DE915561C - Vorrichtung und Verfahren zum Eindicken von Suspensionen und Emulsionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Eindicken von Suspensionen und Emulsionen zu einer Flüssigkeit mit einer im voraus bestimmten Konzentration an suspendiertem oder emulgiertem Stoff.

Es ist bereits bekannt, sogenannte Hydrozyklone zum Eindicken von Dispersionen zu verwenden. Dabei ergab sich, daß die Konzentration an dispergiertem Stoff in der Ablaßfraktion bis zu einem ίο bestimmten Grad von der Konzentration der Zufuhr abhängig ist. Infolgedessen kann bei einer stark wechselnden Konzentration an dispergierten Partikeln in der Zufuhr ohne weiteres keine Suspension oder Emulsion mit einer bestimmten minimalen und/oder maximalen Konzentration an dispergiertem Stoff erzielt werden.

Die Vorrichtung bzw. das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination eines Hydrozyklons zum Eindicken der Suspension oder Emulsion und einer der Ablaßöffnung dieses Hydrozyklons gegenüberliegenden Auffangvorrichtung, die sich aus zwei oder mehreren wenigstens an der der Ablaßöffnung zugewendeten Seite ineinander angeordneten und durch eine oder mehrere Wände getrennten Auffangräumen zusammensetzt, wobei der Rand dieser Wand oder jeder Rand der einzelnen

Wände durch die Schnittlinie dieser Wand mit einer mit dem Hydrozyklon koaxialen, geraden, durch den Rand der Ablaßöffnung gezogenen Kegelfläche gebildet wird. Dadurch wird ermöglicht, daß die eingedickte Suspension oder Emulsion, die die Ablaßöffnung in Form eines konischen Mantels, dessen Kegelwinkel nur von der Viskosität der eingedickten Dispersion abhängig ist, verläßt, immer in einen ganz bestimmten Auffangraum, der von der Viskosität ίο bestimmt wird, spritzt.

Geht man von einem Produkt aus, in dem die dispergierten Partikel nahezu eine konstante mittlere Größe haben, so ist der Zusammenhang zwischen der Konzentration des dispergierten Stoffes und der Viskosität dieses Produktes verhältnismäßig einfach, und deshalb eignet sich die erwähnte Vorrichtung zum Regeln der Konzentration bzw. des spezifischen Gewichtes von eingedickten Suspensionen oder Emulsionen. Das Ganze wird dazu so angeordnet, daß der Spritzkegel bei den erwünschten Grenzwerten der Konzentration gerade den Rand einer Scheidewand berührt. Wünscht man eine Suspension oder Emulsion mit einem bestimmten minimalen spezifischen Gewicht (oder Viskosität), so kann die Flüssigkeit mit dem zu niedrigen spezifischen Gewicht rezirkuliert werden. Benötigt man ein bestimmtes maximales spezifisches Gewicht, so kann die zu weit eingedickte Suspension oder Emulsion nach einer Verdünnung rezirkuliert werden. In diesen Fällen kann sich die Auffangvorrichtung aus zwei Auffangräumen zusammensetzen. Wünscht man ein spezifisches Gewicht oder eine Viskosität, die zwischen einem bestimmten Minimal- und Maximalwert liegt, so muß die Auffangvorrichtung drei Auffangräume aufweisen, wobei die Suspension oder Emulsion mit der richtigen Zusammensetzung im mittleren Auffangraum gesammelt wird. Die zu hoch konzentrierte Flüssigkeit strömt in den inneren, die zu niedrig konzentrierte in den äußeren Auffangraum. Diese den Anforderangen nicht entsprechenden Flüssigkeiten können dann gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung rezirkuliert oder in anderer Weise verarbeitet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man also unabhängig von der Konzentration an suspendierten oder emulgierten Partikeln in der Zufuhr eine Flüssigkeit mit bestimmter Viskosität, bestimmter Konzentration an suspendiertem oder emulgiertem Stoff bzw. bestimmtem spezifischem Gewicht.

