DE4392971C2

DE4392971C2 - Zyklonabschneider

Info

Publication number: DE4392971C2
Application number: DE4392971A
Authority: DE
Inventors: Karl-Erik Larsson
Original assignee: Cyclotech AB
Current assignee: CYCLOTECH SOLNA SE AB
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-06-30
Also published as: GB9423243D0; AU4520193A; JP2803038B2; FI110490B; WO1994000242A1; FI946155A; JPH07508460A; CA2136983C; CA2136983A1; SE9202008L; SE510561C2; EP0649347B1; DE4392971T1; FI946155A0; SE9202008D0; EP0649347A1; GB2282088B; GB2282088A; US5653347A

Description

FELD DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklonabscheider zur Abscheidung von Substanzen aus einer Faser-Flüssigkeit- Suspension, insbesondere Papier-Zellstoff-Suspensionen der Art, wie sie im Oberbegriff des Anspruch 1 angegeben ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zyklonabscheider, wie sie in der Papierindustrie zur Reinigung einer Papier-Zellstoff-Suspension von Verunreinigungen und Fremdkörpern in Form von Sandkörnern, Metallteilchen, Spänen, Splittern und größeren Metallobjekten, wie Büroklammern und Heftklammern, die in Papierzellstoff aus Altpapier enthalten sind, umfassen eine langgestreckte Zyklonkammer, die sich in einer Richtung auf ein Ende hin verjüngt und an ihrem breiteren Ende mit einem tangential ausgerichteten Eingang für die zu reinigende Suspension, nämlich das gewünschte Produkt, versehen ist, und die ferner einen axial ausgerichteten, zweiten Ausgang für die Verunreinigungen oder Fremdkörper umfaßt, nämlich den Ausschuß.

Ein derartiger Zyklonabscheider arbeitet folgendermaßen:

Die zu reinigende Suspension wird mit hoher Geschwindigkeit durch den tangential ausgerichteten Eingang im oberen, breiteren Teil der Kammer in diese eingeleitet. Dabei bewegt sich die zugeführte Suspension schrauben- oder schneckenförmig entlang der Oberfläche der Wand des Abscheiders in Richtung auf das entgegengesetzte, engere Ende der Kammer, d. h. in Richtung auf den axial ausgerichteten, zweiten Ausgang zu. Die in der Suspension vorhandenen, schwereren Teilchen, d. h. die Verunreinigungen, streben danach, sich an der Wand des Zyklonabscheiders zu sammeln, während sich die leichteren Teilchen, d. h. die Fasern, im Zentrum des Zyklonabscheiders sammeln. Die Verunreinigungen werden nach unten zu dem konisch zulaufenden oder engeren Teil des Zyklonabscheiders bewegt und treten von dort aus dem axial angeordneten, zweiten Ausgang aus. Andererseits dreht sich der innere Teil des Strudels am unteren Ende des konisch zulaufenden Teils des Zyklonabscheiders um und bewegt sich unter Bildung eines schrauben- oder schneckenförnigen Strudels axial in die entgegengesetzte Richtung und verläßt durch dessen oberes Ende den Zyklonabscheider in Form einer hellen, reinen Fraktion, des gewünschten Produkts.

Dementsprechend wird das bei der Reinigung einer Papier- Zellstoff-Suspension anfallende, gewünschte Produkt im wesentlichen Fasern der gewünschten Eigenschaften enthalten.

Die Zyklonkammer derartiger, bisher bekannter Zyklonabscheider für die Reinigung von Papier-Zellstoff- Suspensionen haben eine innere Wand, die entweder nachgiebig oder mit schraubenförmig gewundenen Nuten versehen ist, die eine Bewegung der groberen und schwereren Verunreinigungen hinunter zu dem Bodenauslaß des Zyklonabscheiders bewirken, wie dies beispielsweise in der US 3 399 770 dargestellt ist.

