ABSCHEIDEVORRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Suspensionen bzw. Aufkonzentrierung von Suspensionen, umfassend einen Hydrozyklon (10) sowie einen Sekundärabscheider (20), gekennzeichnet durch einen Sekundärabscheider-Zulauf, einen Abscheideraum und ein Tauchrohr, wobei die Unterlaufdüse (13) mit einem Sekundärabscheider-Zulauf fluidleitend verbunden ist, wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand mit dem Abscheidedeckel und einem Abscheideboden den Abscheideraum begrenzt, wobei ein Tauchrohr in den Abscheideraum hineinragt und als Auslauf für einen Sekundärstrom fungiert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Unterlaufstrom eines Hydrozyklons (10) bzw. zur Aufkonzentrierung einer Suspension, wobei der Unterlaufstrom in einen Sekundärabscheider (20) strömt, wobei im Sekundärabscheider (20) zumindest eine zweite Fest-Flüssig-Trennung bzw. Aufkonzentrierung erfolgt und ein Sekundärstrom aus zumindest einem Sekundärabscheider (20) strömt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer Suspension bzw. zur Aufkonzentrierung von dichtedivergenten Stoffen in einer Suspension, umfassend einen Hydrozyklon mit zumindest einem Zulauf für die Rohflüssigkeit, einem zylindrischen Segment, einem konischen Segment, zumindest einer Überlaufdüse sowie zumindest einer Unterlaufdüse (Austrag). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Unterlaufstrom eines Hydrozyklons bzw. zur Aufkonzentrierung von dichtedivergenten Stoffen in einer Suspension.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

[0002] Zur Abtrennung bzw. Klassierung von in Suspensionen enthaltenen Feststoffpartikeln, zur Aufkonzentrierung sowie zur Trennung von Emulsionen wie beispielsweise Öl-WasserGemische kommen häufig Hydrozyklone zum Einsatz.

[0003] Die Funktionsweise dieses Trennverfahrens beruht auf dem Zusammenspiel von massenabhängigen Zentrifugal- und Strömungskräften. Die tangential in den zylindrischen Teil des Hydrozyklons einströmende Rohflüssigkeit wird auf eine Kreisbahn gezwungen, wobei massendichtere Feststoffpartikel zur Außenwand des Hydrozyklons sowie Richtung Austrag befördert werden. Eine Verjüngung des Zylinders (Konus) führt zu einer Verdrängung insbesondere der weniger massendichten Flüssigkeit nach innen, resultierend in einem inneren, aufwärtsgerichteten Wirbel.

[0004] Dies führt in der Regel dazu, dass feststoffarme Flüssigkeit über eine Überlaufdüse als Überlaufstrom abfließt. Da durch den Hydrozyklon jedoch häufig keine vollständige Fest-Flüssig-Trennung möglich ist, fließt neben den abzutrennenden Feststoffpartikeln auch Flüssigkeit als Unterlaufstrom ungenützt ab.

[0005] In vielen Fällen stellt der Verlust von Flüssigkeit kein Problem dar, da lediglich eine Anreicherung der Feststoffpartikel im Unterlauf gefordert wird. Die Anreicherung wird hierbei durch die Bauform sowie die Betriebsweise des Hydrozyklons bestimmt. Schwer beeinflussbar sind dabei die Eigenschaften der aufkonzentrierten Suspension, welche jedoch in vielen technischen Anwendungen selektiv gestaltet werden sollen. Bei anderen Anwendungen ist der Verlust von mit Feststoffpartikeln über den Unterlaufstrom abfließender Flüssigkeit weitestgehend zu minimieren. So wird beispielsweise beim Wasserstrahlstrahlschneiden die Abtrennung von Feststoffpartikeln ohne Verlust von Wasser für den Strahl gefordert.

[0006] Um eine vollständige Fest-Flüssig-Trennung zu erreichen, kann der Unterlaufstrom nachgeschalteten Trennprozessen zugeführt werden. Im nächstliegenden Stand der Technik GB 1,130,339 A wird einem Hydrozyklon ein weiterer Hydrozyklon nachgeschaltet. Der vom ersten Hydrozyklon kommende Unterlaufstrom wird dabei wiederum tangential in den zweiten Hydrozyklon geleitet, wobei zur Trennung erneut die Zentrifugal- bzw. Fliehkraft genützt wird.

[0007] Weitere im Stand der Technik verwendeten Vorrichtungen wie beispielsweise Sedimenter haben Nachteile wie großen Platzbedarf oder lange Verweilzeiten aufgrund geringer Sinkgeschwindigkeit von Feststoffpartikeln in höherviskosen Flüssigkeiten. Filtereinheiten verursachen hohe Kosten durch den erhöhten Wartungsbedarf, resultierend in längeren Stillstandzeiten. Ein weiterer Nachteil von Filtern sind mitunter große Druckverluste.

[0008] Die US 3928186 A beschreibt die hintereinander erfolgende Abscheidung von leichten Papierfasern aus einer Papierabfall-Suspension. Dabei wird anstelle des Unterlaufstromes eines Hydrozyklons der Überlaufstrom und somit partikelarme Flüssigkeit einem zweiten Trennprozess zugeführt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, abgeschiedene und im Unterlauf (Austrag) befindliche Partikel, welche durch einen Hydrozyklon im Austrag aufkonzentriert wurden, aus dem Unterlauf abzutrennen. Des Weiteren kann die Zusammensetzung der aufkonzentrierten Suspension selektiv beeinflusst werden.

