DE102016007548A1 - Zyklonsystem - Google Patents
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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 - 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 aus2 , -
4 den Verengungsbereich des ersten Zyklons aus2 , -
5 den oberen Auslass des ersten Zyklons aus2 , -
6 den unteren Bereich des in2 gezeigten Zyklons und -
7 den in2 gezeigten zweiten Zyklon. - Die
1 zeigt die Einbindung eines Aufbereiters1 in eine Vorrichtung mit einem großen Hydrozyklon2 . Dieser Hydrozyklon2 hat einen Eingangskonus3 und einen Kopfbereich4 . Im Kopfbereich sind ein tangentialer Zulauf5 und ein zentraler Ablauf6 vorgesehen. Der Eingangskonus3 kann sich bis zum Kopfbereich4 erstrecken, sodass auch der Kopfbereich konisch ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann auch der Eingangskonus3 zylinderförmig ausgebildet sein. - Am unteren Ende des Eingangskonus
3 befindet sich ein kleinerer Durchmesser7 , der wie eine Einschnürung vom Eingangskonus3 in einen sich erweiternden Ausgangskonus8 überleitet. Am unteren Ende des Ausgangskonus8 ist ein sich wieder verjüngender Sammelkonus9 vorgesehen, der eine durch eine Schleuse10 verschlossene Austragsöffnung11 aufweist. - Der Aufbereiter
1 hat in seinem oberen Bereich12 eine Schraube13 und darunter einen Sieb14 , das den oberen Bereich12 von einem Unterlauf15 trennt. Die Schraube13 ist vorzugsweise als Spirale ausgebildet, die nur direkt oberhalb des Siebes14 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 Stoffgemenge16 wird mit einer Austragsschnecke17 ausgetragen und zu einem Puffer18 gefördert, der eine größere Menge des Stoffgemenges aufnehmen kann, um sie je nach Bedarf einem Sammler19 zuzuführen, von wo das Material über eine Kreiselpumpe20 zum dezentralen Zulauf5 des Hydrozyklons2 gefördert wird. Der Sammler21 dient dazu, das im Kreislauf geführte Material mit Wasser22 zu verdünnen und dann verflüssigt der Kreiselpumpe20 zuzugeben. Der Sammler21 kann daher als Schneckenförderer ausgebildet sein, dem Flüssigkeit zugegeben wird, um eine über die Kreiselpumpe20 förderbare Konsistenz zu erzielen. - An Stelle von Austragswendel oder Austragsschnecke
17 und Puffer19 kann auch eine besonders große Austragswendel vorgesehen werden, die es einerseits ermöglicht, Material aus dem Oberlauf des Aufbereiters1 abzuziehen und andererseits möglichst viel Material zu speichern, das dann nach und nach verflüssigt wird und der Kreiselpumpe20 zugegeben wird. - Im Hydrozyklon
2 wandert das Material zunächst spiralförmig bis zur Einschnürung7 und von dort weiter in den Ausgangskonus8 , wo eine Materialfraktion über die Schleuse10 entnommen wird. Das übrige Material wandert spiralförmig im Ausgangskonus8 wieder nach oben in den Eingangskonus3 und über den zentralen Ablauf6 zurück zum Aufbereiter1 . - Zuführöffnungen
23 im unteren Bereich8 des Zyklons2 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 Leitung25 und von dort zur Kreislaufpumpe26 . Diese Kreislaufpumpe26 fördert somit vom zentralen Ablauf6 des Zyklons2 zum tangentialen Zulauf5 des Zyklons2 . - Ein Bypass
27 , der nicht unbedingt benötigt wird, ermöglicht es, einen Teilstrom vor der Kreislaufpumpe20 abzuziehen und über dem Sammler21 oder direkt der Kreiselpumpe20 zuzuführen. - Der Kreislauf zwischen Hydrozyklon
2 , Aufbereiter1 und Kreiselpumpe20 ermöglicht es, das Gemenge16 über einen längeren Zeitraum zu behandeln und dabei an der Austragsöffnung11 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 Hydrozyklon2 getrennt werden. Alternativ können auch nach der Weiche18 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 Kreiselpumpe20 dem Sammler21 zugegeben oder an einer anderen Stelle wie beispielsweise am Puffer19 zugeführt. - Der Unterlauf
15 des Aufbereiters1 wird über eine Pumpe29 einem kleinen Zyklon30 zugeführt, wo Sande oder beispielsweise auch Aluminium31 abgetrennt und ausgetragen wird, während eine von Grobkorn gereinigte Suspension32 einem zweiten kleinen Zyklon33 zugeführt wird, in dem Feinkorn34 absinkt und ausgetragen wird, während gereinigter Faserstoff35 über den Oberlauf abgeführt wird und einem Filter36 zugeführt wird. Hier werden die Faserstoffe abgetrennt, während die Flüssigkeit über die Leitung37 zum Sammler21 und von dort zur Kreiselpumpe20 gelangt. - Das Wirkprinzip eines der kleinen Zyklone und das Zusammenwirken der zwei kleinen Zyklone wird im Folgenden an dem in den
