DE2716611A1

DE2716611A1 - Anordnung zum fraktionierten abscheiden von feststoffen bei einer bestimmten trennkorngroesse aus suspensionen mittels hydrozyklonen

Info

Publication number: DE2716611A1
Application number: DE19772716611
Authority: DE
Inventors: Helmut F Prof Dr Trawinski
Original assignee: Amberger Kaolinwerke GmbH
Current assignee: Amberger Kaolinwerke GmbH
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1978-10-19
Also published as: NL181337C; DE2622880C3; GB1570738A; FR2351707A1; CA1084000A; FR2351707B1; US4134828A; AT353725B; DE2622880B2; SE418809B; ES458964A1; BR7703277A; AU2532177A; NL7705620A; NL181337B; ATA364477A; AU519141B2; DE2622880A1; SE7705824L; DE2716611C2

Description

Firma AMBERGER KAOLINWERKE GmbH Georg-Schiffer-Straße 70, 8452 Hirschau/Opf.

"Anordnung zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels HydrozykIonen" (Zusatz zu P 26 22 880.8-23)

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrozyklonen, die mit einer Unterlaufaustragsdüse und einem oberen Überlauf versehen sind, und schlägt dazu vor, daß oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine Schlammfüllung aufgestaut wird und daß der Abstand zwischen dem Pegel der Schlammfüllung und der Unterkante des Überlaufes auf eine bestimmte, der gewünschten Trennkorngröße umgekehrt quadratisch proportionale Länge durch Änderung, bzw. Konstanthaltung der Füllhöhe der Schlammfüllung eingeregelt wird. Das Hauptpatent betrifft weitere Verfahrensmaßnahmen und bezieht sich ferner auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens derart, daß im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlaufaustragsdüse und der Unterlaufkante des Überlaufes eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlatnmfüllung von erforderlicher

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Höhe geeignete Staufläche oder Stauflächen vorgesehen ist, bzw. sind. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten und erzielter Vorteile wird auf den Offenbarungsinhalt des Hauptpatentes verwiesen, der hiermit ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Zusatzanmeldung gemacht wird.

Mit dem Verfahren und der Anordnung nach dem Hauptpatent kann man bei relativ hoher Trennschärfe wesentlich gröbere Trennkorngrößen als bisher erreichen. Mit der vorliegenden Erfindung soll die Anordnung nach dem Hauptpatent dahingehend verbessert werden, daß die Oberfläche der im Hydrozyklon befindlichen stationären SchiaTimfüllung, welche den freien Abstand zur Unterkante des Überlaufes und damit die Trennkorngröße der abzuscheidenden Partikel bestimmt, noch schärfer als bisher begrenzt, bzw. definiert wird. Zugleich soll hiermit eine einfache Steuerung oder Regelung des genannten freien Abstandes ermöglicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung zunächst bei einer Anordnung zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens nach dem Hauptpatent, wobei im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlaufaustragsdüse und der Unterkante des Überlaufes eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderlicher Höhe geeignete Staufläche oder Stauflächen vorgesehen ist, bzw. sind, vorgeschlagen, daß zur Einstellung des

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unterhalb der Unterkante des Überlaufes befindlichen, zur Determinierung der Trennkorngröße dienenden, o. g. freien Abstand/ein Begrenzungskörper vorgesehen ist, der sich innerhalb des Hydrozyklones befindet und die sich im Hydrozyklon bildende stationäre Schlammfüllung nach oben begrenzt, wobei Steuer- oder Regelmittel zur Einstellung der Höhenlage des Begrenzungskörpers im Hydrozyklon vorgesehen sind. Dieser Begrenzungskörper hat im Hydrozyklon etwa die Funktion eines Kolbens in einem Zylinder. Der freie Raum unter dem Begrenzungskörper wird mit dem Schlamm gefüllt und bildet ein stationäres Schlammbett. Dabei ist dafür zu sorgen, daß zwischen Begrenzungskörper und Hydrozyklon genügend Platz für den Durchtritt der oberhalb des Begrenzungskörpers abgeschiedenen Partikel in den Raum unterhalb des Begrenzungskörpers vorhanden ist. Der freie Raum oberhalb des Begrenzungskörpers definiert den freien, für die Trennkorngröße verantwortlichen Abstand (englisch: vortex finder clearance length). Durch den Begrenzungskörper wird dieser freie Abstand und damit die Determinierung der Trennkorngröße des Fraktionsvorganges schärfer bestimmt als durch die in der Regel nicht ebene und in ihrer Höhenlage nicht so genau einstellbare Oberfläche der stationären Schlammfüllung. Ferner kann dieser Begrenzungskörper in einfacher Weise gesteuert werden, z. B. durch eine von außen bedienbare Stellstange. Auch kann der Begrenzungskörper in ebenso einfacher Weise Teil eines Regelkreises sein, der den Austrittsquerschnitt der Unterlaufaustragsdüse