[0010] Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Suspensionen, umfassend einen Hydrozyklon mit zumindest a) einem Hydrozyklon-Zulauf für Rohflüssigkeit, b) einem zylindrischen Segment, c) einem konischen Segment, d) einer Überlaufdüse sowie e) einer Unterlaufdüse, gekennzeichnet durch einen Sekundärabscheider, umfassend einen Sekundärabscheider-Zulauf, einen Abscheideraum und ein Tauchrohr, wobei die Unterlaufdüse mit einem Sekundärabscheider-Zulauf fluidleitend verbunden ist, wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand mit dem Abscheidedeckel und einem Abscheideboden den Abscheideraum begrenzt, wobei ein Tauchrohr in den Abscheideraum hineinragt und als Auslauf für einen Sekundärstrom fungiert.

[0011] Diese Aufgaben werden weiters gelöst durch einen Sekundärabscheider, gekennzeichnet durch einen Sekundärabscheider-Zulauf, einen Abscheideraum und ein Tauchrohr, wobei die Unterlaufdüse mit einem Sekundärabscheider-Zulauf fluidleitend verbunden ist, wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand mit dem Abscheidedeckel und einem Abscheideboden den Abscheideraum begrenzt, wobei ein Tauchrohr in den Abscheideraum hineinragt und als Auslauf für einen Sekundärstrom fungiert.

[0012] Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung ist ein Sekundärabscheider dem Hydrozyklon nachgeschaltet. Der Hydrozyklon weist zumindest einen Hydrozyklon-Zulauf für die Rohflüssigkeit, zumindest ein Segment in Form eines geraden Kreiszylindermantels und ein konisches Segment, zumindest eine Überlaufdüse sowie zumindest eine Unterlaufdüse auf. Die Unterlaufdüse ist mit einem Sekundärabscheider-Zulauf fluidleitend verbunden, wobei der Unterlaufstrom über einen Sekundärabscheider-Zulauf in den Sekundärabscheider strömt. Der erfindungsgemäße Sekundärabscheider ist gekennzeichnet durch einen Abscheideraum, wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand mit dem Abscheidedeckel und einem Abscheideboden den Abscheideraum begrenzt, wobei ein Tauchrohr in den Abscheideraum hineinragt und als Auslauf für einen Sekundärstrom fungiert.

[0013] Der Sekundärabscheider hat bevorzugt Kreishohlzylinderform, die Form ist jedoch nicht auf einen Kreishohlzylinder beschränkt. Ein erfindungsgemäßer Sekundärabscheider kann auch die Form eines allgemeinen Zylinders oder konische Form aufweisen und auch kugelförmig ausgebildet sein. Die seitliche Abscheidewand bildet die Mantelfläche und ist vorzugsweise aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt.

[0014] Der Abscheidedeckel schließt den Sekundärabscheider nach oben hin im Wesentlichen fluiddicht ab, wobei eine Öffnung für einen Zulauf vorgesehen ist. Der Abscheidedeckel kann mit der seitlichen Abscheidewand dauerhaft verbunden sein, ebenso kann er abnehmbar ausgeführt sein. Der Abscheideboden schließt den Sekundärabscheider nach unten hin im Wesentlichen fluiddicht ab, wobei bevorzugt eine Öffnung für das Tauchrohr vorgesehen ist. Der Abscheideboden kann wie der Deckel mit der seitlichen Abscheidewand dauerhaft verbunden sein, ebenso kann er abnehmbar ausgeführt sein.

[0015] Der erfindungsgemäße Sekundärabscheider nützt den Drehimpuls des vom Hydrozyklon kommenden Unterlaufstroms. Durch einen optionalen Fluid-Leitapparat im Bereich des Sekundärabscheider-Zulaufs kann der Drall zusätzlich verstärkt werden. Die auf die Partikel wirkende Fliehkraft wird dabei zur Fest-Flüssig-Trennung genutzt. Vorteilhafterweise wird keine zusätzliche externe elektrische bzw. mechanische Energie für diesen Trennprozess benötigt.

[0016] Das Tauchrohr ist derart angeordnet, dass die der Unterlaufdüse zugewandten Öffnung des Tauchrohres und die Öffnung der Unterlaufdüse im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Das Tauchrohr ist vorzugweise durchgehend gerade aber nicht zwingend durchgehend gerade ausgeführt und kann nur stückweise gerade ausgeführt sein. Das Tauchrohr kann in einer Ausführungsvariante einen Knick aufweisen oder gebogen sein. Ferner kann das Tauchrohr relativ zum Abscheideraum in Richtung Abscheideboden und/oder Abscheidedeckel verschiebbar sein. Eine besondere Ausführungsvariante sieht ein Tauchrohr mit einer Tauchrohrabdeckung vor, wobei diese am der Unterlaufdüse zugewandten Tauchrohrende fluiddurchlässig angebracht ist. Die Tauchrohrabdeckung kann beispielsweise eben, konisch oder gekrümmt ausgeführt sein.

