DE3508991C2 - Doppelhydrozyklon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelhydrozyklon, der z. B. in Zellstoff- und Papierfabriken zur Reinigung von Massesuspension benutzt wird und aus zwei an den Enden mit dem größeren Durchmesser verbundenen Hydrozyklonen besteht, die einen zylindrischen Teil mit einer gemeinsamen Zuführung sowie einer gemeinsamen Abführung für die leichtere Fraktion aufweisen.

Hydrozyklone, d. h. Wirbelschleuder, werden in der Zellstoff- und Papierindustrie zur Separierung ver­ schiedener Schmutzpartikeln wie Sand, Rindenstück­ chen, Stäbchen, Aststücke und Metallsplitter aus der Fasersuspension allgemein benutzt. Die zu reinigende Fasersuspension wird unter Druck in den Hydrozyklon durch einen tangentialen Zufuhrstutzen eingeführt, wobei die Suspension in eine schnelle spiralförmige Drehbewegung gerät, die durch die von ihr erzeugte Zentrifugalkraft die nach Form und Eigengewicht un­ terschiedlichen Ingredienzen der Fasersuspension voneinander trennt. Während sich die Fasersuspension entlang der spiralförmigen Bahn in Richtung auf die Spitze des Konus bewegt, werden die ihrem Eigenge­ wicht nach schwereren Ingredienzen, wie z. B. Sand, zur Peripherie der Drehbewegung in die Nähe der Wan­ dung des Hydrozyklons geschleudert. Die in die Schicht, die der Wandung entlang in Richtung auf die Spitzenöffnung des Konus fließt, separierten Verun­ reinigungen treten aus dem Hydrozyklon durch die Öffnung an der Spitze des Kegels als abzuscheidende (abgelehnte) Fraktion aus. Die von Schmutzpartikeln gereinigte Fasersuspension bildet im Verhältnis zu der aus dem oben erwähnten Zufuhrvorgang entstandenen Spiralströ­ mung eine der Steigung nach entgegengesetzte Spiral­ strömung und tritt durch den zentralen Stutzen der dem Konus gegenüberliegenden zylindrischen Abscheide­ kammer aus.

Auch der Doppelhydrozyklon funktioniert nach dem oben angeführten Prinzip. Im Doppelhydrozyklon sind zwei einzelne Hydrozyklone an den Enden ihrer zylindri­ schen Abscheidekammern auf solche Weise miteinander fest verbunden, daß die Zufuhr in die Hydrozyklone und das Entfernen der weiter zu verarbeitenden (akzeptierten) Fraktion vereint sind. Ein Doppelhydrozyklon nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 27 47 912 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Doppelhydrozyklon sind zur Zuführung einer Fasersuspension eine Anzahl Löcher in einem Zylinder vorgesehen, der durch ein gemeinsames Zuführrohr gespeist wird. Durch eine weitere Anzahl von Löchern wird das von der Fasersuspension abgeschiedene Akzept in eine Akzeptkammer geführt und in größere Sammelrohre abgeleitet.

Heutzutage ist es bekannt, daß Hydrozyklone aus synthetischem Material hergestellt werden, indem erhitzte flüssige synthetische Masse in eine maßge­ naue Negativform eingespritzt wird, in der die synthetische Masse abgekühlt wird und das Werkstück ausbildet. Bei Anwendung dieses Verfahrens muß das Werkstück so geformt werden, daß die Wandungsdicken des fertigen Werkstücks gleich groß sind und jegliche Materialanhäufungen vermieden werden. Dabei erfolgt die Abkühlung der Masse gleichmäßig und das entsteh­ ende Werkstück behält seine genaue Form bei der Ab­ kühlung. Im Werkstück bleiben auch keine Restspan­ nungen, die später in einer Betriebssituation zusam­ men mit der auf das Werkstück aufgebrachten Betriebs­ belastung das Stück möglicherweise brechen.

Nachteilig bei den bekannten Doppelhydrozyklonen sind die Kompliziertheit der Konstruktion und die auftretenden Störungen in der Zufuhrströmung bei der Teilung der Zufuhr­ strömung. Außerdem weisen die Hydrozyklone bei den bekannten Doppelhydrozyklon-Lösungen solche Formen und Abmessungen auf, daß keine Herstellung nach den oben angeführten modernen Herstellungsverfahren in Frage kommt.

