DE2712763C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrozyklonse­ parator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Hydrozyklonseparatoren werden für viele Zwecke verwen­ det. Eine der wichtigsten Verwendungsarten ist in der Cellulose-Industrie gegeben zur Reinigung von Suspensio­ nen von Cellulosefasern. Im allgemeinen besteht eine Zyklonseparatoren-Anlage aus verschiedenen Stufen, die in Serie geschaltet sind, wobei jede Stufe verschiedene parallel geschaltete Zyklonseparatoren mit gemeinsamen Kammern für die Ein­ lässe und für die Auslässe aufweist. Bei einer solchen Zyklonse­ paratoren-Anlage wird die ursprünglich hoch verdünnte Cellulosesuspension in einen Strom aus verdünnten, gereinigten Fasern (leichter Anteil) und in einen Strom aus eingedickten Verunreinigungen (schwerer Anteil) aufgetrennt. In der modernen Verfahrenstechnologie sind die Temperaturen der durch die Zyklonseparator-Anlagen aufzutrennenden Cellulosesuspensionen allmählich ange­ stiegen, was bedeutet, daß die Viskosität des Wassers entsprechend gefallen ist. Somit ist das Trennvermögen der Zyklonseparatoren abgefallen, wodurch die Konzentra­ tion der Cellulosefasern in dem verhältnismäßig konzen­ trierten schweren Anteil angestiegen ist, es sei denn, die Anlage wurde um mehrere Stufen erweitert. Die hohe Konzentration des schweren Anteils stellt auch eine Gefahr des Verstopfens der letzten Stufe der Zyklonsepa­ ratoren dar.

Es sind viele Versuche gemacht worden, die Probleme des Faserverlustes und des Verstopfens zu lösen und prakti­ sche Lösungen sind in wirtschaftlichen Größenordnungen erprobt worden. Im Prinzip wurde den einzelnen Zyklonse­ paratoren Wasser unter Druck zugeführt, um den schweren Anteil zu verdünnen und die wertvollen Fasern auszuwa­ schen. Im allgemeinen wurde Wasser in der Nähe desjeni­ gen Endes des Zyklonseparators tangential zugeführt, an dem der Auslaß für den schweren Anteil vorgesehen war, oder durch einen Kanal, der an dem für den Auslaß für den schweren Anteil vorgesehenen Ende mit einem radialen Abstand von der Wandung des Zyklonseparators endet. Es ist auch versucht worden, Austragskammern vorzusehen, die wie Zylinder oder Kegel ausgebildet und mit einem tangentialen Einlaß für das Wasser zum Verdünnen verse­ hen waren, der direkt mit dem Auslaß des Zyklonsepara­ tors für den schweren Anteil verbunden war. Bestenfalls wurden die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Verstopfen beseitigt und die Verluste an Fasern verrin­ gert, aber es verblieben immer noch einige Nachteile. So ist es sehr wesentlich für die Funktion eines Zyklonse­ parators, daß die am Einlaß und am Auslaß des Zyklonse­ parators vorherrschenden Druckverhältnisse richtig sind. Da das Wasser zum Verdünnen bisher in jeden einzelnen Separator eingeführt wurde, war es notwendig, die Strömung dieses Wassers mit großer Genauigkeit einzu­ stellen, was mit normalen Ventilen ein sehr schwieriger Vorgang ist. Da eine Zyklonseparator-Anlage aus mehreren Zyklonseparatoren besteht, die in jeder Stufe parallel­ geschaltet sind, muß das Wasser zum Verdünnen absolut gleichmäßig auf die verschiedenen Einheiten verteilt werden. Dies hat sich in der Praxis als nahezu unmöglich erwiesen. Die vorgeschlagenen Betriebsweisen bedeuten auch, daß sich bedeutende Abnutzungsprobleme ergeben.

Die DE-AS 10 78 998 zeigt einen Hydrozyklonseparator, bei dem die aufzutrennende Mischung tangential zur Wirbelkammer und schräg zur Hauptachse des Hydrozyklon­ separators durch eine Düse eingeströmt wird. Eine Ver­ dünnungsflüssigkeit wird dabei nicht zugeführt.

Die US-PS 29 65 522 zeigt einen Hydrozyklonseparator, bei dem eine aufzutrennende Mischung tangential und im rechten Winkel zur Hauptachse des Hydrozyklonseparators durch eine Düse eingeströmt wird, die lang im Verhältnis zu ihrem Durchmesser ist (ca. 6 : 1). Die durch die Düse eingeströmte Mischung wird von einem auf die Düse ausge­ richteten Wasserstrahl erzeugt, der von einer von der Seite herangeführten wäßrigen Aufschlämmung umgeben ist, die dadurch in die Düse mitgerissen wird. Die aus dieser Düse in den Hydrozyklonseparator ausströmende Mischung hat keine technisch nutzbare oder auch nur merkbare Bewegungskomponente quer zu ihrer Hauptströmungsrich­ tung.

