Hydrozyklon

Abstract

 Der Hydrozyklon dient zum Abtrennen von abrasiven Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit (F), insbesondere aus einer wässrigen Suspension mit Papier- oder Zellstofffasern, welche z.B. aus Altpapier gewonnen wurden. Der Abscheidekonus besteht zum besseren Verschleißschutz aus Keramik und ist in zwei Teile, ein Unterteil (3) und ein Oberteil (4), aufgeteilt, wobei diese Teile lösbar miteinander verbunden sind. Die Keramikteile werden dadurch kostengünstiger und können einzeln getauscht werden. Zur lösbaren Verbindung dient eine z.B. außenzylindrische Verbindungseinheit (7), die in besonderen Ausführungsformen in eine Hülse (11) eines Rejektabführsystems eingesetzt werden kann und dabei abdichtend wirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydrozyklon gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Hydrozyklone werden bei der Reinigung von Suspensionen verwendet, mit besonderer Anwendung bei Flüssigkeit-Faser-Suspensionen, wie z.B. beim Herstellen von Zellstoff und Papierprodukten. Die Flüssigkeit-Faser-Suspension, die Verunreinigungen enthält, tritt in den Hydrozyklon unter Druck durch einen tangentialen Einlass ein und wird dabei in Rotation versetzt. Die Rotationsbewegung der Suspension verursacht ein Abtrennen der Verunreinigungen von den Papier- oder Zellstofffasern. Die Verunreinigungen, wie Steine, Sand, mineralische Füllstoffe, Metallpartikel und andere schwere Störstoffe werden auf Grund der Zentrifugalkraft an die Wand der Trennkammer geführt und an dieser entlang zum Abscheidekonus transportiert. Da sich der konische Bereich in axialer Flussrichtung der Suspension verjüngt, vergrößert sich die Zentrifugalkraft und verursacht eine Konzentration der Verunreinigungen entlang der inneren Wand bis zum Auslass für den Schwerschmutz. Der Schwerschmutz verlässt den Hydrozyklon eventuell mit einigen annehmbaren Fasern am engsten Querschnitt des Abscheidekonus'. Der Gutstoff der Suspension tritt aus dem Hydrozyklon in axialer Richtung entlang der Mittellinie der Trennkammer durch einen Auslass für den Gutstoff aus, der entweder axial oder tangential an der Trennkammer angebracht sein kann. In den meisten Fällen werden Hydrozyklone der hier betrachteten Art mit senkrecht stehender Mittellinie betrieben. Dann ist die Trennkammer oberhalb des Abscheidekonus', die Schwerteile werden unten aus dem Abscheidekonus und der Gutstoff nach oben aus der Trennkammer abgeführt.

[0003] Die hohe Geschwindigkeit und die abrasive Natur der Verunreinigungen innerhalb des Hydrozyklons können einen hohen Verschleiß des Abscheidekonus' verursachen. Aus diesem Grund ist man schon früh dazu übergegangen, einen Teil des Abscheidekonus' aus Keramik herzustellen. So zeigt die DE-A-1642900 einen Hydrozyklon, bei dem der Abscheidekonus in einen metallischen und einen keramischen Teil aufgeteilt ist.

[0004] Auch wenn das Keramik-Material an sich einen hohen Abriebwiderstand hat, kann der Verschleiß im Laufe der Zeit derartig fortschreiten, dass sich eine Öffnung bildet, die eine Leckage der Suspension aus dem Hydrozyklon ermöglicht oder gar einen plötzlichen Bruch des Konus' auf Grund der geschwächten Wandabschnitte hervorruft. Daher muss der Abscheidekonus rechtzeitig erneuert werden.

[0005] Die Schwerteilbelastung ist besonders hoch, wenn die Suspension aus Altpapier hergestellt wird.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Hydrozyklon zu schaffen, der auch bei hohem Verschleiß wirtschaftlich zu betreiben ist, insbesondere durch kostengünstige Verschleißteile . Auch sollen verschlissene Teile einfach zu ersetzen sein.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale bereits gelöst.

