned and runs spatially between the hydrocyclones 107 of the first stage 101. Depending on the pressure drop, a light fraction can be removed from the center of the cylinder body 207 via the opening 214 of the dip tube 210 subtracted from.
  • the dip tube thus represents a light-parts reject discharge 209.
  • the length of the dip tube 210 allows the axial height of the suspension draw-off in the cylinder body 207 to be adjusted.
  • a light fraction is discharged via the dip tube 210 . Due to the arrangement, the suspension introduced into the second stage 201 flows past the end-side immersion tube edge 212 in the second stage. The direction of flow with respect to the axial component is opposite in the dip tube 210 . This prevents impurities from accumulating on the immersion tube edge 212 . If impurities have accumulated, these accumulated substances can be detached again from the edge 212 of the immersion tube by means of a reduced extraction via the immersion tube 210 or an increased inflow. In the event that a plug had become lodged in the opening, it would be possible to reverse the direction of flow in the dip tube and backwash.
  • FIG. 2 shows a CombiCleaner 301 called “HighClean HCL5-C with Light Plus”.
  • the suspension to be cleaned is introduced via an inlet 3, which is also the inlet 303 of the first cleaning stage 351 at the same time.
  • the first cleaning stage 351 has a cyclone head 306 and a cone 307 .
  • An annular flow 321 and a core flow 323 form in this cone 307 .
  • the annular flow 321 increasingly carries heavy matter with it, which is pressed against the wall of the cone 307 . With this annular flow 321, the heavy matter is conveyed downwards.
  • At the lower end of the cone 307 there is a lower reject discharge 309 for a heavy fraction.
  • a flushing water connection 311 is arranged there in order to dilute the suspension enriched with heavy particles and to keep it flowable and to flush the fibers in the core flow back against the direction of the heavy particle discharge.
  • a further upper reject discharge 310 is provided at the opposite end. A light fraction is discharged through this upper reject discharge 310 .
  • an accept is also discharged via an outlet 5, which is also the outlet 305 of the second cleaning stage 353 at the same time.
  • the second cleaning stage 353 has a cylinder body 317, the rotating suspension of the core flow 323 from the first cleaning stage being introduced axially into the second cleaning stage 353 via a connecting piece 352.
  • This upper reject discharge 310 fiber suspension is discharged from the radial center of the cylinder 317 as a light part reject.
  • a dip tube is provided for the light-part reject removal 310 .
  • the axial direction of flow of the fiber suspension discharged as accept via outlet 305 is identical to the axial component of the suspension fraction discharged as light part reject.
  • impurities are held at the edge of the immersion tube by the axial flow of both fractions at the edge of the immersion tube in which the flow occurs. An initially small adhesion of impurities can lead to the accumulation of further impurities and fibrous material in a short time, and lead to blockages.
  • FIG. 3 and 4 one embodiment of the construction of a header 106 is shown.
  • Suspension is fed into the distributor head 106 via an inlet 103 of the first cleaning stage.
  • the supplied suspension reaches the distributor head 106.
  • Recesses 104 are formed in the distributor head.
  • the suspension is fed to the individual hydrocyclones 102 via these recesses 104 and distributed to the individual hydrocyclones 102 of the first cleaning stage 101 .
  • four hydrocyclones are provided and four recesses 104 are thus formed.
  • Outlets 105 associated with each hydrocyclone 102 of the first stage are provided in the header. These outlets 105 are tangential
  • the inlet guides 204 are aligned tangentially.
  • all four first stage outlets 105 become a single second Cleaning stage 201 supplied.
  • the dip tube 210 runs axially and is arranged radially centrally between the tangential inlet feeds.
  • FIG. 5 shows a sketch of the flow in the area of the opening of the dip tube.
  • the flow outside of the dip tube 210 has an axially upward component, represented by dashed lines.