Im Verlauf der Reinigung und Abscheidung der Verunreinigungen aus der Faser-Suspension wird sich ein einzelnes Teilchen auf einem Kreispfad entlang der Innenwand der konischen Kammer bewegen, ohne eine axiale Auslenkung zu erfahren. Das Teilchen wird durch Auftriebs- und Transportkräfte in der Suspension gehalten. Die auf das Teilchen einwirkenden Auftriebskräfte wirken den Transportkräften, die das Teilchen axial bewegen wollen, entgegen, wodurch das Teilchen in der Suspension gehalten wird. Dementsprechend bewegt sich das Teilchen auf gleichem Pegel. Das Teilchen ist auch einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, so daß das Teilchen gegen die Innenwand der Kammer gedrückt wird und sich entlang der Wand auf einem geschlossenen Kreispfad bewegt. Die Teilchen werden dementsprechend während ihrer Bewegung entlang der Oberfläche der Innenwand in diese hineinschneiden. Der Effekt davon ist, daß die an der Innenwand der Kammer entlanggleitenden Teilchen die Wand in einem Maße abtragen, daß diese repariert oder ausgetauscht werden muß.

Die verschiedenen, in der vorerwähnten Patentschrift beschriebenen Zyklonabscheider sollen diesen Nachteil vermeiden.

Dieser früheren, bekannten Konstruktion lag jedoch die Aufgabe zugrunde, Verunreinigungen, wie beispielsweise Sand, Rinde und ähnliches, aus typischen Papier-Zellstoff- Suspensionen zu entfernen.

Demgegenüber hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, vor allem wirkungsvoll Verunreinigungen aus Papier-Zellstoff zu entfernen, der aus Recyclingpapier gewonnen wird, also Büroklammern, Heftklammern und andere schwere Teilchen. Die Herausnahme solcher Verunreinigungen erfordert einen vollkommen anderen Aufbau eines Zyklonabscheiders.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zyklonabscheider zu schaffen, der schwere Teilchen wirkungsvoll aus der Fasersuspension entfernen kann.

Ferner soll die Erfindung einen Zyklonabscheider mit großer Standzeit schaffen.

Der erfindungsgemäße Zyklonabscheider soll wenigen technischen Ausfällen unterliegen.

Die Erfindung soll zu einem Zyklonabscheider führen, der einen ausreichenden Wirkungsgrad hinsichtlich des Reinigungsergebnisses hat.

Die Erfindung soll einen Zyklonabscheider schaffen, der sowohl schweren Ausschuß, wie auch leichten Ausschuß effektiver als bisher abtrennen kann, d. h. ein Trenngerät, das ohne weiteres für die Abscheidung von schweren Verunreinigungen und für die Abscheidung von leichten Verunreinigungen während des Betriebs gebaut und geeignet ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mittels eines Zyklonabscheiders gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen 2-7 sind vorteil hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders gegeben.

Ein weiterer, positiver, mit der Erfindung erzielbarer Effekt wird durch Erhöhung des Winkels α und die Steigung S erreicht. Der Flüssigkeitsstrom innerhalb der geneigten Fläche kann näher an den innerhalb des Zentrums der Kammer gebildeten Kernstrom gezwungen werden. Dies ist sehr erwünscht, wenn man die leichten Teilchen, den sogenannten leichten Ausschuß, abtrennen will. Diese Teilchen unterliegen den Zentripetalkräften und werden in das Zentrum des Zyklons gezogen. Die Flanke der schraubenförmigen Nut unterstützt das "Drücken" dieser leichten Teilchen in das Zentrum, wo sie separiert werden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen detaillierter beschrieben, von denen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders, und