Bei den bekannten Anordnungen hat man auch versucht, die vom mangelhaften Zufuhrorgan verursachten Stö­ rungen durch Beschleunigung der Zufuhrströmung zu eliminieren, was einen größeren Druckverlust und somit einen größeren Energiebedarf zur Folge gehabt hat. Die Erhöhungen der Energiepreise haben diese bekannten Lösungen, was Betriebskosten anbelangt, entsprechend verteuert.

In den sehr umfangreichen und vielphasigen Probebe­ trieben, auf denen die Erfindung beruht, wurde fest­ gestellt, daß der Zufuhrvorgang einen eindeutigen Einfluß auf die Effektivität des Hydrozyklons hat, was die Separierung der am schwersten zu separieren­ den, dem Eigengewicht nach mit der Faser ähnlichen kleinen Verunreinigungsfraktionen anbelangt. Wenn man für die oben erwähnten, schwer zu separierenden Verunreinigungsfraktionen die höchste Separier­ effektivität erreichen will, muß der Zufuhrvorgang der Hydrozyklone im Verhältnis zu den anderen Dimen­ sionen der Hydrozyklone so ausgebildet werden, daß nicht die kleinste Störungsströmung oder turbulente Strömung, Wirbelung oder dergleichen, die die Strö­ mungs- und Betriebszustände im Inneren des Hydrozyklons zerstören würde, entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Konstruktion eines Doppelhydrozyklons zu schaffen, bei dem beim Zuführvorgang zu den einzelnen Hydrozyklonen kleinste Störungsströmungen oder turbulente Strömungen, Wirbelungen oder dergleichen, welche die Strömungs- und Betriebszustände im Innern des Hydrozyklons zerstören würden, vermieden werden. Des weiteren soll eine einfache Herstellung des Doppelhydrozyklons ermöglicht werden.

Aus der FR 10 21 374 ist zwar ein Staubabscheider bekannt, bei dem durch zwei koaxial zueinander liegende, äußere und innere Zylinder durch eine schraubenförmige Wandung voneinander getrennt sind, und bei dem durch einen Zuführkanal ein Gas in ein durch den äußeren und inneren Zylinder gebildeter Zwischenraum geleitet und erst in einem tiefer liegenden Teilabschnitt des Zylinders durch die schraubenförmige Wandung umgelenkt wird. Dieses schraubenförmige Element weist jedoch keine zwei in entgegengesetzten Richtungen verlaufende Gewinde gemäß dem Anspruch 1 auf, und dient auch nicht zur Aufteilung der Zuführströmung.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die gesamte, zur Beschleunigung der Zufuhrströmung gebrauchte Druckenergie für den eigentlichen Reinigungsvorgang ausgenutzt und es werden Wirbel und dergleichen Energie verbrauchende Strömungen aufgrund einer opti­ malen Formgebung verhindert. Mit der optimalen Form­ gebung wird auch der Vorteil erzielt, daß der Doppel­ hydrozyklon mit dem oben beschriebenen modernen Her­ stellungsverfahren hergestellt werden kann, da die Konstruktion symmetrisch ist und keine Materialanhäu­ fungen enthält.

Der breitenmäßig einer Gewindesteigung entsprechende Raum, der zwischen den verschiedengängigen Gewinden bleibt, die von ihrem Vereinigungspunkt bis über 360°
verlaufen, bildet einen Zufuhrkanal zwischen dem Außenmantel und dem Austrittsrohr für die weiterzuverarbeitende Fraktion.

In den weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beinhaltet.

Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine der Erfindung entsprechende Doppelhydrozyklon- Konstruktion, von der Seite gesehen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1, und

Fig. 3 bis 5 Schnitte entlang der Linien III-III, IV-IV und V-V nach Fig. 2.

Der Doppelhydrozyklon setzt sich der Fig. 1 ent­ sprechend aus zwei einzelnen Hydrozyklonen zusammen, die an den Enden ihrer zylindrischen Abscheidekammern auf solche Weise miteinander fest verbunden sind, daß die Hydrozyklone einen gemeinsamen Zufuhrstutzen und einen gemeinsamen Austrittsstutzen für die weiterzuverarbeitende Fraktion haben. Im einzelnen umfassen die identi­ schen Hydrozyklone des Doppelhydrozyklons eine Ab­ scheidekammer, die aus einem zylindrischen Teil 1 besteht, der mit einem tangentialen, in der der Er­ findung entsprechenden Lösung für beide Hydrozyklone gemeinsamen Zufuhrstutzen 2 versehen ist, und einen Konus 3, der eine Verlängerung zu dem Zylinderteil 1 bildet. In den Zylinderteil 1 des Hydrozyklons er­ streckt sich ein zentrales Austrittsrohr 4 für die weiterzuverarbeitende Fraktion. An der Spitze des Konus ist eine Austrittsöffnung 5 für die abgelehnte Fraktion, d. h. die schwerere Fraktion mit den Verunreinigungen angeordnet.

