DE102016007548A1

DE102016007548A1 - Zyklonsystem

Info

Publication number: DE102016007548A1
Application number: DE102016007548.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Boltersdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-05-11
Also published as: HK1253278A1; WO2017076384A1; CA3004375A1; RU2018120722A; RU2018120722A3; EP3370882A1; US20190060918A1; KR20180090281A; DE112016005089A5; AU2016351053A1; EP3370882B1; JP2018533479A

Abstract

Zyklonsystem, insbesondere für einen Aufbereiter, mit einem Kopfbereich, der einen dezentralen, vorzugsweise tangentialen, Zulauf und einen zentralen Ablauf aufweist, wobei sich an den zentralen Ablauf ein sich erweiternder Ausgangskonus anschließt, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Zyklons.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zyklonsystem. Allgemein betrifft die Erfindung einen Rotationsabscheider.
Derartige Anlagen sind aus der PCT/DE2015/000405 bekannt, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Zyklon, wie er dort beschrieben ist.
Vor der Behandlung der Partikel im Zyklon ist es vorteilhaft, sie in einem Aufbereiter zu behandeln. Hierbei sind vor allem mit Flüssigkeit versetzte Partikel relevant, die im Aufbereiter zerfasert werden. Der Aufbereiter dient dann der intensiven Vermengung und die Reibung der Partikel aneinander bewirkt eine Zerfaserung. Die Effektivität des Aufbereiters und insbesondere die für die Zerfaserung notwendige Energieaufnahme hängen stark von der Gestaltung des Aufbereiters ab.
Die im Unterlauf eines Aufbereiters ausgeschwemmten Partikel können in einem vorzugsweise einstufigen oder mehrstufigen Hydrozyklon weiter behandelt werden, um insbesondere sandartige Partikel auszuscheiden. Ein derartiger Hydrozyklon ist einfach im Aufbau, führt zu einem guten Wirkungsgrad und benötigt wenig Energie. Je nach Einsatz der Chemikalien können in einem derartigen Hydrozyklon auch Aluminiumpartikel ausgeschleust werden. Im Zyklon anfallende Fasern können entweder in einem Scheibenfilter oder Eindicker ausgeschieden werden oder in den Aufbereiter im Bereich des Oberlaufs wieder zurückgeführt werden.
Nach Abschluss eines derartigen Trennprozesses kann eine mehrstufige Wäsche folgen, die mit einem hochangereichten Waschwasser beginnt und mit quasi Frischwasser endet.
Um im Aufbereiter und/oder im Zyklon das Gemenge leichter trennen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Trennen der Fraktionen vom Gemenge in einer Flüssigkeit durchgeführt wird, die leichter oder schwerer als Wasser ist. Das kann beispielsweise durch eine Zugabe von Salz oder Alkohol zum Wasser erreicht werden. Es können aber auch hydrophobe Flüssigkeiten wie beispielsweise Öle verwendet werden.
Im Hydrozyklon werden in der Regel Materialien mit einer Dichte größer 1 abgeschieden. Das kann aber durch spezielle Strömungsverhältnisse beeinflusst werden. Dafür kann am unteren Ende des Hydrozyklons in einem sich verjüngenden Sammelkonus oder einem Austragskonus eine Flüssigkeit wie insbesondere Wasser zugeführt werden, um eine Gegenströmung zu erzielen. Bevorzugt wird die Flüssigkeit über Düsen oder Zuströmöffnungen zugeführt. Diese können am Umfang verteilt in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sein. Die Zuströmung sollte so bemessen sein, dass eine laminare Strömung die Trennung begünstigt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn man ein Zyklonsystem aus mehreren hintereinander geschalteten Zyklonen erstellt. Dabei sind die Zyklone vorzugsweise als Zyklone ausgebildet, bei denen sich an den zentralen Ablauf ein sich erweiternder Ausgangskonus anschließt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Verfahrensmäßig wird eine Gemengefraktion zuerst in einem ersten Zyklon und danach in einem zweiten Zyklon behandelt, wobei im ersten Zyklon mehr Flüssigkeit im Gegenstrom zur Erhöhung der Trennschärfe zugeführt wird als im zweiten Zyklon. Dabei kann durch viel im Gegenstrom zugeführte Flüssigkeit eine hohe Trennschärfe erzielt werden, während im nachfolgenden Zyklon oder in den nachfolgenden Zyklonen die Menge der zugeführten Flüssigkeit reduziert werden kann.