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des Hydrozyklones vergrößert (verkleinert) und damit ein Absinken (Anheben) der Schlammfüllung und damit des Begrenzungskörpers bewirkt, so daß eine bestimmte, vorher einstellbare Höhenlage des Begrenzungskörpers innerhalb des Hydrozyklones eingehalten wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt bei Hydrozyklonen:

Fig. 1: Eine Steuerung des Begrenzungskörpers mittels einer Stange in Verbindung mit einer Regelung des Schlammaustrittes durch einen Viskosimeter gemäß dem Hauptpatent,

Fig. 2: eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Steuerung des Begrenzungskörpers mittels einer Stange,

Fig. 3: drei verschiedene Ausführungsbeispiebil 5

Ie der Regelung der Höhe eines als

Schwimmkörper ausgebildeten Begrenzungskörpers .

Fig. 1 zeigt einen Hydrozyklon 1 mit Unterlaufaustragsdüse 2, Überlauf 3, Zulauf 4 und Staufläche 5 gemäß dem Hauptpatent. Der o. g. freie Abstand L erstreckt sich

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von der Unterkante 3* des Überlaufes bis zur mittleren Oberfläche des Begrenzungskörpers 6, unter dem sich die stationäre Schlammfüllung 7 befindet. Der Abstand L (vortex finder clearance length) wird in diesem Ausführungsbeispiel und auch dem der Fig. 2 durch willkürliche Einstellung, d. h. Steuerung bewirkt und zwar mittels einer Stange 8, die im Beispiel der Fig. 1 durch den Überlauf 3 und im Beispiel der Fig. 2 durch die Unterlaufaustragsdüse 2 hindurchgeführt ist. Da in beiden Fällen der Begrenzungskörper 6 durch die Stange 8 gehalten wird, ist es in diesen Ausführungsbeispielen nicht Bedingung, daß der Raum unterhalb des Begrenzungskörpers vom Schlammbett voll ausgefüllt wird. Solche mechanischen Steuerungen sind konstruktiv sehr einfach, wobei der Anordnung nach Fig. 1 der Vorzug zu geben ist, da hierbei die Unterlaufaustragsdüse 2 für die Einführung eines Drosseldoraes 9 freigehalten wird. Zusätzlich kann gemäß dem Hauptpatent mittels eines Durchlaufviskosimeters 10 der aus der Unterlaufaustragsdüse 2 austretende Schlamm in seiner Viskosität gemessen und bei zunehmender (abnehmender) Viskosität der Durchtrittsquerschnitt der Düse 2 mittels des Domes 9 vergrößert (verringert) werden, so daß die Viskosität etwa auf einen einstellbaren Wert konstant gehalten wird. Mit 11 ist das dazugehörige Regelgestänge und mit 12 ein Gegengewicht für den topfähnlichen Viskosimeter 10 bezeichnet. Auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann eine Sicherung gegen Leerlaufen des Schlammbettes, z. B. in Form des Viskosimetertopfes, vorgesehen sein.

