NO831829L - Fremgangsmaate og syklonseparator for oppdeling av fluid med faststoffinnhold i flere fraksjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forbedring i forbindelse med syklonseparering og gjelder særlig en fremgangsmåte for syklonseparering av partikkelmaterial i et fluid fra selve fluidet. Oppfinnelsen angår også en syklonseparator for utførelse av denne fremgangsmåte.

I den foreliggende beskrivelse er uttrykket "partikler" ment

å dekke ikke bare faste partikler, men også væskedråper, gass-bobler og kombinasjoner av faste partikler samt væske- og gasspartikler. På denne måte er det mulig å separere medførte forurensninger fra et fluid, nemlig sådanne forurensninger som blekk og gummi eller andre klebemidler, som iblant er kjent under betegnelsen "klisterstoffer", såvel som luft og fibre.

Pariklene kan betegnes som "dense" eller "lette". "Dense" partikler, som også er kjent som "tunge" partikler, er sådanne partikler som har en densitet større enn det fluid hvori de er oppslemmet, mens "lette" partikler er partikler med mindre tetthet enn vedkommende fluid. Partiklenes størrelseområde vil vanligvis være begrenset av utstyr..som befinner seg opp-strøms eller foran syklonen i rensesystemet samt av syklonens egne dimensjoner. De fluider som foreliggende oppfinnelse er blitt utviklet for er væsker som anvendes ved papirfremstilling, nemlig tremasse som inneholder faste partikler oppslemmet i vann. Ved den følgende beskrivelse av oppfinnelsen, vil det bli særlig henvist til sådanne tremasser. Hvis ikke vannets densitet er blitt forandret av de oppløste faste stoffer,

vil de lette partikler i sådanne tremasser normalt ha en densitet mindre enn lg/cm 3mens de tunge partikler vil ha en densitet større enn lg/cm 3.

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte .samt å frembringe en syklonseparator for effektiv separasjon av partikkelmaterial fra en væske, og særlig fremgangsmåte og syklonseparator for fjerning av både tunge og lette forurensninger. Søkernes europeiske patentansøkning nr. 82.300436.1 beskriver en enveis-syklonseparator som er særlig egnet for fjerning av lette (eller flyteduktige) forurensninger. Som beskrevet i denne patentansøkning innføres forurenset fluid i den øvre ende av en konisk separator og bringes nedover!langs en konvergerende skrueformet bane mot flere utløp anordnet ved en ende av separatoren som ligger fjernt fra innløpet. De forskjellige fraksjoner tas så ut fra hvert sitt utløp.

I en annen syklonseparator som har en arbeidsfunksjon som

kan kalles en omkastet virvelvirkning, er i det minste en av utløpene for en separert fraksjon anbragt like inntil innløpet, mens den innkommende væske under den innledende behandling føres nedover i en skruebane og en fraksjon av denne deretter strømmer oppover, nemlig i motsatt omdreiningsretning innenfor den opprinnelige skruebane. En fraksjon kan tas ut fra bunnen av separatoren gjennom et radialt, omkretsrettet eller tangensialt utløp.

Ingen av disse to kjente separatorer kan hver for seg separere både tunge og lette partikler fra et forurenset fluid.

I henhold til foreliggende oppfinnelse går derpå en fremgangsmåte for oppdeling av fluid med partikkelinnhold i flere fraksjoner ut på at forurenset fluid mates inn i den ene ende av en syklonseparator med virvelomkastning, idet en første "tung" fraksjon tas ut fra en ende av syklonseparatoren som ligger fjernt fra innløpsenden, og et delvis renset fluid tas ut fra et utløp anordnet ved innløpsenden samt føres gjennom en overgangspassasje til en innløpsende av en enveis-syklonseparator, mens ytterligere fraksjoner tas ut fra en ende av enveisseparatoren som ligger fjernt fra dens innløpsende gjennom forskjellige utløp, idet minst en av disse fraksjoner tas ut aksialt fra enveisseparatoren.