  • the flow in the dip tube 210 is directed axially downwards. Due to the external flow directed axially upwards and away from the edge of the immersion tube, the edge 212 of the immersion tube is discharged on one side and the accumulation of impurities on the edge of the immersion tube 212 is thereby avoided. By flowing off it is meant that the flow is directed away from the edge.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

Hydrozyklonanordnung (1) für eine Reinigung einer Faserstoffsuspension mit einem Einlauf (3) in eine erste Reinigungsstufe (101) und einem Auslauf (5) nach mindestens einer zweiten Reinigungsstufe (201), wobei die erste Reinigungsstufe (101) eine Zentrifugalstufe ist und wobei eine Öffnung, vorzugsweise ein Tauchrohr (210), für eine Abführung eines Teilstromes aus der mindestens zweiten Reinigungsstufe (201) vorgesehen ist, wobei für eine Abführung eines Teilstromes aus der mindestens zweiten Reinigungsstufe eine Öffnung (214) vorgesehen ist, wobei die Öffnung (214) mindestens teilweise entgegengesetzt zu der axialen Strömungsrichtung der in die zweite Reinigungsstufe (201) eingeleiteten Faserstoffsuspension ausgerichtet ist.

Description

Hydrozyklon für die Faseraufbereitung Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Hydrozyklonanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Reinigung einer Suspension nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Unter der Bezeichnung „HighClean HCL5-C mit Light Plus“ ist ein Hydrozyklon für die Faseraufbereitung bekannt. Der Faserstoffstrom wird in den Kopf des Hydrozyklons geleitet. Im Inneren des Hydrozyklons teilt sich der Stoffstrom in eine innere Kernströmung und eine äußere Ringströmung auf. Die Ringströmung enthält die abgeschiedenen Schwerteile. Diese verlassen mit dem unteren Überlauf den Hydrozyklon, wobei durch Einspritzung von Rückspülwasser in den unteren Konusteil des Hydrozyklons ein zu großer Faseranteil im Überlauf verhindert wird. Die Kernströmung enthält den von Schwerstoffen gereinigten Stoffanteil sowie Luft und Leichtteile. Diese Kernströmung strömt axial über ein oberes Tauchrohr in Richtung oberen Auslauf und wird über ein weiteres Tauchrohr in den Gutstoff an der Rohrwand sowie Luft und Leichtschmutz in der Rohrmitte getrennt und separat abgezogen. Dieser Hydrozyklon wird auch als KombiCleaner bezeichnet, da sowohl ein Leichtteilrejekt als auch ein Schwerteilrejekt getrennt voneinander abgeführt werden.
Darüber ist die Verwendung von Hydrozyklonen in der Faseraufbereitung bekannt, die entweder für die Separierung von Schwerteilen oder für die Separierung von Leichtteilen ausgelegt sind. Diese Hydrozyklonen mit nur jeweils einem Rejektabzug sind im Bezug zu dem oben genannten KombiCleaner weniger störanfällig für Verstopfungen. Jedoch benötigt eine Kombination von einem Schwerteil-Hydrozyklon gefolgt von einem Leichtteil-Hydrozyklon viel mehr Bauraum und Pumpenleistung und erfordert zwei getrennte Behandlungsschritte inklusive deren Einbindung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Hydrozyklonanordnung mit einer ersten und mindestens einer zweiten Reinigungsstufe bereitzustellen, deren Störanfälligkeit reduziert ist. Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Hydrozyklonanordung dadurch aus, dass für eine Abführung eines Teilstromes aus der mindestens zweiten Reinigungsstufe eine Öffnung, vorgesehen ist. Die Öffnung ist zumindest teilweise entgegengesetzt zu der axialen Strömungsrichtung des in die zweite Reinigungsstufe eingeleiteten Faserstoffsuspension ausgerichtet. Vorzugsweise ist die Öffnung für die Abführung des Teilstromes eine endseitige Öffnung eines Rohres. Durch diese Anordnung der Öffnung wird durch die Strömung der Suspension in der zweiten Reinigungsstufe diese Öffnung durch vorbeiströmende Suspension von Störstoffen freigehalten bzw. die Anlagerung von Störstoffen vermindert. Dadurch kann die Störanfälligkeit der erfindungsgemäßen Hydrozyklonanordnung vermindert werden.