[0017] Ein geknicktes bzw. gebogenes Tauchrohr ermöglicht, dass ein Sekundärstrom seitlich durch die Mantelfläche aus dem Abscheideraum oder schräg durch den Abscheideboden aus dem Abscheideraum geführt werden kann. In Kombination mit einem zum Sekundärabscheider-Auslauf hin konisch zusammenlaufenden Abscheideboden können Partikel durch periodisches oder kontinuierliches Betätigen eines Ventils in axialer Strömungsrichtung aus dem Abscheideraum als Partikel-Strom abgeführt werden. Die axiale Verschiebung des Tauchrohrs sowie dessen geometrische Proportionen (Durchmesser, Länge, Form, Einbaulage) ermöglicht eine Optimierung des Sekundärstromes hinsichtlich Volumenstrom, Kontinuität, Selektivität und Abscheideleistung. Eine Tauchrohrabdeckung verhindert das direkte Eintreten von Partikeln in das Tauchrohr und bringt zusätzliche Vorteile hinsichtlich der Reinheit bzw. der Suspensionseigenschaften des Sekundärstromes.

[0018] Der Abscheideboden ist bevorzugt eben ausgeführt. In einer besonderen Bauform weist dieser einen in Richtung Abscheidedeckel und von der seitlichen Abscheidewand zum Tauchrohr hin zusammenführenden Konus auf. Alternativ ist denkbar, dass der Abscheideboden einen in Richtung Abscheidedeckel und vom Tauchrohr zur seitlichen Abscheidewand hin auseinanderlaufenden Konus aufweist.

[0019] Eine konische Ausführung des Abscheidebodens kann vorteilhafte Wirkung hinsichtlich der Abscheideleistung haben. Dabei wird das Strömungsverhalten des Sekundärstromes positiv beeinflusst.

[0020] Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Abscheideboden in jedem Bereich des Übergangs zur seitlichen Abscheidewand eine Vertiefung aufweist, wobei die Vertiefung als Wanne bzw. als Austragswanne fungiert. Bevorzugt ist die Vertiefung ringförmig ausgestaltet.

[0021] Damit wird erreicht, dass die im Bereich der Austragswanne angelagerten Partikel bzw. aufkonzentrierte Suspension von der vorherrschenden Strömung nicht so leicht mitgerissen werden können. Eine besondere Bauform sieht einen abnehmbaren Teil des Abscheidebodens im Bereich der Wanne vor, um Verschmutzungen händisch entfernen zu können.

[0022] In einer besonderen Ausführungsvariante ist zumindest ein Spül-Zulauf und zumindest ein Spül-Ablauf vorgesehen, wobei diese mit dem Sekundärabscheider fluidleitend verbunden sind. Dabei kann der zumindest eine Spül-Zulauf und der zumindest eine Spül-Ablauf im Wesentlichen tangential zur seitlichen Abscheidewand und orthogonal zur Längsachse des Sekundärabscheider-Zulaufs angeordnet sein. Alternativ kann der zumindest eine Spül-Zulauf und der zumindest eine Spül-Ablauf im Wesentlichen parallel zum Sekundärabscheider-Zulauf angeordnet sein, wobei der zumindest eine Spül-Zulauf mit dem Abscheidedeckel verbunden ist und der zumindest eine Spül-Ablauf mit dem Abscheideboden verbunden ist.

[0023] Eine solche Spüleinheit hat den Vorteil, dass die händische Reinigung einer eine erfindungsgemäße Vorrichtung instand haltenden Person zum größten Teil abgenommen werden kann.

[0024] Ferner wird die Aufgabe der Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Unterlaufstrom eines Hydrozyklons bzw. der Aufkonzentrierung einer Suspension gelöst durch ein Verfahren, wobei eine Rohflüssigkeit als Einlaufstrom in einen Hydrozyklon strömt, wobei im Hydrozyklon zumindest eine erste Fest-Flüssig-Trennung erfolgt, wobei ein Überlaufstrom und ein Unterlaufstrom aus dem Hydrozyklon strömt. Das Verfahren ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass der Unterlaufstrom in einen erfindungsgemäßen Sekundärabscheider strömt, wobei im Sekundärabscheider zumindest eine zweite Fest-Flüssig-Trennung bzw. Aufkonzentrierung erfolgt und ein Sekundärstrom aus zumindest einem Sekundärabscheider strömt.

[0025] Eine Verfahrensvariante sieht vor, den vom Sekundärabscheider kommenden Sekundärstrom in den zumindest einen Hydrozyklon-Zulauf zurückzuführen. In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Sekundärstrom in den Überlaufstrom zurückgeführt werden, beispielsweise kontinuierlich, diskontinuierlich oder nach einer beliebigen Anzahl von Abscheidezyklen.

[0026] Die Rückführung des Sekundärstroms in den zumindest einen Hydrozyklon-Zulauf hat den Vorteil, dass die gesamte Abscheideleistung bzw. Selektivität erhöht werden kann. Dadurch kann die Reinheit bzw. Zusammensetzung des Sekundärstromes den Anforderungen entsprechend gesteuert werden.

[0027] In einer weiteren Bauform kann ein Durchflusssensor vorgesehen sein, wodurch in einer speziellen Verfahrensvariante der Massen- bzw. Volumenstrom des Sekundärstroms gemessen werden kann. Das Messergebnis des Durchflusssensors stellt dabei eine Größe zur Regelung eines Ventils oder einer Pumpe bereit.