2 bis7 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 Material40 gelangt über den tangentialen Zulauf41 in den ersten Zyklon42 . Darin trennt sich durch die Strömung das Material in eine von Grobkorn gereinigte Suspension43 und Grobkorn44 , das durch den Abzug45 aus dem ersten Zyklon42 entnommen werden kann. - Um das Grobkorn zu entnehmen ist am unteren Ende des Zyklons
42 ein Auffangbehälter46 , der oben und unten jeweils von einem Schieber47 bzw.48 begrenzt ist. Die Öffnungen49 und50 im Auffangbehälter46 dienen dem Zu- und Abführen von Füllwasser und der Entlüftung. - Eine Öffnung
51 oberhalb des Schiebers47 und im unteren Bereich des Zyklons42 dient dazu, im unteren Bereich dem Zyklon42 Gegenströmwasser zuzuführen. - Der Zyklon
42 besteht aus einem oberen Teil52 , das konisch oder zylinderförmig ausgebildet ist und einer Einschnürung53 , unter der sich ein konisches Zyklonelement nach unten erweitert. - Der zweite Zyklon
55 ist dem ersten Zyklon42 nachgeschaltet und die von Grobkorn gereinigte Suspension43 am Oberlauf des ersten Zyklons42 wird dem tangentialen Zulauf56 des zweiten Zyklons55 zugeführt. Dieser zweite Zyklon55 ist wie der erste Zyklon42 aufgebaut und er dient dazu, der von Grobkorn gereinigten Suspension Feinkorn57 abzutrennen, das am Abzug58 dem zweiten Zyklon55 entnommen wird. Am Oberlauf des zweiten Zyklons55 wird von Grobkorn und Feinkorn gereinigte Suspension59 dem zweiten Zyklon55 entnommen. Auch am zweiten Zyklon unterstützt Gegenströmwasser60 die Trennung im Zyklon und Schieber61 und62 begrenzen einen Auffangbehälter63 , an dem Öffnungen64 und65 für die Entlüftung und für Füllwasser vorgesehen sind. - Die
3 zeigt, wie an tangentialem Zulauf41 Grobkorn70 , Feinkorn71 und Faserstoff72 zugeführt werden. Diese mit Grobkorn und Feinkorn verunreinigte Faserstoffsuspension70 ,71 ,72 wird mittels einer Pumpe29 tangential in den ersten Zyklon42 gefördert. Im Zyklon42 bildet sich ein abwärts gerichteter Wirbel73 , 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 Grobkorn70 und Feinkorn71 . Diese Partikel werden durch die hohe Zentrifugalkraft nach außen aus dem Primärwirbel73 herausgedrückt und sinken am Rand des Konus52 nach unten ab. - Durch die konische Form
52 und die Einschnürung53 wird der Wirbel73 zur Umkehr gezwungen. Es bildet sich ein zweiter aufwärts gerichteter Wirbel, der Sekundärwirbel74 , der leichte Teile mit nach oben reist und über den Oberlauf in den zweiten Zyklon55 transportiert wird. Grobkorn70 und Feinkorn71 sinken im unteren Teil54 des ersten Zyklons42 weiter ab. - Die
5 zeigt, dass das Absinken des leichteren Feinkorns71 durch Gegenströmwasser51 , das von unten zugeführt wird, in seinem Absinken gehindert wird und in Konus54 zunächst in der Schwebe gehalten wird. Das leichtere Feinkorn71 gerät dann in den Aufwärtswirbel74 und wird zusammen mit dem Faserstoff72 über den Oberlauf in den zweiten Zyklon55 transportiert. - Das schwerere Grobkorn
70 wird durch das Gegenströmwasser51 nicht aufgehalten und sinkt weiter ab. Dadurch entsteht im ersten Zyklon42 eine reine Grobkornfraktion44 , die über den Auffangbehälter46 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 Zyklon55 , an dessen tangentialen Zulauf56 vom Grobkorn gereinigte Faserstoffsuspension aus Faserstoff72 und Feinkorn71 zugeführt wird. Fasserstoff72 und Feinkorn71 bilden im oberen Teil75 des zweiten Zyklons55 einen Primärwirbel76 und Feinkorn71 wird nach außen aus dem Primärwirbel76 herausgedrückt und sinkt am Rand des Konus75 nach unten ab. Der gereinigte Faserstoff72 wird mit dem Sekundärwirbel77 über den Oberlauf78 ausgetragen. - Das Feinkorn
71 sinkt im zweiten Zyklon55 ab, sodass im unteren Bereich79 des zweiten Zyklons55 eine Feinkornfraktion entsteht, die über den Auffangbehälter63 als pastöse Feinkornfraktion80 abgezogen werden kann. Je länger der untere Konus79 ist, umso feineres Korn kann abgeschieden werden, wenn das Zentrifugalteil im oberen Bereich75 entsprechend ausgelegt ist. Im zweiten Zyklon55 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
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 2015/000405 [0002]
Claims (10)
- 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.
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