Es ist wichtig, daß die Variation des Spritzkegelwinkeis bei gegebener Variation der Viskosität so groß als möglich ist. Der Variationsbereich wird weitgehend durch die Dimensionen des Hydrozyklons, die entsprechend günstig gewählt werden müssen, bestimmt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß auch die Eindickwirkung des Hydroz3ddons von dessen Dimensionen abhängig ist, was die Auswahl der Dimensionen zur Verbesserung des Variationsbereiches des Spritzkegelwinkels wiederum einschränkt.

Die Wirkung des Hydrozyklons ist nicht auf das Eindicken beschränkt. Es kann gleichzeitig in dem Hydrozyklon ein Klassier- oder Waschverfahren durchgeführt, werden.

Weiterhin wurde gefunden, daß eine bedeutende Vergrößerung des Variationsbereiches des Spritzkegelwinkels dadurch erreicht werden kann, daß man in die Ablaßöffnung des Hydrozyklons koaxial einen festen Kern mit kreisförmigem Querschnitt einsetzt. Dieser Kern kann unbeweglich oder auch drehbar sein und kann entweder im Innern des Hydrozyklons oder im inneren Auffangraum befestigt werden. Wichtig ist aber, daß die Befestigungsmittel des Kerns nicht die Strömung im Hydrozyklon oder im Spritzkegel beeinträchtigen. Durch den eingesetzten festen Kern wird die Ablaßöffnung in einen ringförmigen Schlitz verwandelt. Der Durchmesser des Kerns wird so gewählt, daß der Schlitz bei allen praktisch auftretenden Viskositäten der Ablaßfraktion mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Eindickwirkung des Hydrozyklons wird durch die Amvesenheit des Kerns in der Ablaßöffnung beeinflußt. Es muß diesem Einfluß entweder dadurch begegnet werden, daß man auf die aus dem Hydrozyklon austretende geklärte Flüssigkeit einen Gegendruck ausübt oder daß man den Durchmesser der Ablaßöffnung so groß wählt, daß der Widerstand des ringförmigen Schlitzes dem Widerstand einer für den vorliegenden Fall brauchbaren Ablaßöffnung ohne Kern gleich ist.

Falls man zum Eindicken eine Anzahl hintereinandergeschalteter Hydrozyklone verwendet, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber der Ablaßöffnung einer dieser Hydrozyklone aufgestellt. Die Erfindung bezieht sich deshalb auf eine Vorrichtung zum Eindicken von Suspensionen und Emulsionen zu einer Flüssigkeit mit einer bestimmten Minimal- und/oder Mardmalkonzentration an suspendiertem oder emulgiertem Stoff und ist gekennzeichnet durch mindestens einen Hydrozyklon zum Eindicken der Suspension bzw. Emulsion und einer der Ablaßöffnung dieses Hydrozyklons gegenüberliegenden Auffangvorrichtung, die sich aus zwei oder mehreren wenigstens an der Seite der Ablaßöffnung ineinander angeordneten Auffangräumen zusammensetzt, wobei der der Ablaßöffnung zugewendete Rand der Scheidewand oder jeder Rand der Scheidewände zwischen diesen Räumen durch die Schnittlinie dieser Wand mit einer koaxial mit dem Hydrozyklon durch den Rand der Abfuhröffnung gezogenen, geraden Kegelfläche gebildet wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Eindicken von Suspensionen oder Emulsionen, bei dem man die obenerwähnte Vorrichtung verwendet und die den Anforderungen nicht genügende eingedickte Suspension oder Emulsion gegebenenfalls nach Verdünnung rezirküliert.

Die Erfindung soll im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. i, 2 und 3 zeigen senkrechte Querschnitte von erfindungsgemäßen Vorrichtungen;

Fig. 4 zeigt das Schema eines Verfahrens zum Eindicken einer Suspension, wobei eine erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt wird.