[0008] Wegen der Aufteilung des Abscheidekonus' sind die Einzelteile kleiner. Bekanntlich steigen die Herstellungskosten von Keramikteilen überproportional mit ihrer Größe. Es kann also mit Hilfe der Erfindung eine sehr ökonomische Behebung von Verschleißschäden an Hydrozyklonen erfolgen. Außerdem ist es möglich, das Unterteil, das erfahrungsgemäß zuerst verschlissen ist, separat zu tauschen. Das Oberteil hat eine mehrfach höhere Lebensdauer.

[0009] Die Verbindung der Einzelteile kann mit einer - nicht keramischen - Verbindungseinheit erfolgen, die auf einfache Anschlussflächen an den keramischen Einzelteilen abgestimmt ist und daher deren Herstellung stark vereinfacht.

[0010] In besonderer Ausgestaltung werden die Einzelteile mit einer Verbindungseinheit zusammengehalten, die auch den Anschluss des Hydrozyklons an das Schwerteil-Rejektsystem vereinfacht.

[0011] Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1

einen erfindungsgemäßen Hydrozyklon in geschnittener Seitenansicht;

Fig. 2

detaillierter: Einen geteilten Abscheidekonus mit Verbindungseinheit;

Fig. 3

einen an das Rejektsystem angeschlossenen Abscheidekonus.

[0012] Zur einfacheren Beschreibung des Erfindungsgegenstandes ist der Hydrozyklon in typischer senkrechter Arbeitsposition gezeigt und so beschrieben. Bekanntlich ist es aber ohne weiteres möglich und gelegentlich aus Platzgründen erforderlich, Hydrozyklone in waagerechter oder schräger Form anzuordnen, was die Anwendbarkeit der Erfindung nicht einschränkt.

[0013] Der Hydrozyklon der Fig. 1 weist eine oben liegende Trennkammer 1 auf, in die über einen Zulaufanschluss 9 die Flüssigkeit F tangential eingeführt werden kann. In den meisten Fällen ist die Trennkammer 1 - so wie hier gezeichnet - in zylindrischer Form ausgeführt. Sie setzt sich axial nach unten in einer konischen Trennkammer 8 fort, die z.B. aus gleichem Material wie die Trennkammer 1 sein kann, z.B. aus Chromstahl oder Kunststoff. Am unteren Ende der konischen Trennkammer ist ein Abscheidekonus 2 angebracht, der erfindungsgemäß in ein Oberteil 4 und ein Unterteil 3 aufgeteilt ist. An der Trennebene 5 sind diese beiden Teile durch eine Verbindungseinheit 7 lösbar miteinander verbunden. Der Gutstoff A, also die von Schwerteilen weitgehend gereinigte Suspension, wird am oberen Ende der Trennkammer 1 axial durch ein Gutstoffrohr 10 herausgeführt. Die im Hydrozyklon abgeschiedenen Schwerteile verlassen den Abscheidekonus 2 durch die Austrittsöffnung 6, eventuell noch mit einem Teil der Flüssigkeit F vermischt. Im eingebauten Zustand ist der Hydrozyklon mit einem Rejektabführsystem verbunden. Dieses enthält eine Hülse 11, die so dimensioniert ist, dass sich der Abscheidekonus 2 einschieben lässt. Sie ist mit Vorteil transparent und am oberen Ende mit einer Dichttulpe 12 versehen, bei der z.B. der Innendurchmesser dem Außendurchmesser D einer zylindrischen Verbindungseinheit 7 entspricht.