Im Zylinderteil 1 ist zwischen dem zentralen Austrittsrohr 4 der weiterzuverarbeitenden Fraktion und dem Mantel des Zylinders ein aus zwei verschiedengängigen Gewinden bestehender Gewindeteil 6 vorgesehen, dessen verschiedengängige Gewinde ihre Vereinigungsfläche 7 auf der Mittellinie des Doppelhydrozyklons und damit in der Mitte des gemeinsamen Zufuhrstutzens 2 haben. Dieser Vereinigungspunkt dient somit als ein Teiler der Zufuhrströmung für die einzelnen Hydrozyklone des Doppelhydrozyklons. Die durch die Gewindeflanken des Gewindeteils begrenzten Nuten bilden Zufuhrpassagen bzw. -kanäle 8, durch welche die Teilströme der von der Vereinigungsfläche 7 der Gewinde geteilten Zufuhrströmung in die beiden Hydrozyklone eingeführt werden.

Der Fig. 2 entsprechend ist der Zufuhrstutzen 2 mit dem Zufuhrteil des Doppelhydrozyklons derart verbun­ den, daß die Bewegungsenergie der Zufuhrströmung im Eintrittsbereich des Hydrozyklons effektiv ausgenutzt wird und in der Strömung keine Turbulenz und keine Störungen verursachenden scharfen Veränderungen der Bewegungsrichtung entstehen. Die in der Vereinigungsfläche 7 der Gewinde entstehende Spitze teilt die Strömung in die Zuführströmungen des Doppelhydrozyklons. Nach der Spitze trennen sich die Zufuhrgewinde, wobei der zwischen den Gewinden bleibende Raum 9 den Fig. 3-5 entsprechend sich zwischen den verschiedengängi­ gen Gewinden öffnet und verbreitert, so daß in der Konstruktion keine Materialanhäufungen entstehen.

Der Fig. 3 entsprechend verlaufen die in beiden Rich­ tungen sich erstreckenden Gewinde des mit zwei verschieden­ gängigen Gewinden versehenen Gewindeteils 6 weiter als eine Windung, wobei die von den Gewindeflanken zwischen dem Außenmantel und dem Austrittsrohr der weiter zu verarbeitenden Fraktion begrenzte Passage der Strecke, um die die Flanken des doppelgerichteten Gewindeteils weiter als eine Windung reichen, als eine gleich große Zufuhrpassage weiterverläuft.

Den Fig. 4 und 5 entsprechend öffnet sich der Zufuhr­ kanal 8 in den Hydrozyklon auf solche Weise, daß die aus dem Zufuhrkanal in den Hydrozyklon kommende Zu­ fuhrströmung ihre Bewegung als eine genau geführte, in der Richtung der Flanke des Zufuhrgewindes ver­ laufende, steigungsmäßig genau beherrschte Strömung fortsetzt.

Claims (6)

1. Doppelhydrozyklon, insbesondere zum Reinigen von Massesuspension bei der Zellstoff- und Papier­ fabrikation, bestehend aus zwei an den Enden mit dem größeren Durchmesser verbundenen Hydrozyklonen, die einen zylindrischen Teil (1) mit einer gemeinsamen Zuführung sowie einer gemeinsamen Abführung für die leichtere Fraktion aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylindrischen Teil (1) ein gemeinsamer Zufuhrstutzen (2) sowie ein gemeinsamer Austritts­ stutzen (4) ausgebildet ist und daß ein schraubenförmiges Element (6) mit zwei in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Gewinden vorgesehen ist, die von den Wandungen der Hydrozyklone begrenzte Zufuhrkanäle (8) bilden.

2. Doppelhydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigungsfläche (7) der Gewinde eine stromlinienförmige, teilende Spitze bildet, mit der die aus dem gemeinsamen Zufuhrstutzen (2) der Hydrozyklone kommende Zufuhrströmung in die beiden Hydrozyklone in separate Zufuhrströme geteilt wird.

3. Doppelhydrozyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Gewinde über 380° reicht.

4. Doppelhydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesteigung im Endteil jedes Gewindes über ein Fünftel der Länge des Zufuhrkanals (8) konstant ist.

5. Doppelhydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt und die Form der Endpartie des Zufuhrkanals (8) konstant sind.

6. Doppelhydrozyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Breite/Höhe des Zufuhrkanals (8) 2,5 ist.