Aus der US-PS 35 03 503 ist das gattungsbildende Prinzip bekannt, einen Zyklonseparator mit Wasser für Verdün­ nungszwecke zu betreiben, das durch einen tangentialen Einlaß zugeführt wird, während eine flüssige Suspension durch einen anderen tangentialen Einlaß zugeführt wird. Dieser Stand der Technik zeigt lediglich das Zuführen einer Flüssigkeitssuspension durch einen tangentialen Einlaß, der unter einem rechten Winkel zur Hauptachse des Zyklonseparators angeordnet ist. Diese Konstruktion hat sich als nicht besonders zweckvoll erwiesen und sie kann nicht dazu verwendet werden, Fasern erfolgreich aus dem Strom des schweren Anteils zu gewinnen, der aus einer Zyklonseparatoren-Anlage zur Reinigung einer Cellulosesuspension ausgetragen wird. Falls die Absicht besteht, die Cellulosefasern zu einem großen Teil zu reinigen und gleichzeitig den Abwasserstrom aus Umwelt­ schutzgründen zu verringern, so bedeutet dies, daß die Verunreinigungen in einem letzten Strom des schweren Anteils gesammelt werden müssen, der einen sehr kleinen Teil der zugeführten Eingangsströmung darstellt.

Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Anordnung der obenerwähnten Art vorzuse­ hen, die in der Lage ist, die Verluste des erwünschten Produktes zu verringern, ohne daß zusätzliche Verfah­ rensstufen hinzugefügt werden müssen. Die Anordnung soll auch eine sichere Betriebsweise ermöglichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem bei Hydrozyklonseparatoren der eingangs erwähnten gattungs­ gemäßen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorzugsweise sind die erste und die zweite Zuführleitun­ gen an die Einlaßdüse in einer Ebene angeschlossen, die tangential zu dem Hydrozyklonseparator verläuft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Einlaßdüse eine gewisse axiale Ausdehnung in Rich­ tung auf den Auslaß für den schweren Anteil, d. h. zwischen dem Verbindungspunkt der zweiten Zuführleitung und dem tangentialen Einlaß der Einlaßdüse in den Hydro­ zyklonseparator.

Vorzugsweise ist die erste Zuführleitung mit der Einlaß­ düse unter einem Winkel von = 110° bis 160° gegenüber der Hauptachse des Hydrozyklonseparators verbunden, wobei sich erwiesen hat, daß ein Winkel von etwa 135° zu den besten Ergebnissen führt.

Es hat sich gezeigt, daß es durch die vorliegende Erfindung möglich wird, die Verluste um etwa 50% gegenüber derjenigen Menge zu verringern, die bisher in der letzten Stufe einer Hydrozyklonseparator-Anlage als möglich betrachtet wurde, ohne eine weitere Stufe hinzu­ zufügen. Bei solchen Anlagen hat es sich bei den norma­ lerweise vorherrschenden Druckbedingungen in dem Auslaß für den schweren Anteil und in dem System für das Wasser zum Verdünnen gezeigt, daß die Einlaßfläche für die zu reinigende Suspension und sogar der Auslaß für den schweren Anteil gegenüber der entsprechenden Fläche in einem konventionellen Zyklonseparator einer entsprechen­ den Größe um einen Faktor von 2-3 vergrößert werden kann. Dies bedeutet, daß die Betriebssicherheit erheb­ lich erhöht worden ist und bedeutet gleichzeitig, daß die Zyklonseparatoren nach der vorliegenden Erfindung für neue Anwendungsfälle einsetzbar sind, für die kon­ ventionelle Zyklonseparatoren wegen des Verstopfens nicht sicher genug arbeiteten.

Eine lediglich als Beispiel gedachte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden unter Bezug­ nahme auf die Figuren beschrieben. Die

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die letzte Stufe einer Zyklonseparator-Anlage, die zwei gesonderte erfin­ dungsgemäße Zyklonseparatoren aufweist, die in Serie ge­ schaltet sind.

Fig. 2 ist ein schematisches Flußdiagramm einer konventio­ nellen Anlage zum Reinigen des schweren Anteils aus einer letzten Stufe einer Zyklonseparatoren-Anlage.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm einer Anlage zu dem gleichen Zweck, aber mit drei Serien von zwei Zyklonseparatoren, die parallel geschaltet sind und die mit tangentialen Einlässen für die zu reinigende Cellulosesuspension und für das Wasser zum Verdünnen versehen ist. Die Einlässe sind jedoch im rechten Winkel zur Hauptachse des Zyklonsepara­ tors angeordnet. In

Fig. 4 sind die erfindungsgemäßen Hydrozyklonseparatoren unmittelbar an die letzte Stufe einer Anlage in Serie ge­ schaltet. Es ist eine Pumpe vorgesehen für das Wasser zum Verdünnen.

