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Die Erfindung betrifft ein. Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung
von Suspensionen von unerwünschten Feststoffen unter Verwendung von Hydrozyklonen
in einer ersten Reinigungsstufe und einer zweiten Reinigungsstufe unter Anwendung
eines großen Unterdruckes.
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Es kommt häufig vor, daß insbesondere in Hydrozyklonen zu reinigende
Suspensionen Feststoffteilchen oder einen Verschleiß erzeugende Teilchen mit sich
führen. Häufig werden mehrere Hydrozyklone in verschiedenen Reinigungsstufen hintereinandergeschaltet,
und der von der ersten Reinigungsstufe abgeschiedene Materialanteil wird über Pumpen
einer zweiten Stufe und gegebenenfalls wird der von der zweiten Stufe abgeschiedene
Materialanteil wiederum über Pumpen einer dritten Stufe zugeführt. Wenn die Suspension
abrasive Teilchen enthält, so wird die Konzentration dieser Teilchen von Stufe zu
Stufe erhöht, und demzufolge werden von Stufe zu Stufe nicht nur die Pumpen und
Leitungen, sondern auch die Hydrozyklone in höherem Maß angegriffen, und es kommt
zu schweren Beschädigungen, so daß man häufig nicht in wirtschaftlicher Weise mehrstufig
arbeiten kann.
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Es ist bereits ein Verfahren zum kontinuierlichen Entgasen und Reinigen
von in Flüssigkeit aufgeschwemmter Papiermasse bekannt, bei welchem die Masse in
einen Vakuumbehälter gesprüht wird, in welchem der Flüssigkeitsstand konstant gehalten
wird und aus welchem die Masse dem Vorratsbehälter oder Stoffauflauf der Papiermaschine
zugeführt wird. Es ist hier eine primäre Reinigungsstufe vorgesehen, und die in
dieser Stufe ausgeschiedene Fraktion wird zu einem Becken geleitet, und hierbei
wird das aus diesem Becken überströmende Material als sauberer Materialbestandteil
verwendet, der zu einer Weiterverarbeitungsstelle geführt wird. Sand und andere
Schmutzteilchen, beispielsweise Siebteilchen od. dgl., sammeln sich in diesem Material
an, welches ausgeschieden wird, und dieses Material wird abgezapft und einem Zyklon
für eine weitere Abscheidung zugeführt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen höhere Materialausbeuten erzielbar
sind, wobei die durch Verunreinigungen hervorgerufenen Verschleißerscheinungen auf
ein Minimum herabgesetzt werden sollen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das von der primären
Reinigungsstufe ausgeschiedene Behandlungsgut einer hydrozyklopischen Zwischenbehandlung
mit geringem Druckabfall und höheren Strömungsraten als in der primären Reinigungsstufe
ausgesetzt wird. Hierdurch ist es in sicherer Weise möglich, die schädlichen Materialien
zu sammeln, so daß in weiteren Reinigungsstufen ohne Gefahr eines allzu großen Verschleißes
gearbeitet werden kann.
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In vorteilhafter Weise kann das von der hydrozyklopischen Zwischenbehandlung
ausgeschiedene Behandlungsgut verdünnt werden, ehe dieses einer zweiten Reinigungsstufe
zugeführt wird. Das von der zweiten Reinigungsstufe ausgeschiedene Behandlungsgut
kann einer Feinmühle zugeführt werden, und das von dieser Feinmühle abgegebene Material
kann erneut der primären Reinigungsstufe zugeführt werden.
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Mit besonderem Vorteil kann eine erste Station oder Reinigungsstufe
mit Hydrozyklonen vorgesehen sein und eine zweite Stufe mit Hydrozyklonen, wobei
eine evakuierte Leitung 28 großen Querschnitts von der ersten Hydrozyklonstufe zu
einem während des Betriebs unter Unterdruck gehaltenen Hydrozyklon 10 führt, der
zwischen der ersten und der zweiten Stufe angeordnet ist, wobei die Leitung 28 mit
einer vom Kopfende des Hydrozyklons 10 abzweigenden Vakuumleitung 45 verbunden ist,
und in einen tangentialen Einlaß unterhalb des Betriebsflüssigkeitsspiegels im Hydrozyklon
10 mündet und daß das offene Ende 22 eines überströmstutzens ebenfalls unterhalb
des Betriebsflüssigkeitsspiegels liegt.
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Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, ein Regelsystem zur Konstanthaltung
des Flüssigkeitsspiegels im Hydrozyklon vorzusehen.