[0028] Vorteilhafterweise können dadurch die Strömungsbedingungen im Sekundärabscheider dynamisch adaptiert werden, um die Abscheideleistung bzw. Selektivität je nach Anforderung positiv zu beeinflussen.

[0029] Unabhängig von der Ausführungsform wird darauf geachtet, dass abgeschiedene Partikel aus dem Abscheideraum als Partikel-Strom bzw. aufkonzentrierte Suspension abgeführt werden. Dies kann periodisch oder kontinuierlich erfolgen. Generell können unterschiedliche Verfahrensvarianten miteinander kombiniert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0030] 

Fig. 1 zeigt einen Hydrozyklon 10 mit einem nachgeschalteten erfindungsgemäßen Sekundärabscheider 20 in der Vorderansicht, Seitenansicht und Perspektive.

Fig. 2 zeigt einen Hydrozyklon 10 mit erfindungsgemäßem Sekundärabscheider 20, Einlaufstrom 1 (Rohflüssigkeit), Überlaufstrom 2, Unterlaufstrom 3, Partikel-Strom bzw. aufkonzentrierte Suspension 4 und Sekundärstrom 5.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sekundärabscheider in der Vorderansicht und Perspektive mit Sekundärabscheider-Zulauf 21, Abscheidedeckel 22, seitliche Abscheidewand 23, Abscheideraum 24, Tauchrohr 25, Abscheideboden 26 und Auslauf 27.

Fig. 4 zeigt den schematischen Strömungsverlauf in einem erfindungsgemäßen Sekundärabscheider.

Fig. 5 zeigt eine besondere Bauform eines erfindungsgemäßen Sekundärabscheiders mit gekrümmtem Tauchrohr und einem Ventil zum kontrollierten Ablassen von Feststoffpartikeln bzw. aufkonzentrierter Suspension.

Fig. 6 zeigt eine besondere Ausführung des Abscheidebodens sowie des Abscheidedeckels

6a Abscheideboden, welcher einen in Richtung Abscheidedeckel 22 und von der seitlichen Abscheidewand 23 zum Tauchrohr 25 hin zusammenführenden Konus 28' aufweist.

6b Abscheideboden, welcher einen in Richtung Abscheidedeckel 22 und vom Tauchrohr 25 zur seitlichen Abscheidewand 23 hin auseinanderlaufenden Konus 28" aufweist.

6c Abscheidedeckel, welcher einen in Richtung Abscheideboden 26 und vom Sekundärabscheider-Zulauf 21 zur seitlichen Abscheidewand 23 auseinanderlaufenden Konus 29' aufweist.

6d Abscheideboden, welcher teilweise perforiert ist, geöffnet ist oder ganz entfällt, sodass die abgeschiedenen Partikel bzw. aufkonzentrierte Suspension frei ausgetragen wird.

6e Abscheideboden, welcher teilweise perforiert ist, geöffnet ist oder ganz entfällt, wobei der Abscheidedeckel konisch vom Sekundärabscheider-Zulauf 21 zur seitlichen Abscheidewand 23 auseinanderläuft, sodass die abgeschiedenen Partikel bzw. aufkonzentrierte Suspension frei ausgetragen wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Abscheidebodens, wobei eine Vertiefung eine ringförmige Austragswanne 26' bildet.

Fig. 8 zeigt zwei Varianten eines erfindungsgemäßen Sekundärabscheiders mit Spül-Zuläufen und Spül-Abläufen in jeweils zwei Ansichten, welche auch auf alle angeführten Bauformen des Sekundärabscheiders angewendet werden können.

8a zeigt tangentiale Spül-Zuläufe 30 (30', 30"), welche auch als Abläufe verwendet werden können und tangentiale Spül-Abläufe 31 (31', 31"), welche auch als Zuläufe verwendet werden können.

8b zeigt axiale Spül-Zuläufe 32 (32', 32"), welche auch als Abläufe verwendet werden können und Spül-Abläufe 33 (33', 33""), welche auch als Zuläufe verwendet werden können.

Fig. 9 zeigt Varianten der Rückführung des Sekundärstromes 5.

9a zeigt die Rückführung in den Einlaufstrom 1.

9b zeigt, dass der Sekundärstrom 5 als zusätzlicher Einlaufstrom zurückgeführt wird.

9c zeigt, die Rückführung in den Überlaufstrom 2.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform mit einer in den Sekundärstrom 5 eingebrachten a) Pumpe 6 oder b) Regelventil 7 mit einem Durchflusssensor 8.

Fig. 11 zeigt einen denkbaren Aufbau mit Spüleinrichtung und Ventilen zur Steuerung eines Spülprozesses.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0031] Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens für die effektive Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Unterlaufstrom 5 eines Hydrozyklons 10, um den Verlust von Flüssigkeit, zu minimieren. Ein weiteres Ziel ist die selektive Aufkonzentrierung einer aus dem Unterlauf eines Hydrozyklons austretenden Suspension. Ein erfindungsgemäßer Sekundärabscheider 20 weist für eine optimale Betriebsweise eine spezielle Geometrie auf. Ohne die Bauform darauf einzuschränken, werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsvarianten gemäß Fig. 1 bis 11 beschrieben.

