NO136582B - - Google Patents

Abstract

Syklonseparator.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår syklon-separatorer eller hydrosykloner for rensning av fibersuspensjoner for' forurensninger opp til en størrelse som vil passere en sikt med masker på 19 mm, spesielt ved en konsentrasjon på 3 % og mere.

Forurensning av den størrelse som det her dreier seg om, forekommer ofte i store mengder, f.eks. i suspensjoner fremstillet av avfallspapir efter at det er grovrenset enten i oppløsnings-apparatet eller ved hjelp av grovsikter e.l. som er anordnet efter oppløsningsapparatet for å fjerne større gjenstander som f.eks. jerntråder som ikke vil passere en sikt med maskestørrelse på 19 mm. De gjenværende forurensninger omfatter såvel smuss som store mengder metall i alminnelighet i form av stifter og videre papirbiter som holdes sammen av stifter. Hvis slike forurensninger i vesentlig mengde bibeholdes i suspensjonen når den går til raffinørene som i alminnelighet følger efter oppløs-ningsapparatet, vil dette medføre alvorlige problemer, ikke bare med hensyn til slitasje og beskadigelse av raffineringsutstyret, men også ved at metallbiter kan passere gjennom raffinerings-apparatet og den efterfølgende finrensning og medføre defekter i papiret som skal fremstilles.

Hittil har fibersuspensjoner av konsentrasjoner på opptil

1 - 2 % faststoff-innhold vært effektivt renset for disse gjenværende forurensninger ved hjelp av store hydrosykloner av en diameter på 30 cm eller mere og forsynt med sumper som de utskilte forurensninger oppsamles i. Men ved høyere konsentrasjoner på fra 3 % til 6 % eller mere som i økende grad anvendes i papir-fabrikker, er det funnet at disse hydrosykloner ikke er effektive. I et forsøk på å øke deres effektivitet med hensyn til behandling av konsentrerte suspensjoner har slike sykloner vært forsynt med rotorer som arbeider med høy hastighet i hvirvelstrømmen for teo-retisk å øke dennes hastighet, energi og de opptredende sentrifugalkrefter og evne til utseparering av forurensninger; - øk-ningen av separeringseffekt har imidlertid ikke vært tilfreds-stillende og det ekstra rotorutstyr er kostbart i fremstilling og drift.

Den tidligere kjente teknikk kan ansees representert ved utførelser som er beskrevet i p. Bradley: "The Hydrocyclone", Pergamon Press, og norsk patent 71.894. Nærmere bestemt tar således denne oppfinnelse utgangspunkt i en syklonseparator av den art som omfatter et rørformet legeme med et ikke-konvergerende parti som er forbundet med et konvergerende parti som tilnærmet har . '. form av en avskåret kjegle, hvilket ikke-konvergerende parti har et innløp for å føre suspensjonen inn i dette parti nær den ytre ende av dette og tangensialt langs dettes vegg, hvilket parti videre er forsynt med en ledeplate for å lede suspensjonen under innløpet, en hvirvelsøker for utmatning av akseptert suspensjon, hvilken søker strekker seg aksialt inn i den ytre ende av det ikke-konvergerende parti, hvilket konvergerende parti har et utløp ved sin småleende for utmatning av en avvist suspensjonsfraksjon inneholdende forurensninger, til en sump som forbundet med utløpet, en anordning for tilførsel av spylevæske til den avviste fraksjon nær utløpet og før den avviste fraksjon kommer til sumpen, en anordning for tilførsel av væske til sumpen og en anordning for i det minste periodisk å fjerne utskilte forurensninger som er oppsamlet i denne.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å skaffe en syklonseparator som er i stand til å rense suspensjoner med høy konsentrasjon for forurensninger av den angitte størrelse vesentlig mere effektivt enn tidligere hydrosykloner og uten anvendelse av ekstra utstyr for å øke hastigheten av hvirvelstrømmen.