In Fig. ι ist ein aus einem zylindrischen Teil 2 und einem kegelförmigen Teil 3 zusammengesetzter Hydroyklon 1 zum Eindicken von Suspensionen dargestellt. In den zylindrischen Teil mündet das tangential

gerichtete Zufuhrrohr 4 ein. Die Flüssigkeit kann durch das in der Platte 6 angebrachte Überlaufrohr 5 abgeführt werden; die Platte bildet die Trennwand zwischen dem Hydrozyklon 1 und der sich darauf befindenden Kappe 7. Letztere ist mit einem Abfuhrrohr 8 für die geklärte Flüssigkeit versehen. Preßt man eine verdünnte Suspension durch die Zufuhrleitung 4 in den Hydrozyklon, so bildet sich in dem Hydrozyklon eine schnelle Zyklonströmung, die einen Eindickeffekt hervorruft. Die Flüssigkeit, aus der die festen Teile größtenteils entfernt sind, verläßt den Hydrozyklon durch das Überlaufrohr 5 und wird durch die Kappe 7 über die Abfuhrleitung 8 abgeführt. Die eingedickte Suspension verläßt den Hydrozyklon in der Form eines rotierenden Flüssigkeitsmantels, der sich außerhalb der Öffnung zu einem Spritzkegel erweitert, durch die in der Spritze des konischen Teils 3 angebrachte Ablaßöffnung 9.

Unter der Ablaßöffnung 9 ist eine Auffangvorrichtung angebracht, die einem Behälter 10 entspricht, innerhalb dessen ein rotationssymmetrischer Behälter 11 koaxial mit dem Hydrozyklon angebracht ist. Die Behälter sind mit einem Abfuhrrohr 12 bzw. 13 versehen.

Der Winkel des durch die aus der Ablaßöffnung 9 strömende eingedickte Suspension gebildeten Spritzkegels ist durch die Viskosität und deshalb durch das spezifische Gewicht oder den Gehalt an suspendiertem Stoff der eingedickten Suspension bedingt. Ist die Konzentration an festem Stoff höher als die Konzentration, die einen Spritzkegel hervorruft, der gerade den Rand des Behälters 11 berührt, so wird die Flüssigkeit im Behälter 11 aufgefangen und durch die Leitung 13 abgeführt. Ist die Konzentration niedriger, so spritzt die eingedickte Suspension in den Behälter io, aus dem sie mittels der Leitung 12 abgeführt werden kann. Die letztere Flüssigkeit kann darauf rezirkuliert werden. Bei großen Anlagen, bei denen mehrere Eindickzyklone parallel geschaltet sind, z. B. in Kohlen- und Erzwäschen, ist es vorteilhaft, die erhaltenen Produkte mittels Rinnen abzuführen. Fig. 2 zeigt eine dazu besonders geeignete Vorrichtung. Sie stellt einen Hydrozyklon 14 dar, der mit einer tangential gerichteten " Zuleitung 15, einer Abfuhrleitung für die Überlauffraktion 16 und einer Ablaßöffnung 17 ausgestattet ist. Unter der Ablaßöffnung 17 und koaxial mit dem Hydrozyklon 14 ist der Behälter 18 mittels der Bügel 19 in der Abfuhrrinne 20 befestigt.

Durch die Abfuhrrinne ist an deren unterer Seite ein Rohr 21 geführt, durch welches Flüssigkeit aus dem Behälter 18 nach einer sich unter der Rinne 20 befindenden zweiten Rinne 23 abgeführt wird. Um Spritzen zu \^rermeiden, kann an dem Behälter 18 ein zylindrischer Schmutzfänger 22 befestigt sein. Der Abstand der Fläche der Ablaßöffnung bis zum Rand des Behälters 18 kann einstellbar sein. Es können mehrere Hydrozyklone über den Abfuhrrinnen 20 und 23 angebracht sein. Sind diese Hydrozyklone richtig eingestellt, so wird, wenn eine verdünnte Suspension durch die tangentiale Zufuhr 15 gepreßt wird, durch das Abfuhrrohr 16 eine praktisch von suspendierten Teilen befreite Flüssigkeit, durch die Rinne 23 eine Suspension, deren spezifisches Gewicht höher ist als ein bestimmtes minimales spezifisches Gewicht, und durch die Rinne 20 eine eingedickte Suspension, deren spezifisches Gewicht noch nicht hoch genug ist, abgeführt. Die letztere Suspension kann dann rezirkuliert werden.