Fig. 2 die verschiedenen Kräftekomponenten der in einem erfindungsgemäßen Zyklonabscheider auftretenden Kräfte zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES VORZUGSWEISEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen, vertikal montierten Zyklonabscheider und ist eine Ansicht des Abscheiders in einer vertikalen Ebene. Der Zyklonabscheider schließt ein Hauptteil 3 mit einer inneren, konischen Kammer 4 ein, die an dem weiten Ende 5 der Kammer einen tangential ausgerichteten Zulauf hat. Die Kammer 4 verjüngt sich nach unten hin, und ihre Innenwand ist schraubenförmig ausgebildet. Dieser schraubenförmige Aufbau schließt eine erste, obere Oberfläche oder Flanke 1 und eine zweite, untere Oberfläche oder Flanke 2 ein. Das Bezugszeichen α bezieht sich auf den Winkel zwischen der ersten Oberfläche oder Flanke 1, d. h. der. Flanke, die in Richtung auf das weite Ende 5 der Kammer 4 gerichtet ist, und eine Linie parallel zur Mittellinie des Haupt-Zyklonabscheider-Teils. Das Bezugszeichen β bezieht sich auf den Winkel zwischen einer Linie, die parallel zu der Mittellinie des Haupt-Zyklonabscheider-Teils verläuft und einer konischen, imaginären Oberfläche A, die auf dem Kamm des schraubenförmigen Aufbaus ruht.

Die zweite Flanke 2 zeigt zu dem engeren Ende 6 der Zyklonkammer und bildet einen Winkel γ mit der ersten Flanke 1. Dieser Winkel γ wird vorzugsweise in dem Bereich von (90°- α) bis 90° liegen. Das Bezugszeichen S weist auf die Steigung der Schraubenlinie hin. Je nach dem betreffenden Anwendungsfall wird die Steigung variieren.

Die zweite Flanke 2 und ihre Erweiterung bildet zusammen mit der ersten Flanke 1 des nächsten, darunterliegenden Schraubengangs ein Dreieck, das eine Linie A hat, die parallel zur Mittellinie durch den Scheitelpunkt oder die Spitze des nächsten, darunterliegenden Schraubengangs hindurchgeht.

Fig. 2 zeigt die verschiedenen, in einem erfindungsgemäßen Zyklonabscheider auftretenden Kräfte. CF steht für die auf ein Teilchen neben der Innenwand an der ersten Flanke einwirkende Zentrifugalkraft. Diese Kraft kann in zwei Komponenten aufgeteilt werden, CFn und CFu, wovon CF = CFn + CFu. CFn wirkt senkrecht auf die Flanke ein, und CFu wirkt in einer Richtung, in der das Teilchen gegen die "Decke" der schneckenförmigen Schraubenwindung oder Schnecke, d. h. die erwähnte zweite Flanke 2, gedrückt wird. HF steht für die nach unten gerichtete Kraft des Flüssigkeitsstroms. Diese Kraft geht von dem breiteren Ende der Kammer aus, der CFu entgegengerichtet. Das Teilchen unterliegt auch der Schwerkraft G. Die Schwerkraft kann aber in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden.

Ist HF = CFu, dann wird das Teilchen in einer horizontalen Kreisbahn umlaufen und früher oder später an "die Decke" der schneckenförmigen Schraubenlinie gelangen und mit der Schraubenlinie nach unten bewegt werden, weil die Schraubenlinie eine nach unten gerichtete Schraubenform hat.

Ist CFu größer, als HF, wird das Teilchen die "Decke" früher erreichen, weil das Teilchen dann entlang der ersten Flanke nach oben gleiten wird. Ist CFu kleiner als HF, wird das Teilchen entlang der geneigten Fläche oder Flanke 1 nach unten gleiten und eventuell die Spitze der Flanke 2 erreichen, worauf das Teilchen unter die "Decke" gedrückt wird. Dies bedeutet, daß schwere Partikel, die sich an der "Decke" der Schraubenlinie anlagern, mehr gegen den Rücksaugeffekt des Kernstrom geschützt sind, weil der Druck im Zentrum des Zyklons am geringsten ist, und am Zyklonmantel an größten. Dreht sich das Teilchen mit kleiner Geschwindigkeit, wird diese Druckaufteilung bewirken, daß das Teilchen gegen das Zentrum gesaugt wird und sich dem nach oben strömenden Ausschuß beimengt.