[0032] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sekundärabscheider 20, wobei dieser einem Hydrozyklon 10 direkt nachgeschaltet ist. Die Rohflüssigkeit in Form einer Suspension strömt über einen Hydrozyklon-Zulauf 11 tangential in ein oberes, zylindrisches Segment 14' des Hydrozyklons 10. Die Rohflüssigkeit wird dadurch auf eine Kreisbahn gezwungen und es entsteht im Weiteren ein abwärts gerichteter Wirbel. Eine axiale Verjüngung des zylindrischen Segments 14' bildet ein konisches Segment 14 aus. Dies bewirkt, dass massendichtere Feststoffpartikel verstärkt an die Wand des konischen Segments 14 befördert werden, wodurch partikelarme Flüssigkeit in die Mitte des Hydrozyklons getrieben wird. Die geringere Massendichte der partikelärmeren Flüssigkeit führt zu einem aufwärtsgerichteten Strom und folglich zum Abfluss eines Teiles der partikelarmen Flüssigkeit durch eine Überlaufdüse 12 als Überlaufstrom 2 (Fig. 2). Partikel, restliche Flüssigkeit oder aufkonzentrierte Suspension verlassen den Hydrozyklon 10 als Unterlaufstrom 3 (Fig. 2) über die Unterlaufdüse 13 und strömt in einen erfindungsgemäßen Sekundärabscheider 20, wobei die Unterlaufdüse 13 mit einem Sekundärabscheider-Zulauf 21 entsprechend fluidleitend verbunden ist.

[0033] In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Sekundärabscheider 20 im Detail gezeigt. Der Sekundärabscheider-Zulauf 21 ist vorzugsweise ein Rohr mit kreisrundem Querschnitt. Die Dimensionierung kann abhängig von Volumenstrom und Viskosität der Rohflüssigkeit angepasst werden. Optional kann durch einen Fluid-Leitapparat im Bereich des Sekundärabscheider-Zulaufs 21 der Drall zusätzlich verstärkt werden. Der Sekundärabscheider-Zulauf 21 ist mit einem Abscheidedeckel 22 beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder durch Verschrauben verbunden. Über den Zulauf 21 gelangt der nach wie vor als Suspension vorliegende Unterlaufstrom 3 (Fig. 2) in einen Abscheideraum 24. Dieser wird im Wesentlichen durch eine kreiszylinderförmige Mantelfläche bzw. seitliche Abscheidewand 23 aus beispielsweise Aluminium, Stahl oder Kunststoff gebildet.

[0034] Eine Variante kann in zumindest einem Bereich der seitlichen Abscheidewand 23 und/oder des Abscheidedeckels 22 und/oder des Abscheidebodens 26 transparent ausgeführt sein, wobei dieser zumindest eine Bereich als Sichtfenster dienen soll. Der Abscheidedeckel 22 und der Abscheideboden 26 schließt den Hohlzylinder an seinen Stirnseiten im Wesentlichen fluiddicht ab, wobei Öffnungen für den zumindest einen Zulauf 21 und das zumindest eine Tauchrohr 25 vorgesehen sind. Die Dichtheit kann durch eine Schweißverbindung hergestellt werden. Ebenso kann eine lösbare Schraub- oder Klemmverbindung mit entsprechenden Dichtelementen vorgesehen sein, wodurch der Abscheidedeckel 22 und Abscheideboden 26 abnehmbar sind.

[0035] Das Tauchrohr 25 und der Auslauf 27 sind bevorzugt aus demselben Rohr gebildet. Jener Teil des Rohres, welcher in den im Wesentlichen mit Suspension angefüllten Abscheideraum hineinreicht wird entsprechend als Tauchrohr 25 bezeichnet. Jener Teil des Rohres, welcher vom Abscheideraum 24 in Strömungsrichtung wegführt wird als Auslauf 27 bezeichnet. Das Rohr kann wie das Rohr für den Sekundärabscheider-Zulauf 21 ausgebildet sein.

[0036] Eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufs innerhalb eines erfindungsgemäßen Sekundärabscheiders 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Der vom Hydrozyklon 10 kommende Unterlaufstrom 3 weist einen Drehimpuls auf, welcher von der Funktionsweise des Hydrozyklons 10 herrührt. Im Sekundärabscheider-Zulauf 21 werden massedichtere Partikel bzw. Suspensionsanteile aufgrund der Zentrifugalkraft gegen dessen Rohrinnenseite gedrückt. Bei Eintritt in den Abscheideraum 24 entfällt die von der Rohrinnenseite entgegenwirkende Zentripetalkraft, wodurch massedichtere Partikel an die seitliche Abscheidewand 23 gedrängt werden und schließlich am Abscheideboden zu liegen kommen. Die weniger massedichte Flüssigkeit bleibt dabei im inneren Bereich des Abscheideraums 24 und erfährt einen Auftrieb. Die von Feststoffpartikeln befreite Flüssigkeit strömt über das Tauchrohr 25 bzw. über den Auslauf 27 als Sekundärstrom 5 ab. Optional kann eine Tauchrohrabdeckung 25' vorgesehen sein, um das direkte Eintreten eines massedichten Feststoffpartikels in das Tauchrohr 25 zu verhindern.