Eine Reinigungsstufe, auch als Stufe bezeichnet, ist eine Vorrichtung zur Ausführung eines Reinigungsschrittes der Fasersuspension. Die Fasersuspension durchströmt die Stufe und wird in Teilströme unterteilt. Der Zulauf wird in die Teilströme Gutstoff, auch als Akzept bezeichnet und Störstoff, auch als Rejekt bezeichnet, aufgeteilt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Öffnung an dem Ende der mindestens zweiten Stufe angeordnet, wobei das Ende dem Auslauf der zweiten Stufe gegenüber liegt. Somit ist die Öffnung an einem Ende und der Auslauf an dem anderen Ende der zweiten Stufe angeordnet. Dadurch ist eine Trennung von Störstoffabführung und dem durch den Auslauf abgeführten Gutstoff vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Öffnung ein Tauchrohr für einen mittigen Abzug von einem Teilstrom aus der zweiten Stufe vorgesehen ist. Dadurch ist zum einen ein radial mittiger Abzug aus der zweiten Stufe möglich. Darüber hinaus kann ein Abzug eines Teilstromes auch axial innerhalb der zweiten Stufe durch Wahl der Länge des Tauchrohres positioniert werden. Dadurch kann die Güte der durch das Tauchrohr abgeführten Teilfraktion eingestellt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Stufe als Hydrozyklon ausgebildet ist. Die Suspension wird in diese zweite Stufe mit einer tangentialen Strömungskomponente eingeleitet. Diese tangentiale Strömungskomponente kann mittels Leitelementen, wie zum Beispiel vorgesehenen Flügeln, im Strömungsweg erzeugt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für die Zuführung eines Teilstromes an Suspension in die mindestens zweite Stufe mindestens eine tangentiale Einlaufzuführung vorgesehen ist. Dadurch ist die Erzeugung einer rotierenden Strömung konstruktiv besonders einfach.
Für eine besonders kompakte Bauform hat es sich als günstig erwiesen, wenn die mindestens eine Einlaufzuführung radial außerhalb zu dem Tauchrohr angeordnet ist. Dabei kann die Einlaufzuführung in axialer Richtung schraubförmig das Tauchrohr umgeben. Sind eine Mehrzahl an Einlaufzuführungen zu einer zweiten Stufe vorgesehen, so können diese Einlaufzuführungen in Umfangsrichtung nebeneinander in kompakter Anordnung angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Reinigungsstufe eine Mehrzahl an Hydrozyklonen aufweist, wobei Teilströme aus dieser Mehrzahl an Hydrozyklonen der ersten Stufe einer einzigen Reinigungsvorrichtung der zweiten Stufe zugeführt werden. Dadurch kann eine Nachbehandlung der aus der ersten Stufe abgeführten Suspension durchgeführt werden, wobei diese Bauweise besonders kostengünstig ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Reinigungsstufe einen Zylinderkörper aufweist. In einer Ausführungsform kann ein Zylinderkörper vorgesehen sein, der mindestens ab der Öffnung des Rohres einen konstanten Durchmesser aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Reinigungsstufe zum Auslauf hin eine Verjüngung des Strömungsquerschnittes ausweist. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Leichtteilfraktion über das Tauchrohr abgeführt wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt einen Druckgefälle zwischen Auslauf und der Öffnung von mindestens 0,2 bar, besonders bevorzugt mindestens 0,5 bar. D.h. der am Auslauf anliegende Staudruck ist um 0,2 bar höher als der bei der Öffnung anliegende Staudruck
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Reinigungsstufe eine Schwerteilrejekt-Abführung an dem axial unteren Ende aufweist. Eine Leichtteilrejekt- Abführung ist in der zweiten Reinigungsstufe vorgesehen, wobei die Leichtteil- Rejektabführung nach axial unten erfolgt. Durch die über den Einlauf in die zweite Stufe einströmende Suspension wird dabei die Öffnung frei von Störstoffen gehalten. Die Strömungsrichtung der in die zweite Reinigungsstufe einströmenden Suspension ist der Abzugsrichtung der Leichtteilrejekt-Abführung entgegengerichtet. Dadurch werden Störstoffansammlungen in diesem Bereich verhindert. Insbesondere werden Anlagerungen an einem Rand der Öffnung verhindert.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konen der ersten Stufe koaxial zu dem Tauchrohr angeordnet sind und mindestens so viel Abstand zwischen den Konen bleibt, dass der Bauraum zwischen den Konen für das Hindurchführen des Leichtteilrejekts in Verlängerung des Tauchrohres nach unten ausgenutzt werden und eine besonders kompakte Bauform erreicht werden kann.