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Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung
erläutert werden. Es zeigt F i g.1 eine teilweise schematische Ansicht eines erfindungsgemäß
zusätzlich verwendeten Hydrozyklons, F i g. 2 eine Draufsicht auf den Hydrozyklon
und F i g. 3 ein Schema zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das Hydrozyklon 10 weist einen breiten Gehäuseteil 11 und einen konischen
Abschnitt 12, der in ein Scheitelende 13 ausläuft, an dem ein Paßstück 14 befestigt
ist, mittels welchem der Hydrozyklon 10 mit dem Sammelbehälter 15 in Verbindung
steht, auf. An diesem sind an gegenüberliegenden Enden Anschlußventile 16 und 17
vorgesehen. Das breite Ende des Hydrozyklons 10 ist durch einen Deckel 18 verschlossen.
Das Innere des Hydrozyklons 10 enthält ein Flüssigkeitsmenge, deren Spiegel innerhalb
des breiten zylindrischen Endteiles, z. B. auf einer mit 19 bezeichneten Höhe, liegt.
An dem zylindrischen Endteil der Vorrichtung ist eine Eintrittsleitung 21 montiert,
die an einer Stelle unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 19 tangential in das Innere
des Hydrozyklons 10 mündet. Die eingeführte flüssige Suspension erzeugt daher eine
Wirbelbewegung und dadurch eine Trennung der mitgeführten Feststoffe, die sich zum
Umfang des kegeligen Abschnittes 12 bewegen und nach unten gedrängt werden, so daß
sie durch die Auslaßöffnung 13 am schmalen Ende aus der Vorrichtung austreten. Der
brauchbare Anteil andererseits bewegt sich gegen die Längsachse der Vorrichtung
und wandert in der entgegengesetzten Richtung gegen das Ende des breiten zylindrischen
Teiles der Vorrichtung. Hier gelangt er in das offene Ende 22 eines überströmstutzens,
der ein offenes inneres Ende hat, das dem geschlossenen breiten Ende der Vorrichtung
zugewendet ist und unterhalb der Standhöhe 19 der Flüssigkeit endet, während sich
der Stutzen in der anderen Richtung in den kegeligen Abschnitt 12 der Vorrichtung
und durch diesen nach außen erstreckt. In einem Fall ist der Stutzen 22 gegen die
Wand des Abschnittes 12 derart geneigt dargestellt, daß er eine seitliche nach außerhalb
der Vorrichtung vorspringende Leitung 23 bildet. Im anderen dargestellten Fall bildet
der Stutzen 22 das eine Ende eines Rohres oder einer Leitung 24, das bzw. die durch
den kegeligen Abschnitt 12 in der Längsrichtung hindurchgeht und durch das offene
schmale Ende 13, das Paßstück 14 und den Behälter 15 geführt ist. Im Fall, daß die
Leitung 24 verwendet wird, ist der brauchbare Anteil gezwungen, sich zur Außenfläche
dieser Leitung zu bewegen, bewegt sich
dann entlang dieser Außenfläche
aufwärts und gegen das offene Ende des Stutzens 22 zu, in das er eintritt und in
dem er seine Bewegungsrichtung umkehrt, so daß er innerhalb der Leitung 24 zum schmalen
Ende 13 und nach außerhalb der Vorrichtung gelangt.
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Durch eine Leitung 25 ist das Innere des breiten zylindrischen Teiles
11 evakuierbar, indem an der Vakuumbehälter- und Trenneinrichtung über die Leitung
25 eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums angeschlossen ist.
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Luftblasen, die zur Oberfläche der im Hydrozyklon 10 enthaltenen Flüssigkeit
steigen, werden dementsprechend abgesaugt, und dies unterstützt die Beseitigung
von Luft aus der flüssigen Suspension. Im Zusammenhang mit dem Einlassen des zu
behandelnden Gutes in den Hydrozyklon 10 ist zu erwähnen, daß die Anordnung der
Einlaßleitung 21 so getroffen ist, daß innerhalb des Hydrozyklons 10 eine Wirbelbewegung
erzeugt wird, die zur Folge hat, daß der mittlere Teil des Flüssigkeitsspiegels
19 in dem Maße des Zustromes in den mittig angeordneten Stutzen gesenkt wird. Der
brauchbare Anteil, der entlang des Rohres 24 in der inneren von zwei im Mantel auftretenden
Spiralen nach oben wandert, wird durch diese Wirbelbewegung beim Erreichen der offenen
Mündung des Stutzens in diesen hineingezogen.