Den fraksjon som tas ut fra den nevnte ende av separatoren

med omkastet virvel, tas fortrinnsvis ut aksialt.

Fortrinnsvis er separatoren anordnet med vertikal akse og enveisseparatoren øverst. Oppfinnelsen omfatter også en syklonseparator for oppdeling av et fluidinntak i flere fraksjoner med forskjellig densitet, idet separatorens særtrekk;

i henhold til oppfinnelsen består i at den er sammensatt til en enkelt enhet av en første syklonseparator (med omkastet virvel) for fjerning av tunge forurensninger samt en annen (enveis) syklonseparator for å fjerne lette forurensninger, idet den første separator omfatter et kammer med et fluidinn-løp ved sin ene ende, samt ved en motsatt ende en første ut-løp for passasje av en utseparert tung forurensningsfraksjon, og et annet utløp ved nevnte ene ende for uttak av et delvis renset material, idet dette utløp fører til den ene ende av et kammer i den annen separator, idet den motsatte ende av nevnte annet separatorkammer er utstyrt med flere utløp for uttak av flere ønskede fraksjoner, og minst et av disse utløp er rettet aksialt ut fra separatoren.

En sådan kombinasjon av de to separatorer til en enkelt sepa-ratorenhet og passasje av delvis renset material gjennom en overgangspassasje fra den ene separatorseksjon til den annen innebærer en økonomisering av konstruksjonmaterialer, rør-føring, omfang og pumpeenergi.

I den foretrukkede utførelse av foreliggende oppfinnelsegjen-stand er første og annen separator vertikalt orientert med den første separator anordnet på undersiden av den annen separator. Første og annen separator kan begge ha konisk syk-lonkammer som konvergerer i retning bort fra en felles skillevegg som tjener som endevegg for hver av de to separatorkammere. Fluidinntaket befinner seg inntil denne felles skillevegg. Konusvinklene for de to kammere kan være forskjellig. Hensiktsmessig er de respektive kamre anordnet langs en felles akse, men dette er ikke vesentlig. Overgangspassasjen mellom det første separatorkammer og det annet separatorkammer kan omfatte en rett utboring som er koaksial med aksen for i det minste den første separator.

Det øvre separatorkammer kan ha samme diameter som overgangspassasjen.

I en alternativ utførelse kan overgangspassasjen omfatte en koaksialt anordnet åpning i det første separatorkammer samt en eller flere omkretsfordelte passasjer som stråler ut fra denne åpning og munner ut i det annet separatorkammer som en eller flere omkretsfordelte åpninger, for å føre inn vedkommende fluid fortrinnsvis tangensialt i det annet kammer. Passasjen er fortrinnsvis spiralformet. En konisk kjernestabilisator kan være anordnet konsentrisk i de nevnte åpninger. Utløpet ved den ende av den første separator som ligger fjernt fra innløpet, er fortrinnsvis aksialt rettet.

I en ytterligere utførelse, som i det vesentlige er lik de ovenfor beskrevede utførelse, er en passasje ført langs aksen av den koniske kjernestabilisator mellom første og annet separatorkammer. Denne passasje tillater forurensninger som ikke har vandret til aksen av det første separatorkammer å passere direkte inn i det annet separatorkammer samt derfra til utløpet for avvist material i det annet kammer.

I en alternativ utførelse kan syklonseparatoren med omkastet virvel være anbragt øverst, hvilket vil si med utløpet for tungt material på toppen, for derved å hindre blokkering av utløpet når separatoranordningen slås av. Syklonseparatoren kan være orientert i hvilken som helst vinkel, men vertikal orientering foretrekkes. Syklonkammeret i hver av separatorene kan være sylinderformet.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utfør-elseeksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en første utførelse av en separatoranordning i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en annen utførelse av en

separatoranordning i henhold til oppfinnelsen, og

Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom et ytterligere utførelse av en separatoranordning i henhold til oppfinnelsen.