In einer Ausführungsform ist bei dem Übertritt von der ersten Reinigungsstufe in die zweite Reinigungsstufe vorgesehen, dass sich an jeden Hydrozyklon der ersten Stufe über mindestens dem Auslauf der ersten Stufe eine tangentiale Einlaufzuführung für eine Bereitstellung einer Zentrifugalströmung anschließt. Dadurch wird eine Hydrozyklonströmung für die zweite Reinigungsstufe erzeugt. Das trägt zu einer kompakten Bauform und einer hohen Effizienz im Sinne von geringen Durchlaufverlusten der Hydrozyklonanordnung bei.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer Fasersuspension mit einer Hydrozyklonanordnung. In dem Verfahren ist eine mehrstufige Reinigung der zugeführten Fasersuspension vorgesehen. Bevorzugt wird das Verfahren mittels einer mehrstufigen Hydrozyklonanordnung ausgeführt. Es wird eine auf die Suspension wirkende Zentrifugalkraft ausgenutzt. Die Fasersuspension wird über eine erste Zentrifugalstufe in eine zweite Stufe geleitet. Aus der zweiten Reinigungsstufe wird ein Teilstrom abgeführt, wobei die Strömungsrichtung dieses Teilstromes entgegengesetzt zu der in die zweite Stufe eingeleiteten Fasersuspension in Bezug auf eine axiale Strömungskomponente ausgerichtet ist. Durch die entgegengesetzten Strömungen kann eine Störstoffansammlung im Bereich des Teilabzuges verhindert, zumindest aber vermindert werden, was sich vorteilhaft auf die Störanfälligkeit des Verfahrens auswirkt.
Bei einer Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens ist vorgesehen, dass der Teilstrom aus der zweiten Stufe über ein Tauchrohr abgezogen wird, wobei die axiale Strömungskomponente der das Tauchrohr umströmenden Suspension entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung im Tauchrohr ist.
Diese unterschiedlichen Strömungsrichtungen führen zu einer Vermeidung, zumindest Verminderung einer Ansammlung an Störstoffen an einer endseitigen Kante des Tauchrohres. Durch die Verwendung des Tauchrohren ist ein Abzug aus einer gewünschten Position der Suspension in der zweiten Stufe möglich. So ist insbesondere ein radial mittiger Abzug aus der zweiten Reinigungsstufe möglich.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die erste Reinigungsstufe eine Zentrifugalstufe ist und ein Schwerteilrejekt, vorzugsweise am axial unteren Ende der ersten Stufe, abgeführt wird und der Gutstoff der ersten Zentrifugalstufe der zweiten Reinigungsstufe zugeführt wird, wobei eine Leichtteilfraktion über eine Leichtteil-Rejektabführung entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung in der zweiten Reinigungsstufe, vorzugsweise nach axial unten, abgezogen wird. Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 : schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung
Fig. 2: KombiCleaner gemäß dem St.d.T
Fig. 3: Zuführung zur zweiten Hydrozyklonstufe im Schnitt
Fig. 4: Darstellung der Zuführung aus Fig. 3 in 3D-Darstellung
Fig. 5: Vereinfachte Darstellung der Strömungen im Bereich der
Leichtteilabführung In Figur 1 ist eine Hydrozyklonanordnung 1 mit einer ersten Reinigungsstufe 101, auch als erste Stufe bezeichnet, und einer zweiten Reinigungsstufe 201 , auch als zweite Stufe bezeichnet, gezeigt. In die Hydrozyklonanordnung 1 wird über einen Einlauf 103 einer ersten Reinigungsstufe 101 Suspension eingebracht. Die erste Reinigungsstufe ist als Zentrifugalstufe 102, auch als Hydrozyklon bezeichnet, ausgeführt.