Die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist in der folgenden Weise konstruiert:

Der erste Hydrozyklonseparator 1 weist einen tangentialen Einlaß 2, einen zentralen Auslaß 3 für den Austrag des leichten Anteils, einen Auslaß 4 für den schweren Anteil und eine Einlaßdüse 5 auf, die mit einer ersten Zuführ­ leitung 6 für den schweren Anteil verbunden ist, der aus einer nicht dargestellten Zyklonanlage ausgetragen wird, und die Einlaßdüse ist weiterhin mit einer zweiten Zuführ­ leitung 7 für die Verdünnungsflüssigkeit verbunden. Die Einlaßdüse 5 endet somit in dem tangentialen Ein­ laß 2 in dem Hydrozyklonseparator 1. Die Zuführleitung 6 ist mit der Einlaßdüse 5 unter einem Winkel von etwa α = 135° zu der Hauptachse des Hydrozyklonseparators verbun­ den, während die Zuführleitung 6 mit der Einlaßdüse 5 im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Haupt­ achse des Hydrozyklonseparators 1 verbunden ist. Die Zu­ führleitungen 6 und 7 sind mit der Einlaßdüse 5 verbunden und zwar in einer Ebene, die tangential zu dem Hydrozy­ klonseparator 1 verläuft. Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, weist die Düse 5 eine gewisse axiale Ausdehnung auf zwi­ schen den Verbindungspunkten der zweiten Zuführleitung 7 und dem tangentialen Einlaß 2 der Einlaßdüse 5 in den Hydrozyklonseparator 1. Eine Rohrleitung, die den Auslaß 3 für den leichten Anteil darstellt, erstreckt sich um ein gewisses Maß in axialer Richtung bis unterhalb des Einlasses 2.

Ein zweiter Hydrozyklonseparator 8, der mit dem Separator 1 in Serie verbunden ist, ist kleiner ausgeführt, jedoch in einer ähnlichen Weise konstruiert. Der schwere Anteil von dem Auslaß 4 für den schweren Anteil aus dem Hydrozyklon­ separator 1 wird durch eine Leitung 9 zugeführt und Wasser zum Verdünnen wird durch eine Leitung 10 zugeführt. Der schließlich gereinigte leichte Anteil wird durch einen Aus­ laß 11 für den leichten Anteil ausgetragen und der letzte schwere Anteil wird durch einen Auslaß 12 ausgetragen.

Bei der gezeigten Anordnung stehen die Querschnitte der Strömungsflächen an den Verbindungen der jeweiligen Ein­ laßdüsen für die Zuführleitungen 6, 7, 9 und 10 zueinander im Verhältnis von 5,5 : 1,0 : 2,1 : 0,2. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Einlasses 2 dazu beträgt 8,5. Die Anordnung funktioniert in der folgenden Weise:

Schwerer Anteil von der Zyklonseparator-Anlage fließt durch die Zuführleitung 6 und Wasser zum Verdünnen, beispiels­ weise solches, das von einem Abwassersystem kommt, wird unter Druck durch die Zuführleitung 7 gepumpt, wodurch die Hauptantriebskraft für das Abtrennen der Cellulosefasern von den Verunreinigungen in dem Separator 1 erhalten wird.

Die Ströme werden in der Einlaßdüse 5 gemischt, wodurch der eintretende schwere Anteil verdünnt wird, um die Trennung zu erleichtern. Infolge der Richtung der Zuführ­ leitung 6 im Verhältnis zur Hauptachse des Hydrozyklons 1 und infolge der Konstruktion der Einlaßdüse erhält die durch den Einlaß 2 eintretende Strömung eine Bewegungskomponente, die axial nach unten gerichtet ist, während die Hauptkom­ ponente einen rechten Winkel einnimmt zu der Hauptachse des Hydrozyklons 1.

In dem Hydrozyklon 8 werden Cellulosefasern wiedergewonnen, die mit der Strömung durch den Auslaß 11 ausgetragen werden, und werden mit der Faserströmung von dem Auslaß 3 des Hydrozyklons 1 kombiniert und zu einem passenden Punkt in der Zyklonseparator-Anlage zurückgeführt. Die Strömung des schweren Anteils 12 stellt den letzten Abfall von der Zyklonseparatoranlage dar.