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- r-

In den Ausführungsbeispieln der Figuren 3 bis 5 ist der Begrenzungskörper als Schwimmkörper 6* ausgebildet, dessen spezifisches Gewicht größer als das der zu erwartenden Trübe oberhalb des Schlammbettes, aber kleiner als das spezifisches Gewicht des ihn tragenden stationären Schlammbettes 7 ist. Dieser schwimmende Begrenzungskörper hat zunächst die schon geschilderte Funktion der schärferen Begrenzung des freien Abstandes L. Ferner kann man mittels dieses Begrenzungskörpers die Schlammpegelhöhe sehr einfach, nämlich direkt mechanisch messen, z. B. mittels einer Schnur 13, die unter Federwirkung auf eine Messrolle 14 aufgewickelt wird und dort direkt die jeweilige Schlammpegelhöhe, bzw. bei anderer Eichung den Abstand L anzeigt. Die Schnur 13 oder auch eine entsprechende Messtange ist in dieser, konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform durch den Überlauf 3 nach oben hindurchgeführt. Die Messung der Höhenlage des Begrenzungskörpers 6' könnte im Prinzip auch in anderer Weise, z. B. magnetisch, durch Strahlenmessung (Isotopen) und dergleichen erfolgen.

Die durch den schwimmenden Begrenzungskörpers 6¹ meßtechnisch eindeutig zu erfassende Höhenlage dieses Körpers und damit Größe des freien Abstandes L kann zu dessen Einregelung auf einen bestimmten Wert ausgenutzt werden. Der sich an der Skala 14 einstellende Istwert der Höhenlage des Begrenzungskörpers 6¹, bzw. des Abstandes L wird gemessen. Er wird durch eine gesonderte, z. B. elektrische Regelanordnung 30 mit einem entsprechend der gewünschten Trennkorngröße eingestellten Sollwert verglichen und durch diese, in Fig. 3 nur

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prinzipiell dargestellte Regelanordnung 30 auf eine Einrichtung zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes der Austragsdüse 2 gegeben. Als derartige Einrichtung dient z. B. der gezeichnete Dorn 9. Die Regeleinrichtung ist so ausgestaltet, daß bei einem zu großen Abstand L der Dorn 9 den Querschnitt der Düse 2 verringert, wodurch sich entsprechend mehr an Schlamm anstaut und der Begrenzungskörper 6' entsprechend angehoben wird. Ein zu kleiner Abstand L hat dagegen über den Dorn 9 ein Vergrößern des Durchtrittsquerschnittes der Düse 2 zur Folge. Somit pendelt die Regeleinrichtung die Höhenlage des Begrenzungskörpers 6¹ auf den gewünschten Sollwert ein.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann, ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, zusätzlich ein das Leerlaufen des Schlammbettes verhindernder Viskositätstopf 10 vorgesehen ist. Dabei kann ein Differentialgestänge gemäß Fig. 15 des Hauptpatentes zur Anwendung kommen, das die Regelwerte der Anordnung 14, 30 mit denen des Viskositätstopfes 10 kombiniert.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zeigt einen schwimmenden Begrenzungskörper 6' an dem eine nach unten gerichtete und einen Dorn 9¹ tragenden Stange 8 befestigt ist. Hierbei befindet sich der Dorn im Inneren des Hydrozyklones (analog zum Dorn 29 in Fig. 11 des Hauptpatentes) und verstellt daher den Durchtrittsquerschnitt der Düse 2 von innen her. Im übrigen erfolgt hier die Regelung unmittelbar. Um

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- ψ'

die Füllpegelhöhe justieren zu können, ist die Höhenlage des kegelförmigen Domes 9' auf der Stange 8 einstellbar, z. B. durch Ausführung der Stange 8 als Spindel und des Domes 9' als dazu passende Mutter.