Die Hydrozyklonstufe 102 weist einen Konus 107 auf. Die Suspension wird aus tangentialer Richtung in diesen Konus 107 eingeströmt. Der Konus 107 verjüngt sich nach axial unten zu einem axial unteren Ende 115. In dem Konus bildet sich eine Ringströmung 321 und eine Kernströmung 323 aus, wie in Figur 2 dargestellt. Am axial unteren Ende wird eine Schwerteilfraktion durch die Ringströmung gebildet und über eine Schwertei I-Rejekt Abführung 109 aus der ersten Stufe 101 abgeführt. Um Verstopfungen im Bereich der Schwerteil-Rejekt Abführung 109 zu verhindern, ist ein Spülwasseranschluss 111 vorgesehen. Über einen Verteilerraum 113 wird Rückspülwasser vom unteren Ende 115 in den Konus 107 eingespült. In der Regel wird das Rückspülwasser in axialer Richtung 25 nach oben eingespült. Die Kernströmung 323 der ersten Stufe 101 wird einem Auslauf der ersten Stufe 105 zugeführt. Dieser Auslauf 105 ist in einem Verteilerkopf 106 der ersten Reinigungsstufe 101 ausgebildet. Ebenfalls ist in diesem Verteilerkopf der Einlauf 103 in die erste Stufe 101 ausgebildet. Hier ist ein Verteilerkopf vorgesehen, um Suspension auf eine Mehrzahl an Hydrozyklonen 102 einer ersten Stufe 101 zu verteilen. Diese Hydrozyklonen 102 der ersten Stufe 101 sind in einer Parallelanordnung ausgeführt.
Bei der gezeigten Ausführung wird der Auslauf 105 der ersten Stufe von allen Hydrozyklonen 101 der ersten Stufe mittels des Verteilerkopfes 106 über jedem Auslauf 105 zugeordneten Einläufen 203 einer zweiten Stufe 201 in die zweite Reinigungsstufe 201 eingeströmt. Die zweite Reinigungsstufe 201 ist hier auch als Hydrozyklon 202 ausgebildet und weist im Unterschied zu der ersten Stufe 101 einen Zylinderkörper 207 mit einem konstanten Durchmesser auf. Der Einlauf 203 in den Zylinderkörper 207 erfolgt am axial unteren Ende 215. Die Einlaufzuführungen 204 weisen eine tangentiale Komponente auf, so dass die eingeführte Suspension im Zylinderkörper rotierend nach axial oben in Richtung dem Auslauf 205 der zweiten Stufe 201 strömt. An dem oberen Ende der zweiten Stufe 201 ist eine Spülwasserzuführung 211 vorgesehen. Diese Spülwasserzuführung 211 ist axial mittig in dem Zylinderkörper 207 an dem oberen Ende des Zylinderkörpers 207 angeordnet. In dem Zylinderkörper 207 der zweiten Stufe bildet sich ebenfalls eine
Ringströmung und eine Kernströmung aus. Durch den Auslauf 205 aus der zweiten Stufe, der gleichzeitig auch der Auslauf 5 der Hydrozyklonanordnung ist, wird die Ringströmung als Gutstofffraktion abgeführt.