Det er i og med foreliggende oppfinnelse funnet at forannevnte formål blir oppnådd med en syklonseparator som har den i det følgende angitte kombinasjon av kritiske trekk og dimensjoner, forutsatt at innmatningshastigheten er slik at det blir opprettholdt et trykkfall i det minste av størrelsesorden 0,9 kg/cm 2 for en suspensjonskonsistens på omkring 3 %5og høyere for større faststoff-innhold (oppnåelig ved vanlige trykk på Ift til 2^L kg/cm<2 >eller høyere).

Det nye og særegne ved syklonseparatoren ifølge oppfinnelsen består i kombinasjonen av følgende i og for seg kjente trekk: at det konvergerende parti har en kjeglevinkel innenfor området 6° til 12°,

at det rørformede legeme har en maksimal diameter D

i området fra 11,4 til 25,4 cm,

at innløpet har en arealekvivalent diameter innenfor området 2,54 cm til 0,5 D,

at den samlede aksiale lengde av det ikke-konvergerende

og det konvergerende parti fra toppen av suspensjonsinnløpet er fra 5 D til 7,5 D,

at hvirvelsøkeren i det ikke-konvergerende parti har et innløp med en aksial avstand fra bunnen av suspensjonsinnløpet i området fra 0,5 D til 1,25 D og en avstand fra det.konvergerende parti på i det minste 0,25 D,

at hvirvelsøkeren har en arealekvivalent innløpsdiameter

i området fra 3,8 cm til 0,75 D, og

at utløpet har en arealekvivalent diameter i området

fra 3,8 cm til 0,6 D.

Ytterligere og foretrukne nye og særegne trekk vil dess-uten fremgå av den følgende beskrivelse og av underkravene.

Hydrosykloner ifolge foreliggende oppfinnelse er under-kastet inngående effektivitetsurd ersokelser for rensning av av-fallspapirmasse for stifter og sammenstiftede papirklumper. Sam-menligende.prover ble likeledes foretatt med en hydrosyklon med en hvirveldiaméter på 30,5 cm og med en rotor arbeidende i den ytre hvirvel.