Im Gegensatz zu der Fremdregelanordnung beim Beispiel der Figur 3 erfolgt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 im Sinne des Prinzipes einer unmittelbaren Regelung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ebenfalls eine unmittelbare Regelung durch Eigenimpuls und durch einen mechanischen, in sich geschlossenen Regelkreis. Dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Hydrozyklones 1 ein Regelgestänge vorgesehen, das aus der Verbindung sstange 15 und einen oberen Hebel 16, sowie einem unteren Hebel 17 besteht. Der den Dorn 9 tragende untere Hebel 17 ist bei 18 an einem festen Kragarm 19 des Hydrozyklones angelenkt und bei 20 mit dem unteren Ende der Verbindungsstange 15 gelenkig verbunden, deren Länge zur Feinjustierung der Position des Domes 9 mittels eines Spannschlosses 21 verstellt werden kann. Das obere Ende der Verbindungsstange 15 ist bei 22 an den Hebel 16 angelenkt, der bei 23 an einen weiteren, oberen Kragarm 24 des Zyklones angelenkt ist und ein Gegengewicht 25, sowie an seinem anderen Ende eine Rolle 26 trägt, auf der die den Schwimmkörper 6' tragende Schnur 27 aufwickelbar ist. Die gewünschte Länge der Schnur 27 und damit die gewünschte Länge L des o. g. freien Abstandes kann an der Rolle 26 eingestellt werden. Hierdurch wird die Niveauhöhe des Begrenzungskörpers und über den freien Längenabstand L die Trennkorngröße eingestellt. Das Gewicht 25 sorgt dafür, daß die Schnur 27 stets gespannt bleibt. Der Hebel 16 wird sowohl vom Gewicht des Begrenzungskörpers 6¹, als auch seinem eigenen Gewicht und dem der Teile 17, 21 belastet,

^{so daß} 8 0 9 8 4 2/033«

im Falle eines Leerlaufens des Schlammbettes der Dorn 9 die Unterlaufaustragsdüse 2 völlig abschließt. Hierbei ist das Gegengewicht 25 so auszulegen, daß es im vorgenannten Betriebszustand den Verschluß der Düse nicht hindert. Wird der Hydrozyklon wieder in Betrieb genommen, so füllt sich das Schlammbett 7 auf, bis es den Begrenzungskörper abhebt und auf die gewünschte Niveauhöhe einregelt. Hierbei ist rechnerisch die auf den Dorn einwirkende Last der Schlammsäule oberhalb des Düsenquerschnittes zu berücksichtigen. Da hier ein Leerlaufen des Hydrozyklones verhindert ist, ist eine gesonderte Sicherung gegen dieses Leerlaufen, z. B. in Form des erläuterten Durchlauf-Viskosimeters 10, in diesem Fall nicht erforderlich.

An Stelle der Schnur 27 und deren Rolle 26 könnte auch eine Stange vorgesehen sein, die an dem entsprechenden Ende des Hebels 16 einstellbar angebracht ist. In diesem Fall kann man auf das Gegengewicht 25 verzichten.

Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4 ergibt sich mit der nach Fig. 5 der Vorteil, daß der Drosseldorn 9 sich außerhalb des Hydrozyklones befindet und damit eine mögliche Verstopfungsgefahr der Düse vermieden ist. Ferner ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die Pegeleinstellung mittels der Rolle 16 und des Gestänges aus dem Schlammbett herausgenommen, wodurch einer möglichen Blockierungsgefahr vorgebeugt ist.

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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 kann man ferner durch einen kleinen elektrischen Nachführmotor (nicht dargestellt) für die Rolle 16 eine Ferneinstellung des Sollwertes des Abstandes L bewirken. Das beim Abschalten des Pumpenmotors erforderliche Leerlaufen des Schlammbettes kann durch einen elektrischen Stellmotor 28 erreicht werden, der gemäß Pfeil 29 das Hebelende 17* anhebt.

Zur Zentrierung des schwimmenden Begrenzungskörpers 6' können an ihm z. B. drei radial nach außen ragende Ame 31 vorgesehen sein, die an der Innenwand I¹ des z/lindrischen Hydrozyklones gleiten. Zwischen den Armen 31 kann der oberhalb des Begrenzungskörpers abgesetzte Schlamm nach unten zwecks Bildung des Schlammbettes hindurchtreten. Beim Halt des Begrenzungskörpers 6, bzw. 6¹ durch eine Stange 8 sind solche Zentrierungen nicht unbedingt notwendig, könnten aber ebenfalls, falls erwünscht, vorgesehen werden. Gemäß dem Beispiel der Fig. 4 können dazu an der Innenwand des Hydrozyklones befestigte Arme 32 dienen, die mit einer Führung 33 die Stange 8 umgeben, wobei zwischen Stange 8 und Führung 33 ein gewisses Führungsspiel vorgesehen ist.