Am entgegengesetzten Ende des Zylinders 207, dem axial unteren Ende 215, ist ein Tauchrohr angeordnet. Das Tauchrohr 210 weist eine innerhalb des Zylinderkörpers angeordnete Öffnung 214 auf. Über diese Öffnung 214 kann eine Kernströmung aus der zweiten Zentrifugalstufe 202 abgeführt werden. Das Tauchrohr 210 ist axial ausgerichtet und verläuft räumlich zwischen den Hydrozyklonen 107 der ersten Stufe 101. In Abhängigkeit von dem Druckgefälle kann über die Öffnung 214 des Tauchrohres 210 ein Leichtteilfraktion aus der Mitte des Zylinderkörpers 207 abgezogen werden. Damit stellt das Tauchrohr eine Leichtteil-Rejektabführung 209 dar. Durch die Länge des Tauchrohres 210 kann die axiale Höhe des Suspensionsabzuges in dem Zylinderkörper 207 eingestellt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird über das Tauchrohr 210 eine Leichtteilfraktion abgeführt. Dabei strömt aufgrund der Anordnung die in die zweite Stufe 201 eingebrachte Suspension an der endseitigen Tauchrohrkante 212 in der zweiten Stufe vorbei. Die Strömungsrichtung in Bezug auf die axiale Komponente ist in dem Tauchrohr 210 entgegengesetzt. Dadurch werden Störstoffe an einer Anlagerung an der Tauchrohrkante 212 gehindert. Falls sich doch Störstoffe angelagert haben, so können diese angelagerten Stoffe mittels eines verringerten Abzuges über das Tauchrohr 210 oder einer vermehrten Einströmung wieder von der Tauchrohrkante 212 abgelöst werden. Für den Fall, dass sich ein Pfropfen in der Öffnung festgesetzt hätte, wäre es möglich die Strömungsrichtung in dem Tauchrohr umzukehren und rückzuspülen.
In der Figur 2 ist ein CombiCleaner 301 bezeichnet als „HighClean HCL5-C mit Light Plus“ gezeigt. Bei diesem CombiCleaner 301 wird über einen Einlauf 3, der auch gleichzeitig der Einlauf 303 der ersten Reinigungsstufe 351 ist, die zu reinigende Suspension eingebracht. Die erste Reinigungsstufe 351 weist einen Zyklonkopf 306 und einen Konus 307 auf. In diesem Konus 307 bildet sich eine Ringströmung 321 und eine Kernströmung 323 aus. Die Ringströmung 321 führt vermehrt Schwerstoffe mit sich, die gegen die Wand des Konus 307 gedrückt werden. Mit dieser Ringströmung 321 werden die Schwerstoffe nach unten befördert. Am unteren Ende des Konus 307 ist eine untere Rejektabführung 309 für ein Schwerteilfraktion vorgesehen. Um die mit Schwerstoffen angereicherte Suspension zu verdünnen und fließfähig zu halten sowie um die Fasern in der Kernströmung entgegen der Richtung des Schwerteilabführung zurück zu spülen, ist dort ein Spülwasseranschluss 311 angeordnet. An dem gegenüberliegenden Ende ist eine weitere obere Rejektabführung 310 vorgesehen. Durch diese obere Rejektabführung 310 wird eine Leichtteilfraktion abgeführt. Daneben wird an diesem Ende des CombiCleaners auch ein Gutstoff über einen Auslauf 5, der auch gelichzeitig Auslauf 305 der zweiten Reinigungsstufe 353 ist, abgeführt. Die Zweite Reinigungsstufe 353 weist einen Zylinderkörper 317 auf, wobei die rotierende Suspension der Kernströmung 323 aus der ersten Reinigungsstufe über ein Verbindungsstück 352 in die zweite Reinigungsstufe 353 axial eingeleitet wird. Diese in die zweite Reinigungsstufe 353 eingeleitete Suspension strömt in Richtung Auslauf 305 der zweiten Reinigungsstufe. An dem Ende des Auslaufes 305 ist auch eine obere Rejektabführung 310 angeordnet. Durch diese obere Rejektabführung 310 wird Fasersuspension aus der radialen Mitte des Zylinders 317 als Leichtteilrejekt abgeführt. Für die Leichtteil-Rejektabführung 310 ist ein Tauchrohr vorgesehen. Die axiale Strömungsrichtung der als Gutstoff über den Auslauf 305 abgeführten Fasersuspension ist identisch mit der axialen Komponente der als Leichtteilrejekt abgeführten Suspensionsfraktion. Dadurch werden Störstoffe an der Kante des Tauchrohres durch die axiale Anströmung von beiden Fraktionen an der angeströmten Kante des Tauchrohres gehalten. Eine anfänglich kleine Anhaftung von Störstoffen kann in kurzer Zeit zur Ansammlung weiterer Störstoffe und Fasermaterial führen, und zu Verstopfungen führen.