[0037] Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, in welchem einem Hydrozyklon 10 ein weiterer Hydrozyklon nachgeschaltet wird, ist unter anderem das abrupte Ausbleiben der Zentripetalkraft direkt bei Eintritt der Suspension in den Abscheideraum 24. Dies bewirkt eine Auflockerung der Masse, was insbesondere bei hochviskosen Suspensionen wie partikelreiche Biomasse bzw. Schlamm Klumpenbildung verhindert und somit maßgeblich zur Steigerung der Abscheideeffizient beiträgt. Testversuche haben gezeigt, dass ein erfindungsgemäßer Sekundärabscheider 20 auch zur Gas-Feststoff- oder Gas-Flüssig-Trennung geeignet ist.

[0038] Fig. 5 zeigt eine besondere Ausführung eines erfindungsgemäßen Sekundärabscheiders 20. Das Tauchrohr 25 weist dabei einen Knick auf, sodass es entweder den konisch geformten Abscheideboden 26 zu einer Seite hin durchdringt, oder oberhalb den zylindrischen Teil der Abscheidewand (23) verlässt. Der Sekundärstrom 5 fließt über den Auslauf 27 ab. In axialer Strömungsrichtung können die abgeschiedenen Partikel bzw. die aufkonzentrierte Suspension nach unten abgeleitet werden. Die Einbringung eines Ventils in den Partikelstrom ermöglicht dabei das periodische oder bevorzugt kontinuierliche Austragen von Feststoffpartikeln bzw. aufkonzentrierter Suspension.

[0039] Eine besondere Bauform des Abscheidebodens ist in Fig. 6a und 6b gezeigt. In 6a läuft der konische Abscheideboden 28' vom unteren Bereich der seitlichen Abscheidewand 23 in Richtung Abscheidedeckel 22 und Tauchrohr 25 zusammen. Dies beeinflusst den Strömungsverlauf im unteren Bereich des Abscheideraums 24 derart, dass der Auftrieb der weniger massedichten Flüssigkeit begünstigt wird. In Fig. 6b ist die Variante eines konischen Abscheideboden 28" mit entgegengesetzter Neigung dargestellt. Auch dadurch kann die Strömung innerhalb des Sekundärabscheiders 20 abhängig von der Viskosität einer Suspension oder eines Gasgemisches positiv beeinflusst werden.

[0040] Fig. 6c zeigt zusätzlich eine besondere Bauform des Abscheidedeckels 22. Der vom Sekundärabscheider-Zulauf 21 in Richtung seitlicher Abscheidewand 23 nach unten auseinanderlaufende Konus 29 wirkt sich dabei auf die im oberen Bereich des Abscheideraumes 24 vorherrschende Strömung aus. Insbesondere für niederviskose Suspensionen kann ein abrupter Strömungsabris, welcher im Falle von hochviskosen Massen in erwünschter Weise zur Auflockerung führt, eingedämmt werden, um Turbulenzen und eine damit einhergehende verminderte Abscheidung von Feststoffpartikeln an der Abscheidewand 23 entgegenzuwirken. Ein solcher Konus 29 kann für jegliche denkbare Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sekundärabscheiders 20 vorgesehen sein.

[0041] Fig. 6d zeigt eine besondere Bauform des Sekundärabscheiders, wobei der Abscheideboden teilweise perforiert, geöffnet oder ganz geöffnet ausgeführt sein kann. Diese Ausführung hat insbesondere bei frei austragenden Systemen gegen Umgebungsdruck vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Aufkonzentrierung. Damit beim Eintritt in den Sekundärabscheider weniger Turbulenzen entstehen bzw. weniger Vermischung des aufkonzentrierten Schlammes resultiert, kann der Abscheidedeckel auch konisch auseinanderlaufen (Fig. 6e).

[0042] Eine weitere besondere Ausführungsform des Abscheidebodens 26 ist in Fig. 7 gezeigt. Die Bauform weist eine Vertiefung 26' im Abscheideboden im Bereich der seitlichen Abscheidewand auf. Die Vertiefung bildet dabei vorzugsweise eine ringförmige Wanne. Der Abscheideboden kann dabei vollständig abnehmbar ausgeführt sein oder nur im Bereich der Vertiefung 26' ein abnehmbares Element ausweisen. Dadurch soll die Reinigung erleichtert werden. Der Vorteil der Vertiefung 26' an sich ist, dass sich Feststoffpartikel besonders in diesem Bereich ablagern, wodurch die Bildung von Partikelanhäufungen am ansonsten ebenen Abscheideboden 26 weitgehend vermieden oder zumindest hinausgezögert werden können. Solche Anhäufungen können Hindernisse für die Strömung darstellen, wobei im schlimmsten Fall bereits abgelagerte Feststoffpartikel von der partikelarmen Flüssigkeit mitgerissen werden.