Preßt man durch einen wie in Fig. 2 dargestellten Hydrozyklon mit nachstehenden Abmessungen:

Durchmesser zylindrischer Teil ... 350 mm Durchmesser tangentiales

Zuführrohr 50 -

Durchmesser Überlaufrohr 50 -

Durchmesser Ablaßöffnung 20 - ^

halber Konuswinkel io°

Sand-Löß-Gemische mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht unter einem Druck von 2 atü, so erhält man nachstehende Werte für das spezifische Gewicht der Ablaßfraktion bei den angegebenen Werten des spezifischen Gewichts der zugeführten Suspension. '

Spezifisches Gewicht Spezifisches Gewicht

der Zufuhr des Ablasses

1,089 ^I>°94

1,105 !1767

1.115 1.795

1,134 1.829

Der Winkel des Spritzkegels wechselte dabei von go 104 nach 6o°. Stellt man unter die Spritzöffnung eine wie in Fig. 2 dargestellte Auffangvorrichtung, so daß ein Spritzkegel mit einem Kegelwinkel von 60° eben den Rand des Behälters 18 berührt, und läßt man die durch die Rinne 20 abgeführte Flüssigkeit zirkulieren, so kann durch die Rinne 23 eine Suspension mit einem minimalen spezifischen Gewicht von 1,83 abgeführt werden.

Fig. 3 stellt eine Vorrichtung mit einem festen Kern in der Ablaßöffnung des Hydrozyklons dar. Der Hydrozyklon τ" besteht aus einem zylindrischen Teil 2^a und einem konischen Teil 3". Er ist mit einem tangentialen Zufuhrrohr 4⁰, einem Überlaufrohr 5° und einer Ablaßöffnung g^a versehen. Ein zylindrischer, fester Kern g^b, der an der oberen Wand der Überlaufkappe y^a befestigt ist, verläuft axial im Innern des Hydrozyklons durch das Überlaufrohr 5" bis in die Ablaßöffnung 9°.

Wenn nun eine einzudickende Suspension oder Emulsion unter Druck durch das Rohr 4° zugeführt no wird, verläßt geklärte Flüssigkeit durch das überlaufrohr 5" den Hydrozyklon und wird durch die Kappe 7^a und das Abfuhrrohr 8" abgeführt.

Die eingedickte Dispersion verläßt den Hydrozyklon in Form eines Spritzkegels durch den von der Ablaßöffnung und dem festen Kern g^b geformten ringförmigen Schlitz.

Die Auffangvorrichtung besteht aus einem Auffangbehälter io^a mit Abfuhrrohr 12" und einem zweiten Auffangbehälter n^a, der von einer geschlossenen iao Umdrehungsfläche begrenzt und koaxial unter dem Hydrozyklon angebracht ist. Der Auffangbehälter ii° ist mit einem Abfuhrrohr 13" versehen. Die Wirkung der Auffangvorrichtung ist im wesentlichen der in Fig. ι beschriebenen Auffangvorrichtung gleich. Jedoch ist durch stärkere Variationsmöglichkeit des Spritz-

kegelwinkels eine schärfere Trennung der Dispersionsfraktion erzielbar.

Ein Verfahrensschema mit hintereinandergeschalteten Hydrozyklonen und Rezirkulationsmöglichkeit unter Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Fig. 4 erläutert. Die einzudickende Suspension wird durch die Leitung 40 herangeführt und durch den Pumpenbehälter 36 und die Zufuhrleitung 37 der Pumpe 38 zugeführt, welche die Flüssigkeit über die Leitung 28 tangential einem Eindickzyklon 25, dem ersten einer Reihe von drei hintereinander angebrachten Hydrozyklonen 25, 26 und 27 zuleitet. Der Überlauf von 25 wird durch die Leitung 29 tangential dem Hydrozyklon 26, der überlauf dieses Hydrozyklons 26 wird durch die Leitung 30 tangential dem Hydrozyklon 27 zugeführt. In dem ersten Hydrozyklon 25 wird der größte Teil der suspendierten Partikeln abgetrennt und in der Form einer eingedickten Suspension durch die Ablaßöffnung dieses Hydrozyklons abgeführt. Ist die Konzentration an festem Stoff und deshalb die Viskosität hoch genug, so wird die Suspension in dem inneren Behälter der Auffangvorrichtung 31 aufgefangen und als fertiges Produkt durch die Leitung 32 abgeführt.