In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsmöglichkeit der Konstruktion eines Verteilerkopfes 106 gezeigt. In dem Verteilerkopf 106 erfolgt eine Zuführung von Suspension über einen Einlauf 103 der ersten Reinigungsstufe. Die zugeführte Suspension gelangt in den Verteilerkopf 106. In dem Verteilkopf sind Ausnehmungen 104 ausgebildet. Über diese Ausnehmungen 104 wird die Suspension den einzelnen Hydrozyklonen 102 zugeführt und auf die einzelnen Hydrozyklone 102 der ersten Reinigungsstufe 101 verteilt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Hydrozyklone vorgesehen und somit vier Ausnehmungen 104 ausgebildet.
In dem Verteilerkopf sind für jeden Hydrozyklon 102 der ersten Stufe zugeordnete Ausläufe 105 vorgesehen. Diese Ausläufe 105 gehen in tangentiale
Einlaufzuführungen 204 für den Einlauf 203 in die zweite Reinigungsstufe 201 über. Für die Bereitstellung einer tangentialen Strömung in der zweiten Reinigungsstufe 201 sind die Einlaufzuführungen 204 tangential ausgerichtet. In dem gezeigten Fall werden alle vier Ausläufe 105 der ersten Stufe einer einzigen zweiten Reinigungsstufe 201 zugeführt. Das Tauchrohr 210 verläuft axial und ist radial mittig zwischen den tangentialen Einlaufzuführungen angeordnet.
In Figur 5 ist eine Skizze einer Darstellung der Strömungen im Bereich der Öffnung des Tauchrohres dargestellt. Die Strömung außerhalb des Tauchrohres 210 hat eine nach axial oben gerichtete Komponente, dargestellt durch gestrichelte Linien. Dahingegen ist die Strömung in dem Tauchrohr 210 nach axial unten gerichtet. Durch die axial nach oben und von der Tauchrohrkante weg gerichtete äußere Strömung wird die Kante 212 des Tauchrohres einseitig abgeströmt und dadurch die Anlagerung von Störstoffen an der Tauchrohrkante 212 vermieden. Mit Abströmen wird verstanden, dass die Strömung von der Kante weggerichtet ist.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Hydrozyklonanordnung (1) für eine Reinigung einer Faserstoffsuspension mit einem Einlauf (3) in eine erste Reinigungsstufe (101) und einem Auslauf (5) nach mindestens einer zweiten Reinigungsstufe (201), wobei die erste Reinigungsstufe eine Zentrifugalstufe (101) ist und wobei ein Rohr, vorzugsweise ein Tauchrohr (210), für eine Abführung eines Teilstromes aus der mindestens zweiten Reinigungsstufe (201) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Abführung eines Teilstromes aus der mindestens zweiten Reinigungsstufe (201) eine Öffnung (214) vorgesehen ist, wobei die Öffnung (214) zumindest teilweise entgegengesetzt zu der axialen Strömungsrichtung der in die zweite Reinigungsstufe (201) eingeleiteten Faserstoffsuspension ausgerichtet ist.