Ansprüche

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L e e r s e i t e

Claims

Patent- und Schutzansprüche

1. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum fraktionierten Abscheiden von Feststoffen bei einer bestimmten Trennkorngröße aus Suspensionen mittels Hydrozyklonen, die mit einer Unterlaufaustragsdüse und einem oberen Überlauf versehen sind, wobei oberhalb der Unterlaufaustragsdüse eine Schlammfüllung aufgestaut wird und der freie Abstand zwischen dem Pegel der Schlammfüllung und der Unterkante des Überlaufes auf eine bestimmte, der gewünschten Trennkorngröße umgekehrt quadratisch proportionale Länge durch Änderung, bzw. Konstanthaltung der Füllhöhe der Schlammfüllung eingeregelt wird, wobei ferner im Hydrozyklon im Bereich zwischen der Unterlauf austragsdüse und der Unterkante des Überlaufes eine oder mehrere, bevorzugt kreisringförmige und zur Bildung einer Schlammfüllung von erforderlicher Höhe geeignete Staufläche oder Stauflächen vorgesehen ist, bzw. sind, nach P 26 22 880.8-23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des unterhalb der Unterkante

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befindlichen, (3 ) des Überlaufes (3)/zur Determinierung der Trennkorngröße dienenden freien Abstandes (L) ein Begrenzungskörper (6, 6¹) vorgesehen ist, der sich innerhalb des Hydrozyklones befindet und die sich bildende stationäre Schlammfüllung

(7) nach oben begrenzt, wobei Steuer- oder Regelmittel zur Einstellung der Höhenlage des Begrenzungskörpers (6, 6¹) im Hydrozyklon (l) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mechanische, mit dem Begrenzungskörper (6) verbundene und von außen bedienbare Steuereinrichtung.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrichtung eine durch den Überlauf (3) oder die Unterlaufaustragsdüse (2) hindurchgeführte und den Begrenzungskörper (6) tragende Stange

(8) dient.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungskörper als Schwimmkörper (6¹) ausgebildet ist, dessen spezifisches Gewicht kleiner als die zu erwartende Trübedichte der stationären Schlammfüllung (7) ist und daß Mittel zur Erfassung der jeweiligen Höhenlage des im Hydrozyklones schwimmenden Begrenzungskörpers (6-¹) vorgesehen sind, die in Verbindung mit Regelmitteln

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diese Höhenlage mit einem eingestellten Sollwert vergleichen und eine Verstellung des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse (2) bewirken.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Messchnur oder -stange, die durch den Überlauf (3) hindurchgeführt ist und die Höhenlage des Begrenzungskörpers (6¹) auf ein außerhalb des Hydrozyklones befindliches Regelgestänge (15, 16, 17) überträgt, das bei Anheben (Absinken) des schwimmenden Begrenzungskörpers (6') eine Vergrößerung (Verkleinerung) des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse (2) bewirkt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgestänge einen zweiarmigen Hebel (16) aufweist, an dessen einem Ende sich eine eine Messschnur (27) tragende Rolle (26) und an dessen anderem Ende sich ein die Messchnur spannendes Gewicht (25) befindet, daß an diesen Hebel (16) eine Stellstange (15) angelenkt ist und daß an der Stellstange (15) ein weiterer Hebel (17) angelenkt ist, der einen Dorn {9) für das Verändern des Durchtrittsquerschnittes der Unterlaufaustragsdüse (2) trägt.

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7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel um ein unbeabsichtigtes Leerlaufen des Hydrozyklones zu verhindern, z. B. in Form eines Durchlauf-Viskos imeters gemäß dem Hauptpatent.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungskörper (6, 6¹) mit mehreren, z. B. drei radial nach außen ragenden Armen (31) versehen ist, die an der Innenwand I¹ des zylindrischen Hydrozyklones (1) gleiten und der Zentrierung des Begrenzungskörpers im Hydrozyklon dienen, wobei zwischen den Armen (31) Raum für den Schlammdurchtritt vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Halt des Begrenzungskörpers (6, 6¹) mittels einer Stange (8) sich an der Hydrozykloninnenwandung Arme (32) befinden, die eine die Stange (8) mit einem Führungsspiel umgebende Führung (33) tragen.

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