Ist die Konzentration und deshalb die Viskosität zu niedrig, so wird die Suspension in dem äußeren Behälter der Auffangvorrichtung 31 aufgefangen und über die Leitung 33 dem Pumpenbehälter 36 wieder zugeführt. Dadurch steigert sich die Konzentration des suspendierten Stoffes in dem Pumpenbehälter, was eine Konzentrationssteigerung in dem Ablaß des Hydrozyklons 25 zur Folge hat. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Konzentration und deshalb auch die Viskosität so hoch bzw. der Winkel des Spritzkegels so klein geworden ist, daß die Flüssigkeit wieder durch die Leitung 32 abgeführt wird.

Der Überlauf des Hydrozyklons 25, der nur wenig festen Stoff enthält, erfährt in den Hydrozyklonen 26 und 27 eine nachträgliche Behandlung, so daß durch die Leitung 39 eine praktisch von suspendierten Teilen befreite Flüssigkeit abgeführt werden kann. Der Ablaß dieser Hydrozyklone mit mehr oder weniger eingedickten Suspensionen wird durch die Leitungen 34 bzw. 35 dem Pumpenbehälter 36 wieder zugeführt. Um das spezifische Gewicht der Ablaßfraktion bei einer schon bestehenden Anlage regeln zu können, wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise der Abstand der Ablaßöffnung eines Hydrozyklons bis zum Rand der Scheidewand der Auffangbehälter einstellbar gemacht.

In einzelnen Fällen, z. B. wenn das Eindicken einer verdünnten Suspension für Regenerierzwecke erfolgt, z. B. zum Aufbessern einer verdünnten Trägersuspension bei einer Kohlen- oder Erzwäsche, ist es wichtig, einer zu hohen Konzentrationssteigerung zu begegnen. In diesem Falle ist unter der Ablaßöffnung des ersten Eindickzyklons eine Auffangvorrichtung anzubringen, die sich aus dreiBehältern zusammensetzt. Dadurch ist es möglich, etwaige Suspensionen mit einer zu hohen Konzentration getrennt aufzufangen und getrennt durch Verdünnung zu einer Suspension mit dem richtigen spezifischen Gewicht umzuarbeiten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE;

   i. Vorrichtung zum Eindicken von Suspensionen und Emulsionen zu einer Flüssigkeit mit einer bestimmten minimalen und/oder maximalen Konzentration an suspendiertem oder emulgiertem Stoff, gekennzeichnet durch die Kombination eines Hydrozyklons zum Eindicken dieser Suspensionen oder Emulsionen und einer der Ablaßöffnung dieses Hydrozyklons gegenüber angebrachten Auffangvorrichtung, die sich aus zwei oder mehreren sich wenigstens an der Seite der Ablaß-Öffnung ineinander angeordneten Auffangräumen zusammensetzt, wobei der der Ablaßöffnung zugewendete Rand der Scheidewand bzw. jeder Rand der Scheidewände zwischen diesen Räumen durch die Schnittlinie dieser Wand mit einer durch den Rand der Ablaßöffnung verlaufenden geraden Kegelfläche, die koaxial zum Hydrozyklon angeordnet ist, gegeben ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auffangvorrichtung aus zwei koaxial mit dem Hydrozyklon angeordneten Auffangräumen, die beide mit Abfuhrmitteln ausgestattet sind, zusammensetzt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der äußere Auffangraum als Abfuhrrinne ausgebildet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Ablaßöffnung des Hydrozyklons ein fester Kern mit kreisförmigem Querschnitt befindet, welcher koaxial zum Hydrozyklon angeordnet ist.
5. 5. Verfahren zum Eindicken von Suspensionen und Emulsionen zu einer Flüssigkeit mit einer bestimmten minimalen und/oder maximalen Konzentration an suspendiertem oder emulgiertem Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension oder Emulsion in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 behandelt wird, die eine derartige Form und derartige Abmessungen aufweist und wobei die Behandlung unter einem derartigen Zufuhrdruck erfolgt, daß die Flüssigkeit mit einer bestimmten minimalen und/oder maximalen Konzentration an emulgiertem oder suspendiertem Stoff eben den Rand einer Scheidewand zwischen zwei Auffangräumen berührt, wobei die den Anforderungen nicht genügende Flüssigkeit gegebenenfalls nach Verdünnung rezirkuliert wird.

   Hierzu .1 Blatt Zeichnungen

   & 9532 7.54