2. Flydrozyklonanordnung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (214) an dem dem Auslauf (5) der zweiten Stufe (201) gegenüber liegendem Ende der mindestens zweiten Stufe (201) angeordnet ist.
3. Flydrozyklonanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Öffnung (214) ein Tauchrohr (210) für einen mittigen Abzug vorgesehen ist.
4. Flydrozyklonanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (201) als Flydrozyklon ausgebildet ist.
5. Hydrozyklonanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass für die Zuführung eines Teilstromes an Suspension über einen Einlauf (203) in die mindestens zweite Stufe (201) mindestens eine tangentiale Einlaufzuführung (204) vorgesehen ist.
6. Hydrozyklonanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einlaufzuführung (203) radial außerhalb zu dem Tauchrohr (210) angeordnet ist.
7. Hydrozyklonanordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reinigungsstufe (101) eine Mehrzahl an Hydrozyklonen (102) aufweist, wobei Teilströme aus dieser Mehrzahl an Hydrozyklonen (102) der ersten Stufe (101) einer einzigen Reinigungsvorrichtung (der zweiten Stufe zugeführt werden.
8. Hydrozyklonanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reinigungsstufe (201) einen Zylinderkörper (207) aufweist.
9. Hydrozyklonanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (210) für eine Abströmung einer Leichtteil- Rejektabführung (209) vorgesehen ist.
10 Hydrozyklonanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reinigungsstufe (101) eine Schwerteilrejekt-Abführung (109) an dem axial unteren Ende (115) aufweist.
11. Hydrozyklonanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Konen (107) der ersten Stufe (101) um das Tauchrohr (210) herum radial angeordnet sind.
12. Hydrozyklonanordnung nach einem Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus jedem Hydrozyklon (102) der ersten Stufe (101) über mindestens dem Auslauf (105) der ersten Stufe (101) sich eine Einlaufzuführung (201) mit tangentialer Strömungskomponente für eine Bereitstellung einer Zentrifugalströmung anschließt.
13. Verfahren zur Reinigung einer Fasersuspension mit einer Hydrozyklonanordnung unter Ausnutzung einer auf die Suspension wirkenden Zentrifugalkraft, wobei die Fasersuspension über eine erste Zentrifugalstufe in eine zweite Stufe geleitet wird und aus der zweiten Stufe ein Teilstrom abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Teilstromes entgegengesetzt zu der in die zweite Stufe eingeleiteten Fasersuspension in Bezug auf eine axiale Strömungskomponente ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom aus der zweiten Stufe über ein Tauchrohr abgezogen wird, wobei die axiale Strömungskomponente der das Tauchrohr umströmenden Suspension entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung im Tauchrohr ist zur Vermeidung einer Ansammlung an Störstoffen an einer endseitigen Kante des Tauchrohres.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reinigungsstufe (101) eine Zentrifugalstufe (102) ist und eine Schwerteilfaktion, vorzugsweise am axial unteren Ende (115) der ersten Stufe (101), abgeführt wird und der Gutstoff der ersten Zentrifugalstufe (102) der zweiten Reinigungsstufe (201) zugeführt wird, wobei eine Leichtteilfraktion über eine Leichtteil-Rejektabführung (209) entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung in der zweiten Reinigungsstufe (201), vorzugsweise in Richtung axial unteres Ende (115), abgezogen wird.
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DE2943298A1 (de) * 1979-10-26 1981-04-30 J.M. Voith Gmbh, 7920 Heidenheim Wirbelabscheider
DE3329256A1 (de) * 1982-08-16 1984-02-16 Aktiebolaget Celleco, 10052 Stockholm Verfahren zum aufteilen einer mischung aus fasersuspension und leichten verunreinigungen
DE4342289A1 (de) * 1993-12-11 1995-06-14 Hans Joachim Dr Ing Schultz Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen von in einer Stoffsuspension enthaltenen erwünschten von unerwünschten Stoffen

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