Det skal nå først henvises til fig. 1, hvor den viste syklonseparator har et hus :som i sin helhet er betegnet med hen-visningstallet 1 og danner en første og en annen syklonseparator 3, 19. Den første syklonseparator 3 har en syklonvirk.-.'. ning med omkastet virvel. Kammeret 5 i den første separator er vanligvis konisk og har i den viste utførelse en vertikalt orientert akse. Et fluidinnløp 7 munner fortrinnsvis tangensialt inn i den ene ende av kammeret 5, nemlig den videste ende, og det innkommende fluid føres inn i en sirkulær bane av en torus 9 som danner en endevegg av kammeret 5. Et ut-løp 11 er anordnet ved den motsatte ende av kammeret 5. Dette utløp er rettet koaksialt med aksen for kammeret 5. En elas-tisk konisk spiss 16 er anordnet ved utløpet 11 og er utstyrt med et eller flere hull ved konusspissen og dimensjonert i samsvar med den foreliggende separatoranvendélse. Innsiden av det koniske kammer 5 kan være glatt eller ha skruespor eller utragende skrueribber for å fremme materialsepareringen. Den nevnte spissanordning kan være utstyrt med rensemidler

for automatisk rensning, f.eks. ved høytrykksfluid. Et ytterligere utløp eller en overgangspassasje 15 er anordnet ved den ende av kammeret 5 som befinner seg nært innløpet 7.

Denne åpning er koaksialt anordnet og fører inn i den ene

ende av et kammer 17 for den annen syklonseparator 19. Denne annen separator har en enveissyklonvirkning. Kammeret er konusformet og konvergerer fra innløpsenden til utløpsenden 21, hvor det er anordnet flere utløpspassasjer. To utløp er således angitt ved den viste utførelse. Et første utløp 23 er anordnet langs aksen, mens ét annet utløp 25 er anordnet radialt og utgår fra et ringformet kammer 27 som står i forbindelse med kammeret 17 over en ringformet åpning 29 som omgir en rørformet passasje for åpningen 23 og som rager inn i kammeret 17. Veggene i kammeret 17 kan være glatte eller utstyrt med skrueformede spor eller utragende ribber for å

lette materialsepareringen. I drift føres det forurensede fluid inn gjennom innløpet 7, vanligvis drevet av en pumpe,

og rettes mot kammerets endevegg som er formet som en torus 9. Dette frembringer en sirkulært skrueformet strømningsbane inne i kammeret 5 og fluidet beveger seg da først nedover mot utløpsspissen 11. Tunge forurensninger vandrer mot veggene av kammeret 5 og avgis gjennom den elastiske konusfor-mede spiss 13. Det material som er befriet for tunge forurensninger føres så oppover, hvilket vil si i motsatt strømnings-retning og med aksial- og omløpshastighet mot utløpet 15

samt inn i kammeret 17 i enveis-separatoren 19, hvor de lette forurensninger fjernes. De lette forurensninger vandrer da mot midtaksen av kammeret 17 og føres ut gjennom det aksialt anordnede utløp 23. Det rensede fluid tas ut fra utløpet 25 gjennom den ringformede åpninge 29 og utløpskammeret 27.

Tunge forurensninger separeres således ut i den første syklonseparator, mens lette forurensninger tas ut i den annen syklonseparator. Det prinsipp som ligger til grunn for enveis-syklonseparatorens drift er beskrevet mer detaljert i søkernes europeiske patentansøkning nr. 82.300436.1.

Flere fraksjoner kan separeres ut i enveisseparatoren ved å anordne ytterligere ringformede kamre som danner forskjellige strømningslinjer.