Zur Illustration der Vorteile, die durch die Anordnung nach der Erfindung erreichbar sind, werden einige wenige Vergleichsdaten angegeben für Anlagen gemäß den Fig. 2 bis 4. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt die Fig. 2 eine konven­ tionelle Anordnung, die Fig. 3 eine Anordnung mit tangentia­ len Einlässen im rechten Winkel für die zu reinigende Fa­ sersuspension und für das Wasser zum Verdünnen, während die Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt. In den Fig. 4 enthalten Tanks 13, 13 a und 13 b Wasser zum Verdünnen und, falls angebracht, zum Antreiben der Zyklonseparatoren; 14, 14 a, 14 b bzw. 15, 15 a, 15 b bezeich­ nen Zyklonseparatoren, die in Serie geschaltet sind. Es ist festzuhalten, daß drei parallel angeordnete Sätze von zwei in Serie geschalteten Zyklonseparatoren vorge­ sehen sind, um einen direkten Vergleich von Anordnungen der gleichen Größe zu ermöglichen. In den Figuren bezeich­ nen 16, 16 a und 16 b Zuführleitungen für die Cellulose­ suspension, d. h. von der letzten Stufe einer Zyklonsepa­ rator-Anlage, 17-20 bezeichnen Pumpen, 21, 21 a und 21 b bezeichnen Austragsleitungen für den leichten Anteil, 22, 22 a, 22 b bezeichnen Austragsleitungen für den schweren An­ teil und 23 bezeichnet eine Rückführleitung für den leichten Anteil von den Zyklonseparatoren 15, 15 a, 15 b. Die anderen Merkmale der Anlage ergeben sich aus den Zeichnungen.

Ergebnisse I. Konventionelle Anordnung (Fig. 2)

Verluste etwa 10% (Volumen), 5% (Gewicht).

II. Anordnung mit tangentialen Einlässen im rechten Winkel (Fig. 3)

Verluste etwa 8% (Volumen), 4% (Gewicht).

III. Anordnung gemäß der Erfindung (Fig. 4)

Verluste etwa 3% (Volumen), 2,5% (Gewicht).

Wie sich aus diesen Beispielen ergibt, macht es die vor­ liegende Erfindung möglich, das gewünschte Produkt in einer effizienten und einfachen Weise zu gewinnen, die Verluste wesentlich zu verringern, d. h. sowohl im Vergleich mit herkömmlichen Anlagen als auch im Vergleich mit Anordnungen, die tangentiale Einlässe im rechten Winkel für den schweren Anteil und für das Wasser zum Verdünnen aufweisen.

Es ist festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Anordnungen zum Verdünnen und Reinigen der schweren Anteile beschränkt ist, die von der letzten Stufe einer Zyklonseparator-Anlage kommen, sondern Hydrozyklone gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer beliebigen Stufe einer Zyklonseparator-Anlage verwendet werden.

Claims (5)

1. Hydrozyklonseparator, mit einem am einen Ende vorgesehenen, tangential angeordneten Einlaß für eine verhältnismäßig niedrigviskose Mischung, die in zwei Anteile aufzutrennen ist, mit einem am gleichen Ende vorgesehenen zentralen Auslaß für einen der Anteile und einem zweiten Auslaß, der am gegenüberliegenden Ende für den zweiten Anteil vorgesehen ist, wobei der erste Einlaß mit einer Einlaßdüse versehen ist, die mit einer ersten Zuführleitung für die verhältnismäßig hochviskose Mischung verbunden ist, die zu behandeln ist, und damit einer zweiten Zuführleitung für eine Verdünnungsflüssig­ keit, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Zuführ­ leitung (6 bzw. 7) separat und direkt in die Einlaßdüse (5) münden, über die das in ihr entstehende Gemisch in den Hydrozyklonseparator mit einer Bewegungskomponente einströmt, die längs der Hauptachse in Richtung auf den am entgegengesetzten Ende des Hydrozyklonseparators gelegenen Auslaß gerichtet ist, daß die zweite Zuführ­ leitung (7) mit der Einlaßdüse (5) im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Hauptachse des Hydrozyklon­ separators (1) verbunden ist, und daß die erste Zuführ­ leitung (6) mit der Einlaßdüse (5) unter einem spitzen Winkel zu der zweiten Zuführleitung (7) verbunden ist.

2. Hydrozyklonseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zuführlei­ tungen (6, 7) an die Einlaßdüse (5) in einer Ebene angeschlossen sind, die tangential zu dem Hydrozyklonse­ parator (1) verläuft.

3. Hydrozyklonseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdüse (5) zwischen dem Verbindungspunkt der zweiten Zuführleitung (7) und dem tangentialen Einlaß (2) der Einlaßdüse (5) in den Hydrozyklonseparator (1) eine gewisse axiale Ausdehnung aufweist in Richtung auf den Auslaß (4) für den schweren Anteil.

4. Hydrozyklonseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zuführlei­ tung (6) mit der Einlaßdüse unter einem Winkel von α = 110° bis 160° zu der Hauptachse des Hydrozyklonsepara­ tors verbunden ist.

5. Hydrozyklonseparator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α etwa 135° beträgt.