Eine Regelung ermöglicht es, dass zumindest dem ersten Zyklon am Austragskonus kontinuierlich Material, vorzugsweise als pastöses Material, entnommen wird. Dazu wird ein Austragsventil nur so wett geöffnet, dass ein Bodensatz an Austragsmaterial im Zyklon verbleibt und der Austrag entsprechend dem Eintrag kontinuierlich durchgeführt wird. Hierfür können Sensoren die Höhe des Bodensatzes im Austrag ermitteln, um über eine Regeleinrichtung die Öffnung des Ventils zu steuern.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
1 schematisch eine Vorrichtung zur Behandlung von Verbundstoffen mit zwei kleinen und einem großen Hydrozyklon,
2 vergrößert zwei hintereinander geschaltete Zyklone,
3 den Kopfbereich des ersten Zyklons aus 2,
4 den Verengungsbereich des ersten Zyklons aus 2,
5 den oberen Auslass des ersten Zyklons aus 2,
6 den unteren Bereich des in 2 gezeigten Zyklons und
7 den in 2 gezeigten zweiten Zyklon.
Die 1 zeigt die Einbindung eines Aufbereiters 1 in eine Vorrichtung mit einem großen Hydrozyklon 2. Dieser Hydrozyklon 2 hat einen Eingangskonus 3 und einen Kopfbereich 4. Im Kopfbereich sind ein tangentialer Zulauf 5 und ein zentraler Ablauf 6 vorgesehen. Der Eingangskonus 3 kann sich bis zum Kopfbereich 4 erstrecken, sodass auch der Kopfbereich konisch ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann auch der Eingangskonus 3 zylinderförmig ausgebildet sein.
Am unteren Ende des Eingangskonus 3 befindet sich ein kleinerer Durchmesser 7, der wie eine Einschnürung vom Eingangskonus 3 in einen sich erweiternden Ausgangskonus 8 überleitet. Am unteren Ende des Ausgangskonus 8 ist ein sich wieder verjüngender Sammelkonus 9 vorgesehen, der eine durch eine Schleuse 10 verschlossene Austragsöffnung 11 aufweist.
Der Aufbereiter 1 hat in seinem oberen Bereich 12 eine Schraube 13 und darunter einen Sieb 14, das den oberen Bereich 12 von einem Unterlauf 15 trennt. Die Schraube 13 ist vorzugsweise als Spirale ausgebildet, die nur direkt oberhalb des Siebes 14 über das Siebblech streift und das Material nach radial außen treibt. Auf eine zur Spirale führende Schraube wird vorzugsweise verzichtet, um den Eintrag von Luft in den unteren Bereich des Aufbereiters zu vermeiden und den Austrag von Luft im Aufbereiter zu erleichtern.
Das im Aufbereiter 1 behandelte Stoffgemenge 16 wird mit einer Austragsschnecke 17 ausgetragen und zu einem Puffer 18 gefördert, der eine größere Menge des Stoffgemenges aufnehmen kann, um sie je nach Bedarf einem Sammler 19 zuzuführen, von wo das Material über eine Kreiselpumpe 20 zum dezentralen Zulauf 5 des Hydrozyklons 2 gefördert wird. Der Sammler 21 dient dazu, das im Kreislauf geführte Material mit Wasser 22 zu verdünnen und dann verflüssigt der Kreiselpumpe 20 zuzugeben. Der Sammler 21 kann daher als Schneckenförderer ausgebildet sein, dem Flüssigkeit zugegeben wird, um eine über die Kreiselpumpe 20 förderbare Konsistenz zu erzielen.