Det skal nå henvises til fig. 2 hvor det er vist en alternativ utførelse. Dé samme henvisningstall som er benyttet under beskrivelsen av fig. 1, anvendes her for å angit tilsvarende deler. Forskjellen mellom de to utførelser ligger i anordningen av overgangspassasjen 15. Mens denne passasje i fig. 1 er vist som en rett aksialt rettet utboring, er passasjen i den foreliggende utførelse oppdelt i flere delpassasjer 35 som stråler ut fra en sentralt anordnet åpning 37

i kammeret 5 i den første separator 3. Disse delpassasjer 35 munner ut i kammeret 17 i den annen separator 19. Et an-tall omkretsfordelte åpninger dannes på denne måte. Anordnet koaksialt innenfor disse flere åpninger befinner det seg en

kjernestabilisator 39 med konisk utformning. Delpassasjene,

35 er fortrinnsvis anordnet for å munne ut tangensialt, således at det fluid som passerer gjennom disse delpassasjer rettes langs , en skruebane. Ennu mer fordelaktig er det å la delpassasjene følge en spiralformet bane for å sikre at det fluid som løper inn i den annen separator har den nødvendige omløpshastighet for å gi ønsket separering.

Ved en alternativ utførelse som ikke er vist, er det anordnet bare en eneste spiralpassasje 35 som fører fra det første separatorkammer til den annet separatorkammer. En eller flere passasjer kan således være anordnet alt etter forskjellige utførelser av oppfinnelsen.

Det skal nå henvises til fig. 3, hvor et ytterligere, utførel-se er vist. De samme henvisningstalll.som i figurene 1 og 2 anvendes for å angi tilsvarende deler.

Denne separator har et første og et annet separatorkammer 3,

19 med en mellomliggende felles skillevegg. Denne vegg omfatter en konisk kjernestabilisator 39 og har både omkretsfordelte åpninger 35 og en aksial, passasje 40. Den aksiale passasje 40 danner en direkte forbindelse mellom første og annet separatorkammer og tillater forurensninger som har vandret til aksen av det første kammer 3 å passerer direkte inn i det annet separatorkammer 19, samt derfra til utløpet 23 for avvist material i det annet kammer. Utførelsen i fig. 3 tilsvarer i drift forøvrig utførelsen i fig. 2.

Konusvinkelen for de forskjellige syklonseparatorer kan være innbyrdes forskjellige og separatorene behøver nødvendigvis ikke å være anordnet langs samme felles akse. Det er heller ikke vesentlig at enveisseparatoren er konisk, da den også

kan være sylinderformet med en diameter tilsvarende diameteren av overgangspassasjen 15, og separatorkammeret i syklonseparatoren med omkastet virvel kan faktisk også være sylinderformet. Ytterhuset for de to separatorer kan være sammenkoblet i om-

rådet av den felles skillevegg som danner overgangspassasjen 15.

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet ved hjelp av utførelser som er vertikalt orientert og har enveisseparatoren øverst,

er dette ikke vesentlig og en hvilken som helst hensiktsmessig orienteringsvinkel kan anvendes. For å hindre blokkering av tungtstoff-utløpet når de viste utførelser slås av, kan også hele separatoranordningen vendes om, således at enveisseparatoren ligger nederst.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for oppdeling av fluid med partikkelinnhold i flere fraksjoner, karakterisert ved at forurenset fluid mates inn i den ene ende av en syklonseparator (3) med virvelomkastning, idet en første .(tung) fraksjon tas ut fra en ende av syklonseparatoren som ligger fjernt fra innløpsenden (7), og et delvis renset fluid tas ut fra et utløp anordnet ved inn-løpsenden samt føres gjennom en overgangspassasje (15> 37) til en innløpsende av en enveis-syklonseparator (19), mens ytterligere fraksjoner tas ut fra en ende av enveisseparatoren som ligger fjernt fra dens innløpsende gjennom forskjellige utløp (23, 25), idet minst en av disse fraksjoner tas ut aksialt fra enveisseparatoren.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den fraksjon som tas ut fra den fjerntliggende ende (11) av syklonseparatoren med omkastet virvel, tas ut aksialt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert 'v ed at fluidet overføres fra syklonseparatoren (3) med omkastet virvel til enveis-syklonseparatoren (19) gjennom en aksial passasje (15).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluidet overføres fra syklonseparatoren (3) med omkastet virvel til enveis-syklonseparatoren (19) gjennom flere omkretsfordelte passasjer (35).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluidet overføres fra syklonseparatoren (3) med omkastet virvel til enveis-syklonseparatoren (19) gjennom en spiralpassasje.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakter:-i sert ved at en del av fluidet over-føres fra syklonseparatoren (3) med omkastet virvel til enveisseparatoren (19) gjennom flere omkretsfordelte passasjer (35), mens en annen del av fluidet overfø res gjennom en aksial passasje (40).