[0043] Eine besondere Ausführungsvariante sieht eine Spüleinrichtung für einen erfindungsgemäßen Sekundärabscheider 20 vor. Fig. 8a zeigt tangentiale Spül-Zuläufe und -Abläufe 30, 31. Die Spül-Zuläufe sind vorzugsweise im oberen Bereich des Sekundärabscheiders 20 horizontal und tangential zur seitliche Abscheidewand 23 positioniert und mit dem Abscheideraum 24 fluidleitend verbunden. Bevorzugt sind zwei Spül-Zuläufe 30', 30" vorgesehen, welche neben genannter Anordnung derart parallel zueinander sind, dass einströmende Flüssigkeit durch beide Zuläufe auf der Kreisbahn der seitlichen Abscheidewand 23 in dieselbe Richtung strömt. Die Strömung reißt dabei zuvor abgeschiedene Partikel mit, wobei die Spül-Flüssigkeit mit den Verschmutzungen im unteren Bereich tangential über bevorzugt zwei Spül-Ausläufe 31', 31" abströmt. Diese sind analog zu den Spül-Zuläufen 30 angeordnet, jedoch im unteren Bereich des Sekundärabscheiders und entsprechend der Strömungsrichtung versetzt.

[0044] Anstelle von zwei Spül-Zuläufen 30", 30" und -Abläufen 31', 31" kann nur jeweils einer vorgesehen sein. Ebenso sind jeweils drei Zuläufe bzw. Abläufe, welche je um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet sind, oder mehrere denkbar. Ebenso können die Spül-Zuläufe als Spül-Abläufe und die Spül-Abläufe als Spül-Zuläufe verwendet werden. Ferner kann jeder Spül-Zulauf als Spül-Ablauf genutzt werden, und umgekehrt.

[0045] Fig. 8b zeigt axial angeordnete Spül-Zuläufe und -Abläufe 32, 33. Vorzugsweise sind zwei Zuläufe 32', 32"" vorgesehen, welche vertikal und parallel zum Sekundärabscheider-Zulauf 21 angeordnet sind, wobei die Zuläufe 32 am Abscheidedeckel 22 befestigt und mit dem Abscheideraum 24 fluidleitend verbunden sind. Entsprechend sind bevorzugt zwei Abläufe 33', 33" vorgesehen, welche analog zu den Zuläufen 32 angeordnet sind, jedoch am Abscheideboden befestigt und dem Abscheideraum 24 fluidleitend verbunden sind.

[0046] Wiederum kann anstelle von zwei Spül-Zuläufen 32', 32" und -Abläufen 33', 33" nur jeweils einer vorgesehen sein. Ebenso sind jeweils drei Zuläufe bzw. Abläufe, welche je um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet sind, oder mehrere denkbar. Ebenso können die Spül-Zuläufe als Spül-Abläufe und die Spül-Abläufe als Spül-Zuläufe verwendet werden.

[0047] Mögliche Varianten eines erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich Rückführung des Sekundärstroms sind in Fig. 9 dargestellt. Beispielsweise kann eine Rückführung zur Beeinflussung der Selektivität in den Hydrozyklon-Zulauf 11 mit einem Einlaufstrom 1 erfolgen (Fig. 9a). Alternativ kann die Rückführung des Sekundärstroms 5 in einen zweiten Zulauf erfolgen, welcher unterhalb des einen Hydrozyklon-Zulaufs 11 angeordneten ist. In beiden Fällen wird der Sekundärstrom 5 in den Trennprozess zurückgeführt. Je nach Anforderung kann der Sekundärstrom 5 auch direkt in den Überlaufstrom 2 zurückgeführt werden (Fig. 9c).

[0048] Für jede Ausführung kann vorgesehen sein, dass Partikel bzw. Suspension kontinuierlich, beispielsweise mit einer in Fig. 5 dargestellten Bauform, oder periodisch, mit einer in Fig. 8 dargestellten Ausführungsvariante, aus dem erfindungsgemäßen Sekundärabscheider 20 als Partikelstrom bzw. Suspension 4 abgeführt werden.

[0049] Um den Volumen- bzw. Massenstrom den Anforderungen entsprechend anpassen zu können, sind unterschiedliche Betriebsarten möglich. Der druckgetriebene Betrieb sieht vor (Fig. 10a), die Fördermenge des Sekundärstroms 5 mit einer Pumpe 6 zu beeinflussen. Im selbstgetriebenen Betrieb (Fig. 10b) ist anstelle der Pumpe 6 ein Regelventil 7 vorgesehen. Für beide Varianten kann optional ein Durchflusssensor 8 nachgeschaltet werden, wobei dessen Messergebnis dabei eine Größe zur Regelung der Pumpleistung bzw. der Stellung des Ventils 7 bereitstellt. Für alle Betriebsarten kann die Rückführung des Sekundärstromes in den Hydrozyklon-Zulauf (Fig. 9a), in einen zweiten Hydrozyklon-Zulauf (Fig. 9b) bzw. in den Überlaufstrom (Fig. 9c) ausgeführt werden.

[0050] Fig. 11 zeigt eine Bauform mit Ventilen, mit welcher Ablauflauf-Sequenzen für Spüldurchgänge realisiert werden können. Die Ventile beeinflussen dabei den Unterlaufstrom 3, den Sekundärstrom 5 sowie die Zu- und Ablaufströme der Spüleinrichtung. Eine Bevorzugte Ablauflaufsequenz kann folgende Schritte umfassen:

Sekundärstromventil schließen, Unterlaufstromventil schließen, Spül-Ablaufventil(e) öffnen, Spül-Zulaufventil(e) öffnen, Wartezeit, Spül-Zulaufventil(e) schließen, Spül-Ablaufventil(e) schließen, Sekundärstromventil öffnen, Unterlaufstromventil öffnen.