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F i g. 3 zeigt schematisch die Behandlung von Holzpulpe. Ein Hydrozyklon
10 ist bei diesem System zwischen Hydrozyklonen einer ersten Stufe 26 und einer
zweiten Stufe 27 angeordnet und nimmt die in der ersten Stufe 26 ausgeschiedenen
Stoffe über eine Sammelleitung 28 auf und liefert die abgetrennten nutzbaren Stoffe
der zweiten Stufe 27 zu. Bei dem dargestellten System führt ein Frischwasserbehälter
29 dem System Flüssigkeit über eine Leitung 31 zu. über eine Leitung 32 wird dem
System Fasergut zugeführt und das Gut und das Frischwasser werden über eine Leitung
33, in der sich eine Pumpe 34 befindet, zu einer flüssigen Suspension gemischt.
Diese Pumpe setzt die Suspension unter Druck und führt sie der ersten Reinigungsstufe
zu, die aus einer Hydrozyklonbatterie 35 bestehen kann. Die Leitung 33 bildet eine
gemeinsame Zuleitung für die Hydrozyklone 35. Das brauchbare Material verläßt die
Hydrozyklone über Auslaßstutzen 36 und tritt in eine gemeinsame Leitung 37 ein.
Die Leitung 37 führt zu einem Sammelbehälter 38, der Papiermaschinen 39 beliefert.
Eine wahlweise verwendbare Leitung 41 führt zurück zur Leitung 33 für die flüssige
Suspension, so daß von den Papiermaschinen nicht verarbeitete überschüssige Pulpe
in das System zurückgeliefert werden kann. Die wahlweise Verwendung der Leitung
41 wird durch ein Ventil 42 in der Leitung 41 und ein Ventil 43 in der Leitung 37
ermöglicht.
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Die ausgeschiedenen Stoffe, die aus dem unteren Ende der Hydrozyklone
austreten, werden der Sammelleitung 28 über je eine Leitung 44 zugeführt. Diese
Sammelleitung hat einen großen Durchmesser, der ein Aufnehmen der gesamten, von
der ersten Reinigungsstufe gelieferten Menge in nur einem Teil des vollen Querschnittes
gestattet, so daß ein oberer Teil des Querschnittes frei bleibt und eine Unterdruckkammer
bildet. Die Sammelleitung 28 ist an ihrer Oberseite über eine Leitung 45 mit einer
Unterdruckleitung des Hydrozyklons 10 verbunden. Dies hat zur Folge, daß die Sammelleitung
28 unter Unterdruck steht. Es besteht daher für die Luft keine Möglichkeit, durch
das untere Ende der Hydrozyklone in diese einzudringen und in den brauchbaren Stoffteil
zu gelangen. Die hohe Drehgeschwindigkeit in den Hydrozyklonen hat die Bildung eines
von Flüssigkeit freien Raumes an der Achse des Hydrozyklons zur Folge, und Luft,
die etwa in Luftblasen in der Flüssigkeit enthalten ist, wird in diesen flüssigkeitsfreien
Raum oder diese Luftsäule gedrückt. Diese Luft-Säule erstreckt sich über die volle
Länge des Hydrozyklons und steht mit der Sammelleitung 28 in Verbindung. Da in der
Sammelleitung 28 ein Unterdruck herrscht, wird die Luft in diese hineingezogen und
strömt durch die Leitung 45 ab. Die Sammelleitung 28 ist derart geneigt, daß sie
ein freies Fließen zum Hydrozyklon 10 gestattet und ist wahlweise so angeordnet,
daß jener Teil ihrer Länge, in den die Leitungen 44 münden, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
19 liegt oder daß mindestens ein Teil des Durchmessers derselben sich oberhalb dieses
Flüssigkeitsspiegels befindet. Jenseits des Anschlusses an die Hydrozyklone 35 wünscht
die Sammelleitung 28 über Rohrkrümmer 46 und 47 unterhalb der Flüssigkeitsspiegels
in die Eintrittsleitung 21 des Hydrozyklons 10. Durch den gewählten Höhenunterschied
des fallenden Abschnittes der Sammelleitung 28 erreicht die flüssige Suspension
eine erhöhte Geschwindigkeit. Dementsprechend verursacht das Einströmen aus der
Mündung der Eintrittsleitung 21 in den Hydrozyklon 10 in tangentialer Richtung eine
Drehbewegung der Flüssigkeit. Scheuerfähige Materialien gelangen zum unteren Ende
13 und in die Sammelkammer 15. Wie bereits erwähnt, wird die Sammelkammer 15 durch
öffnen der Ventile 16 und 17 in wiederkehrenden Zeitabschnitten durchgespült. Es
ist eine Leitung 40 zum Zuführen von Verdünnungswasser zur Sammelleitung
28 vorgesehen, die sich von der Wasserleitung 31 zum linken Ende der Sammelleitung
28 hin erstreckt.