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 6, karakterisert ved at separatoren er anordnet langs en vertikal akse og med enveisseparatoren nederst.

8. Syklonseparator for oppdeling av et fluidinntak i flere fraksjoner med forskjellig densitet, karakterisert ved at separatoren er sammensatt i en enkelt enhet av en første syklonseparator (3) med omkastet virvel og innrettet for fjerning av tunge forurensninger, samt en annen enveis-syklonseparator (19) for fjerning av lette forurensninger, idet den første separator omfatter et kammer (5) med et fluidinnlø p (7) ved kammerets ene ende, samt ved en motsatt ende av kammeret et første utløp (11) for uttak av utseparerte tunge forurensninger, og et annet utløp (15) ved nevnte ene separatorende og tilsluttet en overgangspassasje for overføring av delvis renset material til den ene ende av et kammer (17) i den annen separator (19), idet den motsatte ende av nevnte annet separatorkammer er utstyrt med flere utløp (23, 25) for uttak av flere ønskede fraksjoner, og minst et av disse utløp er anordnet aksialt ut fra separatoren.

9. Syklonseparator som angitt i krav 8, karakterisert ved at en felles skillevegg (9) tjener som endevegg for hver av de respektive separatorkammere (5, 17).

10. Syklonseparator som angitt i krav 9, karakterisert ved at fluidinnløpet (7) er anordnet i.' nærheten av den felles skillevegg (9) .

11. Syklonseparator som angitt i krav 8, 9 eller 10, karakterisert ved at endeveggen av det første kammer (5) ved fluidinnløpet har form av en torus som retter innløpsfluidet inn i én skrueformet strømningsbane.

12. Syklonseparator som angitt i krav 8-11, karakterisert ved at det ene eller begge separatorkammrene er sylinderformet.

13. Syklonseparator som angitt i krav 8-11, karakterisert ved at det første separatorkammer (5) er konisk og konvergerer mot det første utløp (11).

14. Syklonseparator som angitt i krav 13, k a r a k t e r.'.i sert ved at det første og annet separatorkammer er konisk, og det annet kammer konvergerer mot utløpsenden.

15. Syklonseparator som angitt i krav 14, karakterisert ved at konusvinkelen for de to separatorkammrene er innbyrdes forskjellige.

16. Syklonseparator som angitt i krav 8-16, karakterisert ved at første og annet separatorkammer står i innbyrdes forbindelse over en overgangspassasje (15) .

17. Syklonseparator som angitt i krav 16, karakterisert ved at første og annet kammer er anordnet langs en felles akse og overgangspassasjen utgjøres en passasje med retning langs kammeraksen.

18. Syklonseparator som angitt i krav 16, karakterisert ved at første og annet kammer er anordnet langs en felles akse og overgangspassasjen (15) omfatter flere omkretsfordelte passasjer som strekker seg utover fra en koaksialt anordnet innløpsåpning (37).

19. Syklonseparator som angitt i krav 16, karakterisert ved at overgangspassasjen omfatter en eller flere spiralformede passasjer som munner hovedsakelig tangensialt ut i det annet kammer.

20. Syklonseparator som angitt i krav 18 eller 19, karakterisert ved at en aksial passasje er anordnet i tillegg til nevnte omkretsfordelte eller spiralformede passasjer.

21. Syklonseparator som angitt i krav 1-20, k a r a k t e r,' i sert ved at første og annen separator er orientert vertikalt med den første separator anordnet på undersiden av den annen separator.

22. Syklonseparator som angitt i krav 18 - 20, karakterisert ved at syklonseparatoren med omkastet virvel er anordnet øverst.