[0014] In Fig. 2 ist die Verbindung von Unterteil 3 und Oberteil 4 etwas detaillierter dargestellt, ohne dass diese Figur den Anspruch einer Konstruktionszeichnung erfüllen soll. Man erkennt, dass das Unterteil 3 an der der Trennebene 5 zugewandten Seite eine umlaufende radiale Erweiterung aufweist, die einen Kragen 15 bildet, wodurch eine radial hervorstehende Bundfläche 16 entsteht. Diese Bundfläche 16 hat die Form eines schmalen Kreisringes und ist senkrecht zur Mittellinie des Abscheidekonus' ausgerichtet. Das Oberteil 4 weist an der der Trennebene 5 zugewandten Seite eine umlaufende Nut 17 auf, in die ein Stützring 19 eingelegt ist. Der Stützring 19 ist mit Vorteil geteilt oder am Umfang geschlitzt, so dass er eingelegt werden kann, nachdem das obere Schraubteil 14 von unten auf das Oberteil 4 aufgeschoben wurde. Der Stützring 19 bildet an seiner oberen Seite eine Bundfläche 18. An den Bundflächen 16 und 18 stützen sich die Schraubteile 13 und 14 axial ab, so dass ein axiales Verspannen der beiden Teile des Abscheidekonus' gegeneinander erfolgen kann. Bei dem hier gezeichneten Beispiel ist das Schraubteil 13 mit einem Außengewinde und das Schraubteil 14 mit einem Innengewinde versehen. So kann durch Verdrehen in Umfangsrichtung die Verschraubung verspannt oder gelöst werden. Die Aufnahmebohrungen 21 für das Schraubwerkzeug sind mit Vorteil axial eingebracht. Die Außenfläche der Schraubteile 13 und 14 kann als Dichtfläche (Außendurchmesser D und axiale Dichtlänge LV) genutzt werden, was an Hand der Fig. 3 noch näher beschrieben wird.

[0015] Selbstverständlich sind noch andere Möglichkeiten vorstellbar, um die beiden Teile des Abscheidekonus' miteinander lösbar zu verbinden. Es ist zwar auch denkbar, die Nut 17 im Unterteil 3 anzubringen und den Kragen 15 entsprechend im Oberteil 4, dann muss aber eine am Umfang teilbare Verbindungseinheit 7 gewählt werden. Der besondere Vorteil einer separaten Verbindungseinheit 7 (im Vergleich zu in den Konusteilen selbst eingearbeiteten Gewinden) liegt darin, dass neben den dadurch entstehenden Festigkeitsproblemen die komplizierte Herstellung von Keramikteilen sehr aufwändig und teuer ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen können die Keramikteile nach wie vor in der üblichen Weise, z.B. durch Pressen und Sintern hergestellt werden.

[0016] Die Fig. 3 zeigt die Verhältnisse beim Anschließen des Hydrozyklons an das Rejektsystem etwas genauer. In die zum Rejektsystem gehörende Hülse 11 ist am oberen Ende eine Dichttulpe 12 eingespannt, und zwar so, dass sie sich teilweise innerhalb der Hülse 11 befindet und teilweise daraus axial hervorsteht. Dieser hervorstehende Teil weist hier einen innenzylindrischen Bereich auf, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser D der Verbindungseinheit 7 entspricht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise der Hydrozyklon montieren und gegen den Innenraum des Rejektsystems abdichten. Da bekanntlich in der Regel eine große Anzahl von Hydrozyklonen in entsprechenden Aufbereitungsanlagen zusammengefasst werden, ist es wichtig, dass der Anschluss an die Anlage möglichst einfach gestaltet ist und ein schnelles Auswechseln des Hydrozyklons erleichtert. Das ist mit dieser vorgeschlagenen Lösung besonders gut gewährleistet. Die axial aus der Hülse 11 hervorstehende Dichttulpe 12 erleichtert die Montage, da sie flexibler ist als eine in der Hülse eingepasste Dichtung. Letztere Lösung wäre aber ohne weiteres ebenfalls denkbar, wenn die Hülse 11 entsprechend weiter ausgestaltet würde. Es kann auch eine Verbindungseinheit verwendet werden mit einer axialen Dichtlänge LV, die kleiner ist als die axial Erstreckung der Verbindungseinheit. Wichtig ist, dass die Außenkontur der Verbindungseinheit 7 keine axial verlaufenden Nuten o.ä. aufweist, die die Abdichtung verhindern . Durch die beschriebene und in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist das ohne weiteres zu erreichen.

[0017] Auch wenn es bekanntlich Hydrozyklone in unterschiedlichen Größen gibt, hat sich doch gezeigt, dass die Axiallänge LU des Unterteils 3 im Allgemeinen relativ klein gehalten werden kann, vorzugsweise zwischen 100 und 300 mm. Es wurde nämlich beobachtet, dass der stärkste Verschleiß in diesem Teil des unteren Abscheidekonus' erfolgt. Das führt dazu, dass es ausreicht, einen relativ kleinen Teil des Hydrozyklons, nämlich das Unterteil 3 des Abscheidekonus' zu tauschen, um die genannten verschleißbedingten Nachteile zu beheben.