An Stelle von Austragswendel oder Austragsschnecke 17 und Puffer 19 kann auch eine besonders große Austragswendel vorgesehen werden, die es einerseits ermöglicht, Material aus dem Oberlauf des Aufbereiters 1 abzuziehen und andererseits möglichst viel Material zu speichern, das dann nach und nach verflüssigt wird und der Kreiselpumpe 20 zugegeben wird.
Im Hydrozyklon 2 wandert das Material zunächst spiralförmig bis zur Einschnürung 7 und von dort weiter in den Ausgangskonus 8, wo eine Materialfraktion über die Schleuse 10 entnommen wird. Das übrige Material wandert spiralförmig im Ausgangskonus 8 wieder nach oben in den Eingangskonus 3 und über den zentralen Ablauf 6 zurück zum Aufbereiter 1.
Zuführöffnungen 23 im unteren Bereich 8 des Zyklons 2 erlauben es, Wasser oder eine andere Flüssigkeit zuzuführen, um durch eine radiale von außen nach innen gerichtete Strömungskomponente die Trennung des Materials im Zyklon zu erleichtern. Hierzu können die Zuführöffnungen als Düsen ausgebildet sein, die in einer definierten Strömungsrichtung eine Flüssigkeit in den Zyklon eintreten lassen.
An der Weiche 24 gelangt in einem Bogen der Hauptstrom in die Leitung 25 und von dort zur Kreislaufpumpe 26. Diese Kreislaufpumpe 26 fördert somit vom zentralen Ablauf 6 des Zyklons 2 zum tangentialen Zulauf 5 des Zyklons 2.
Ein Bypass 27, der nicht unbedingt benötigt wird, ermöglicht es, einen Teilstrom vor der Kreislaufpumpe 20 abzuziehen und über dem Sammler 21 oder direkt der Kreiselpumpe 20 zuzuführen.
Der Kreislauf zwischen Hydrozyklon 2, Aufbereiter 1 und Kreiselpumpe 20 ermöglicht es, das Gemenge 16 über einen längeren Zeitraum zu behandeln und dabei an der Austragsöffnung 11 unterschiedliche Fraktionen dem Kreislauf zu entnehmen.
Wenn alle werthaltigen Fraktionen entnommen sind, wird die Schiebeweiche 18 umgestellt und das Leichtmaterial, wie insbesondere Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, ausgetragen.
Dabei können verschiedene Kunststoffmaterialien bereits durch die Wahl der Flüssigkeit 22 in dem Hydrozyklon 2 getrennt werden. Alternativ können auch nach der Weiche 18 in einem weiteren Zyklon, der eine Flüssigkeit enthält, die leichter oder schwerer als Wasser ist, die Kunststoffe getrennt werden.
Neues Material 28 wird als Stoffgemenge entweder vor der Kreiselpumpe 20 dem Sammler 21 zugegeben oder an einer anderen Stelle wie beispielsweise am Puffer 19 zugeführt.
Der Unterlauf 15 des Aufbereiters 1 wird über eine Pumpe 29 einem kleinen Zyklon 30 zugeführt, wo Sande oder beispielsweise auch Aluminium 31 abgetrennt und ausgetragen wird, während eine von Grobkorn gereinigte Suspension 32 einem zweiten kleinen Zyklon 33 zugeführt wird, in dem Feinkorn 34 absinkt und ausgetragen wird, während gereinigter Faserstoff 35 über den Oberlauf abgeführt wird und einem Filter 36 zugeführt wird. Hier werden die Faserstoffe abgetrennt, während die Flüssigkeit über die Leitung 37 zum Sammler 21 und von dort zur Kreiselpumpe 20 gelangt.
Das Wirkprinzip eines der kleinen Zyklone und das Zusammenwirken der zwei kleinen Zyklone wird im Folgenden an dem in den 2 bis 7 gezeigten Beispiel beschrieben.