Als Resultat dieses Aufbaus der inneren Zyklonwand werden die schweren Partikel nach oben gegen die schraubenförmige Flanke entlang der inneren Zyklonwand bewegt, die schneckenförmig ausgebildet ist, und entlang der geneigten Fläche der schneckenförmigen Schraubenlinie oder Schnecke bewegt und erreichen schließlich gleichzeitig das untere Ende 7 des Auslasses des Zyklons, weil der Ausgang 8 für den Ausschuß sich im Zentrum des breiteren Endes 5 der Kammer 4 befindet.

Dieser neue Aufbau der Zyklonwand wirkt dementsprechend als Klinkenhaken, der die Bewegung in einer Richtung erlaubt, die Bewegung in der Gegenrichtung aber blockiert. Dies ist besonders in der Nähe des unteren Auslasses 7 wichtig, wo die Dimensionen klein sind und der Kernstrom in der Nähe der Kammerwand verläuft.

Werden der Winkel α und die Steigung S vergrößert, wird der innerhalb der geneigten Fläche oder Oberfläche verlaufende Flüssigkeitsstrom näher an das Zentrum des Kernstroms gedrückt. Dies ist vorteilhaft, wenn leichte Teilchen abgeschieden werden sollen, der sogenannte leichte Ausschuß. Diese Teilchen unterliegen der Zentripetalkraft und werden in Richtung auf das Zentrum der Vorrichtung gezogen. Die konische Wand zwingt diese leichten Teilchen, sich in Richtung auf das Zentrum zu bewegen, wo sie aus der Suspension abgetrennt werden.

Bezugszeichenliste

1

Flanke

2

Flanke

3

Hauptteil

4

Kammer

5

Ende

6

Ende

7

Ende

8

Ausgang
A Oberfläche
S Steigung
α Winkel
β Winkel
γ Winkel

Claims

1. Zyklonabscheider zur Abscheidung aus einer Faser- Flüssigkeit-Suspension, insbesondere einer Papier-Zellstoff- Suspension, worin der Separator ein Hauptteil (3) umfaßt, das eine innere, konische Kammer (4) einschließt, die am weiteren Ende (5) der Kammer einen im wesentlichen tangential ausgerichteten Eingang hat, worin sich die Kammer (4) nach unten hin konisch verjüngt und die Innenfläche der Kammer eine schraubenförmige Gestalt hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinie der schraubenförmigen Innenfläche eine erste, obere Fläche oder Flanke (1) und eine zweite, untere Fläche oder Flanke (2) aufweist, die zum weiteren Ende der Kammer weisende Flanke (1) mit der Mittellinie der Kammer einen Winkel α bildet, die zweite Flanke zum verjüngten Ende (6) der Kammer weist und mit der ersten Flanke (1) einen Winkel γ bildet, und die zweite Flanke (2) und ihre Fortsetzung zusammen mit der ersten Flanke (1) am nächsten, darunterliegenden Teil der Schraubenlinie ein Dreieck bildet, das eine Seite hat, die durch die Spitze des nächsten, darunterliegenden Teils der Schraubenlinie geht, die parallel zur Mittellinie der Kammer angeordnet ist.

2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel β von der zu der Mittellinie der Kammer parallel verlaufenden Linie und einer inneren, imaginären Fläche (A) gebildet ist, die auf der Spitze der Schraubenlinie ruht.

3. Zyklonabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α größer als der Winkel β ist.

4. Zyklonabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α größer als der Winkel β und kleiner als 45° ist.

5. Zyklonabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel γ in dem Bereich (90° - α) bis 90° liegt.

6. Zyklonabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Fläche am weiteren Ende (5) der Kammer einen oder mehrere Eingänge aufweist.

7. Zyklonabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flanke (2) über ihre gesamte Länge eine konstante Breite hat.