Ansprüche

1. Hydrozyklon zum Abtrennen von abrasiven Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit (F), insbesondere aus einer wässrigen Suspension mit Papier- oder Zellstofffasern, welcher eine mit einem Zulaufanschluss (9) für die Flüssigkeit (F) sowie mit einem Gutstoffrohr (10) versehene Trennkammer (1) sowie einem daran direkt oder indirekt angeschlossenen überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus Keramik bestehenden Abscheidekonus (2) aufweist, der auf der mit dem kleineren Strömungsquerschnitt versehenen Seite eine Austrittsöffnung (6) für die abgetrennte Schwerfraktion (R) hat,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abscheidekonus (2) in zwei Teile aufgeteilt ist, ein Unterteil (3) und ein Oberteil (4) und dass diese Teile lösbar miteinander verbunden sind.

2. Hydrozyklon nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennebene (5) zwischen Unterteil (3) und Oberteil (4) zur Mittellinie des Abscheidekonus (2) in einem Winkel zwischen 60 und 90°, vorzugsweise 90°, steht.

3. Hydrozyklon nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die lösbare Verbindung durch eine separate Verbindungseinheit (7) hergestellt wird, welche radial außen am Abscheidekonus (2) angebracht werden kann und die in axialer Richtung teilweise sowohl das Unterteil (3) als auch das Oberteil (4) überdeckt.

4. Hydrozyklon nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungseinheit (7) nicht aus Keramik besteht.

5. Hydrozyklon nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungseinheit (7) zwei im Wesentlichen zylinderförmige Schraubteile (13, 14) enthält, von denen eines ein Außengewinde und das andere ein dazu passendes Innengewinde aufweist.

6. Hydrozyklon nach Anspruch 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Unterteil (3) oder das Oberteil (4) eine umlaufende Erweiterung aufweist, die einen Kragen (15) bildet, wodurch eine radial hervorstehende Bundfläche (16) entsteht, an der die Verbindungseinheit (7) in axialer Richtung fixiert werden kann.

7. Hydrozyklon nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Unterteil (3) oder das Oberteil (4) eine umlaufende Nut (17) aufweist, in die ein entfernbarer Stützring (19) eingelegt werden kann, der einen radialen Vorsprung bildet, um eine Bundfläche (18) zu erzeugen, die die Verbindungseinheit (7) axial fixiert.

8. Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass neben den Flächen, an denen sich Unterteil (3) und Oberteil (4) im zusammengebauten Zustand berühren, umlaufende axial beabstandete Dichtflächen bestehen, zwischen denen sich im zusammengebauten Zustand mindestens ein Dichtring befindet.

9. Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Axiallänge (LU) des Unterteiles (3) nicht größer ist als die Axiallänge (LO) des Oberteiles (4).

10. Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Axiallänge (LU) einen Wert zwischen 100 und 300 mm aufweist.

11. Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abscheidekonus (2) an ein Rejektabführsystem angeschlossen werden kann mit einer Hülse (11) zur Aufnahme der Schwerfraktion (R) und dass die Verbindungseinheit (7) auf einer axialen Dichtlänge (LV) von mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 20 mm, eine Außenfläche aufweist, die der der Innenfläche der Hülse (11) oder dem einer darin eingesetzten Dichtung entspricht.

12. Hydrozyklon nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenfläche zylindrisch ist.

13. Hydrozyklon nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenfläche konisch ist.

14. Hydrozyklon nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenfläche einen Außendurchmesser (D) aufweist, der zwischen 60 und 80 mm, vorzugsweise ca. 70 mm, beträgt.

15. Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenkonuswinkel des Abscheidekonus' (2) bei Unterteil (3) und Oberteil (4) gleich ist.

16. Keramisches Unterteil (3) eines Abscheidekonus' (2) zur Verwendung in einem Hydrozyklon nach einem der voranstehenden Ansprüche.

Zeichnung