Während bereits mit einem einzigen der in 2 gezeigten Zyklone eine gute Trennung unterschiedlicher Materialien erreicht werden kann, bietet die Kombination derartiger Zyklone die Möglichkeit einer Fraktionierung. Dabei werden vorzugsweise zwei oder mehr Zyklone hintereinander geschaltet. Das zu behandelnde Material 40 gelangt über den tangentialen Zulauf 41 in den ersten Zyklon 42. Darin trennt sich durch die Strömung das Material in eine von Grobkorn gereinigte Suspension 43 und Grobkorn 44, das durch den Abzug 45 aus dem ersten Zyklon 42 entnommen werden kann.
Um das Grobkorn zu entnehmen ist am unteren Ende des Zyklons 42 ein Auffangbehälter 46, der oben und unten jeweils von einem Schieber 47 bzw. 48 begrenzt ist. Die Öffnungen 49 und 50 im Auffangbehälter 46 dienen dem Zu- und Abführen von Füllwasser und der Entlüftung.
Eine Öffnung 51 oberhalb des Schiebers 47 und im unteren Bereich des Zyklons 42 dient dazu, im unteren Bereich dem Zyklon 42 Gegenströmwasser zuzuführen.
Der Zyklon 42 besteht aus einem oberen Teil 52, das konisch oder zylinderförmig ausgebildet ist und einer Einschnürung 53, unter der sich ein konisches Zyklonelement nach unten erweitert.
Der zweite Zyklon 55 ist dem ersten Zyklon 42 nachgeschaltet und die von Grobkorn gereinigte Suspension 43 am Oberlauf des ersten Zyklons 42 wird dem tangentialen Zulauf 56 des zweiten Zyklons 55 zugeführt. Dieser zweite Zyklon 55 ist wie der erste Zyklon 42 aufgebaut und er dient dazu, der von Grobkorn gereinigten Suspension Feinkorn 57 abzutrennen, das am Abzug 58 dem zweiten Zyklon 55 entnommen wird. Am Oberlauf des zweiten Zyklons 55 wird von Grobkorn und Feinkorn gereinigte Suspension 59 dem zweiten Zyklon 55 entnommen. Auch am zweiten Zyklon unterstützt Gegenströmwasser 60 die Trennung im Zyklon und Schieber 61 und 62 begrenzen einen Auffangbehälter 63, an dem Öffnungen 64 und 65 für die Entlüftung und für Füllwasser vorgesehen sind.
Die 3 zeigt, wie an tangentialem Zulauf 41 Grobkorn 70, Feinkorn 71 und Faserstoff 72 zugeführt werden. Diese mit Grobkorn und Feinkorn verunreinigte Faserstoffsuspension 70, 71, 72 wird mittels einer Pumpe 29 tangential in den ersten Zyklon 42 gefördert. Im Zyklon 42 bildet sich ein abwärts gerichteter Wirbel 73, der als Primärwirbel bezeichnet wird. Dieser Primarwirbel zieht Faserstoff, Grobkorn und Feinkorn zunächst nach unten. Die Teilchen mit einem höheren spezifischen Gewicht als den der Flüssigkeit sind im vorliegenden Fall Grobkorn 70 und Feinkorn 71. Diese Partikel werden durch die hohe Zentrifugalkraft nach außen aus dem Primärwirbel 73 herausgedrückt und sinken am Rand des Konus 52 nach unten ab.
Durch die konische Form 52 und die Einschnürung 53 wird der Wirbel 73 zur Umkehr gezwungen. Es bildet sich ein zweiter aufwärts gerichteter Wirbel, der Sekundärwirbel 74, der leichte Teile mit nach oben reist und über den Oberlauf in den zweiten Zyklon 55 transportiert wird. Grobkorn 70 und Feinkorn 71 sinken im unteren Teil 54 des ersten Zyklons 42 weiter ab.