[0051] Die Wartezeiten und die jeweiligen Drücke der Spülströme können an den Verschmutzungsgrad bzw. an die Beschaffenheit der Feststoffpartikel angepasst werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Suspensionen bzw. Aufkonzentrierung von Suspensionen, umfassend einen Hydrozyklon (10) mit zumindest

a) einem Hydrozyklon-Zulauf (11) für Rohflüssigkeit,

b) einem zylindrischen Segment (14'),

c) einem konischen Segment (14),

d) einer Überlaufdüse (12) sowie

e) einer Unterlaufdüse (13),

gekennzeichnet durch einen Sekundärabscheider 20, umfassend einen Sekundärabscheider-Zulauf (21), einen Abscheideraum (24) und ein Tauchrohr (25),
wobei die Unterlaufdüse (13) mit einem Sekundärabscheider-Zulauf (21) fluidleitend verbunden ist,
wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand (23) mit dem Abscheidedeckel (22) und einem Abscheideboden (26) den Abscheideraum (24) begrenzt,
wobei ein Tauchrohr (25) in den Abscheideraum (24) hineinragt und als Auslauf (27) für einen Sekundärstrom (5) fungiert.

2. Sekundärabscheider (20), gekennzeichnet durch einen Sekundärabscheider-Zulauf (21), einen Abscheideraum (24) und ein Tauchrohr (25),
wobei die Unterlaufdüse (13) mit einem Sekundärabscheider-Zulauf (21) fluidleitend verbunden ist,
wobei zumindest eine seitliche Abscheidewand (23) mit dem Abscheidedeckel (22) und einem Abscheideboden (26) den Abscheideraum (24) begrenzt,
wobei ein Tauchrohr (25) in den Abscheideraum (24) hineinragt und als Auslauf (27) für einen Sekundärstrom (5) fungiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Sekundärabscheider (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Unterlaufdüse (13) zugewandten Öffnung des Tauchrohres (25) und die Öffnung der Unterlaufdüse (13) im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3 oder Sekundärabscheider (20) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (25) in zumindest einem Bereich geknickt bzw. gebogen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 oder Sekundärabscheider (20) nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (25) relativ zum Abscheideraum (24) in Richtung Abscheideboden (26) und/oder Abscheidedeckel (22) verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5 oder Sekundärabscheider (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (25) eine Tauchrohrabdeckung (25') aufweist, wobei diese am zur Unterlaufdüse (13) näherliegenden Tauchrohrende fluiddurchlässig angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6 oder Sekundärabscheider (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideboden (26) einen in Richtung Abscheidedeckel (22) und von der seitlichen Abscheidewand (23) zum Tauchrohr (25) hin zusammenführenden Konus (28') aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 oder Sekundärabscheider (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideboden (26) einen in Richtung Abscheidedeckel (22) und vom Tauchrohr (25) zur seitlichen Abscheidewand (23) hin auseinanderlaufenden Konus (28") aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 oder Sekundärabscheider (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidedeckel (22) einen in Richtung Abscheideboden (26) und vom Sekundärabscheider-Zulauf (21) zur seitlichen Abscheidewand (23) auseinanderlaufenden Konus (29') aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 oder Sekundärabscheider (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideboden (26) in jedem Bereich des Übergangs zur seitlichen Abscheidewand (23) eine Vertiefung (26') aufweist, wobei die Vertiefung als Wanne fungiert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (26') eine ringförmige Wanne (26') aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch zumindest einen Spül-Zulauf (30', 30", 31', 31") und zumindest einen Spül-Ablauf (30', 30", 31', 31"), wobei diese mit dem Sekundärabscheider (20) fluidleitend verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Spül-Zulauf (30', 30", 31', 31") und der zumindest eine Spül-Ablauf (30', 30", 31', 31") im Wesentlichen tangential zur seitlichen Abscheidewand und orthogonal zur Längsachse des Sekundärabscheider-Zulaufs (21) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Spül-Zulauf (32', 32") und der zumindest eine Spül-Ablauf (33', 33") im Wesentlichen parallel zum Sekundärabscheider-Zulauf (21) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Spül-Zulauf (32', 32") mit dem Abscheidedeckel (22) verbunden ist und der zumindest eine Spül-Ablauf (33', 33") mit dem Abscheideboden (26) verbunden ist.

15. Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus dem Unterlaufstrom (3) eines Hydrozyklons (10) bzw. zur Aufkonzentrierung einer Suspension, wobei eine Rohflüssigkeit als Einlaufstrom (1) in einen Hydrozyklon (10) strömt, wobei im Hydrozyklon (10) eine erste Fest-Flüssig-Trennung erfolgt, wobei ein Überlaufstrom (2) und ein Unterlaufstrom (3) aus dem Hydrozyklon (10) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterlaufstrom (3) in einen Sekundärabscheider (20) insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 14 strömt, wobei im Sekundärabscheider (20) zumindest eine zweite Fest-Flüssig-Trennung erfolgt und ein Sekundärstrom (5) aus zumindest einem Sekundärabscheider (20) strömt.

Zeichnung