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Die Verlängerung 24 des überströmstutzens 22 erstreckt sich durch
die Kammer 15 und über diese hinaus nach außen. Der Stoff wird, aus dem Hydrozyklon
durch die Axialleitung 24 oder durch die andere Leitung 23 austretend, in eine Leitung
48 geführt, die zur zweiten Reinigungsstation 27 führt. Die Leitung 48 wird über
eine Zweigleitung 49 mit Nachfüllwasser aus der Wasserleitung 31 versorgt, welche
mittels eines Ventils 51 absperrbar ist. Eine Pumpe 52 dient zum Zuführen der flüssigen
Suspension unter Druck zur zweiten Station. Die Station 27 kann aus einer Hydrozyklonbatterie
53 bestehen, die in gleicher Weise wie die Hydrozyklone 35 einen brauchbaren Stoff
am oberen Ende abgeben, der in eine Leitung 54 eintritt. Durch diese mittels eines
Ventils 55 absperrbare Leitung wird der brauchbare Stoff in die Rückleitung 41 stromab
vom Ventil 42 eingelassen und von dort in die Leitung 33 für die flüssige Suspension
geleitet, mit der er zur ersten Station 26 zurückgeführt wird. Das in der zweiten
Station 27 abgeschiedene Material gelangt in eine Leitung 56 und wird von dort in
eine dritte Station 57 geleitet, die aus einem oder mehreren Hydrozyklonen 58 besteht.
über eine Zweigleitung 59 der Zuleitung 31 wird der Leitung 56 Nachfüllwasser zugeliefert.
Eine Pumpe 61 fördert die flüssige Suspension unter Druck zur Station 57. Der brauchbare
Stoff aus der dritten Station wird in die Leitung 54 geleitet, während
die
abgeschiedenen Materialien in einen Behälter 62 gelangen, von wo sie mittels einer
Pumpe 63 entnommen, durch eine Leitung 64 zu einer Feinmühle geleitet und eventuell
zur Lieferleitung 32 für das Gut zurückgeführt werden. Der Wiedergewinn des abgeschiedenen
Stoffes ist ein Vorteil des Verfahrens der dadurch ermöglicht wird, daß man einen
zusätzlichen Hydrozyklon dazu verwendet, scheuerfähige Materialien zu beseitigen.
Als Beispiel einer vorteilhaften Anwendung ist zu erwähnen, daß bei der Herstellung
von Holzschliffpulpe die scheuerfähigen Körnchen des Schleifrades stumpf werden,
abbröckeln und in die Pulpe gelangen. Die Pulpe wird mit einer Konsistenz gepumpt,
bei der diese Körnchen in dem abgeschiedenen Anteil der ersten Reinigungsstation
vorhanden sind und in die Pumpe der zweiten Station gelangen, wo sie einen Verschleiß
hervorrufen, und dann in die Hydrozyklone der zweiten Station, wo sie wegen ihrer
konzentrierteren Form in erhöhtem Maß Abnutzungserscheinungen hervorrufen. Wenn
dies bei einer dritten Station wiederholt wird, gelangen die abgeschiedenen scheuerfähigen
Materialien in die Pumpe und in die Hydrozyklone der dritten Station in noch konzentrierterer
Form, und der Verschleiß tritt in noch höherem Maß auf. Außer den scheuerfähigen
Körnchen tritt beim Betrieb solcher Systeme eine Verkrustung der Rohrleitungen auf,
indem Metallteilchen und andere scheuerfähige Materialien gelegentlich in das System
eintreten. Durch die Erfindung kann dieser Anteil an schweren Stoffen vollständig
beseitigt werden. Dadurch wird die bisher in den Pumpen und Reinigungsstationen
der zweiten und dritten Stufe auftretende massive Abnutzung vermieden.
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Eine mittels eines Ventils absperrbare Leitung 65 gestattet die Zufuhr
von zusätzlichem Wasser aus der Leitung 31 zur Lieferpumpe 63.
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Der Spiegel 19 der im Hydrozyklon 10 enthaltenen Flüssigkeit wird
mittels eines Regelsystems 66 im wesentlichen konstant gehalten, das über eine Verbindungsleitung
67 den im oberen Ende des Hydrozyklons 10 herrschenden Unterdruck und über eine
Verbindungsleitung 68 den Flüssigkeitsdruck in dem Hydrozyklon abfühlt. Dieses System
regelt die Einstellung des Ventils 51 über eine Einrichtung 69 und gestattet den
Eintritt von mehr oder weniger Wasser in die Leitung 48, je nachdem, ob der Flüssigkeitsspiegel
19 fällt oder steigt.