Die 5 zeigt, dass das Absinken des leichteren Feinkorns 71 durch Gegenströmwasser 51, das von unten zugeführt wird, in seinem Absinken gehindert wird und in Konus 54 zunächst in der Schwebe gehalten wird. Das leichtere Feinkorn 71 gerät dann in den Aufwärtswirbel 74 und wird zusammen mit dem Faserstoff 72 über den Oberlauf in den zweiten Zyklon 55 transportiert.
Das schwerere Grobkorn 70 wird durch das Gegenströmwasser 51 nicht aufgehalten und sinkt weiter ab. Dadurch entsteht im ersten Zyklon 42 eine reine Grobkornfraktion 44, die über den Auffangbehälter 46 in pastöser Form abgezogen werden kann.
Durch die Menge des gegenströmenden Wassers 51 kann somit das Ergebnis der Fraktionierung bestimmt werden.
Die 7 zeigt die Trennung im zweiten Zyklon 55, an dessen tangentialen Zulauf 56 vom Grobkorn gereinigte Faserstoffsuspension aus Faserstoff 72 und Feinkorn 71 zugeführt wird. Fasserstoff 72 und Feinkorn 71 bilden im oberen Teil 75 des zweiten Zyklons 55 einen Primärwirbel 76 und Feinkorn 71 wird nach außen aus dem Primärwirbel 76 herausgedrückt und sinkt am Rand des Konus 75 nach unten ab. Der gereinigte Faserstoff 72 wird mit dem Sekundärwirbel 77 über den Oberlauf 78 ausgetragen.
Das Feinkorn 71 sinkt im zweiten Zyklon 55 ab, sodass im unteren Bereich 79 des zweiten Zyklons 55 eine Feinkornfraktion entsteht, die über den Auffangbehälter 63 als pastöse Feinkornfraktion 80 abgezogen werden kann. Je länger der untere Konus 79 ist, umso feineres Korn kann abgeschieden werden, wenn das Zentrifugalteil im oberen Bereich 75 entsprechend ausgelegt ist. Im zweiten Zyklon 55 wird in der Regel kein Gegenströmwasser verwendet.
Der obere Teil des Zyklons kann einen zylinderförmigen Bereich aufweisen oder sogar vollständig bis zur Einschnürung zylinderförmig sein. Außerdem könnte dieser zylinderförmige Bereich als Rohr im oberen Bereich des Zyklons kürzer sein als der konische Bereich unterhalb der Einschnürung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2015/000405 [0002]

Claims

Zyklonsystem (68), insbesondere für einer Aufbereiter, mit einem Kopfbereich, der einen dezentralen, vorzugsweise tangentialen, Zulauf und einen zentralen Ablauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zentralen Ablauf ein sich erweiternder Ausgangskonus anschließt.
Zyklonsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich zylinderförmig ist.
Zyklonsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ausgangskonus (8) ein sich wieder verjüngender Sammelkonus (9) anschließt.
Zyklonsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ausgangskonus oder den Sammelkonus eine verschließbare Austragsöffnung anschließt.
Zyklonsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung eine Schleuse aufweist.
Zyklonsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung ein Ventil aufweist, das einen kontinuierlichen geregelten Austrag ermöglicht.
Zyklonsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführöffnungen im unteren Bereich des Zyklons, wie beispielsweise in einem Austragskonus oder einem Sammelkonus einen Zulauf einer Flüssigkeit oder eines Gases ermöglichen.
Zyklonsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere derartige Zyklone hintereinander geschaltet sind, um den Reinigungsgrad zu erhöhen.
Verfahren zum Betreiben eines Zyklons, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gemengefraktion zuerst in einem ersten Zyklon und danach in einem zweiten Zyklon behandelt wird, wobei im ersten Zyklon mehr Flüssigkeit im Gegenstrom zur Erhöhung der Trennschärfe zugeführt wird als im zweiten Zyklon.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest dem ersten Zyklon am Austragskonus kontinuierlich Material, vorzugsweise als pastöses Material, entnommen wird.