Ved disse prover ble antallet stifter og sammenstiftede papirklumper som ble utskilt og akseptert i lopet av et bestemt tidsrom under like arbeidsbetingelser tellet, og effektiviteten av utskilningen ble bestemt som antall utskilte deler som prosent av det totale antall utskilte og aksepterte fremmedlegemer. Med et trykkfall på 0,9 kg/cm<*> og mere, ble det med syklonen ifolge foreliggende oppfinnelse og under opprettholdelse av de foretrukne, så vel som de kritiske trekk oppnådd en effektivitet på 90$ og mere ved en konsentrasjon av. suspensjonen på 3 til 4$. Med et trykkfall på 1,4 kg/cm^ var effektiviteten 94$ • Ben annen syklon . med en diameter på 30»5 cm ble drevet med samme suspensjon og med et trykkfall på 0,9 kg/cm^ og mere og likeledes med spylevann i et ror mellom spissutlopet og sumpen. Med rotoren arbeidende med en tilnærmet optimal hastighet på 3^00 o/min. ble det oppnådd en effektivitet innenfor et område på 60$ til 70$ eller min-dre. Ble rotoren koblet ut, fant det ikke sted noen utskilning ' av sammenstiftede papirklumper og utskilningen av. stifter va r ube-tydelig. ;Ved alle prover ved syklonen ifolge foreliggende oppfinnelse var mengden av utskilt nyttig fibermateriale lite, og langt under et akseptabelt minimum. Ved hoyere konsentrasjon av.suspensjonen var resultatene sammenlignbare under forutsetning av at det ble opprettholdt et tilstrekkelig trykkfall med en minimal okning på 0,14 kg/cm^ per prosent Skning av konsentrasjonen. ;Det ble også foretatt forsok med sykloner utf6rt i overens-stemmelse med oppfinnelsen med varierende konstruksjonsparametre fra de foretrukne verdier og henimot de ytre grenser for de kritiske områder. Den oppnådde effektivitet var ikke så god som ved de foretrukne utforelser, men bedre enn den hoyeste effektivitet som ble oppnådd med en forannevnte syklon med diameter på 30» 5 cm« ;På tegningen er vist et skjematisk oppriss delvis i snitt av en syklonseparator ifolge en utfOrelsesform for oppfinnelsen. ;Den på tegningen viste syklon har en rorformet hoveddel som generelt er betegnet 10 og omfatter et sylinderisk innlopsparti 12 og et konvergerende parti 14 som har form av en avskåret kjegle ;og som ender i et sirkulært spissutlop 16. Et innlop 18 er anordnet ved den motsatte endé av det sylinderiske parti bestemt til å forbindes med en kilde (ikke vist) for den forannevnte suspensjon under passende trykk og har en rektangulær innlopsåpning bestemt til å mate suspensjonen tangensialt inn i syklonen under en ledeplate 20 som strekker seg skrueflateformet omkring veggen av partiet 12 i tilstrekkelig grad til å sikre at den forste skruelinjeformede vinning av den innkommende stromning omkring veggen ledes under innlopet. En hvirvelsoker 22 strekker seg gjennom endepartiet 12 og er ved sin ytre ende forbundet med en led-ning (ikke vist) for fjernelse av den aksepterte fraksjon og har en sirkelformet åpen indre ende som strekker seg under innlopet i partiet 12 slik som tidligere forklart. ;Utlopet 1.6 er gjennom et rorstykke 24 som har form av en ;i retning nedover divergerende avskåret kjegle og en sluseventil 26 forbundet med innlopet 28 for en sump 30 som er utfort med en. ;gjennomsiktig vegg 32 gjennom hvilke innholdet i sumpen kan iakt-tas. En sluseventil 34 er anordnet ved bunnen av sumpen 30. ;Manovreringsstengene 36 °g 3^ for ventilene 26 resp. 34 er ved ;f hjelp av ledd 40, 42 forbundet med stemplene for fluidumsmotorer 44 resp. 46 som bæres av armer 48 resp. 50 som er festet til side-veggene av ventilene. Reguleringsmekanismene for motorene 44» 4& som ikke er vist på tegningen kan være innrettet for manuelt be-tjening eller for automatisk drift i tidsstyrt rekkefolge. ;Roret 24 er forsynt med et tangensielt innlop 52 for forbindelse med en kilde for vann under trykk (ikke vist) for spyling, fortrinnsvis anordnet som vist for å rette en vannstrom i retning motsatt retningen av suspensjonens skruelinjeformede bevegelse langs veggen i partiet 14.. Et innlop 54 for forbindelse med en slik kilde er likeledes anordnet i sumpinnlopet 28 for å skaffe vann for fylling av sumpen efter at (den er tomt og likeledes fortrinnsvis for fortynning. ;Under drift strommer suspensjonen som trer inn /gjennom innlopet 18 skrue1injeformet langs veggen i hoveddelen 10 og forurensningene som skilles ut beveger seg mot veggen i syklonen opptredende skjærkrefter og sentrifugalkrefter. Når suspensjonen ;nærmerer seg utlopet l6, vil den indre fraksjon skilles ut og danne ;en indre hvirvel som inneholder akseptert masse og som strommer i retning motsatt av den ytre hvirvelstrom som inneholder forurensningene. Den indre hvirvel fjernes gjennom hvirvelsokeren 22 som den aksepterte fraksjon mens den ytre hvirvelstrom fort-setter sin vertikalt nedadrettede stromning fra utlopet 16 gjennom roret 24 hvor den mottar spylevann gjennom innlopet 52, fortrinnsvis tilfort i en mengde på omkring 41 1 pr./min. Virkningen av spylingen og fortynningen ved dette punkt er å fortynne den konsentrerte avviste strom fra utlopet 16 for utskilning av de faste bestanddeler fra strommen og for å tillate aksepterbare fibre eller fiberformet materiale og unnvike sammen med spylevannet opp i den indre hvirvel uten å fore forurensningene med seg. Denne virkning oppnås bedre ved å innfore spylevannet i strSmmen av avvist suspensjon i retning motsatt stromningsretningen noe som samtidig medvirker til nedsettelse av strQmningshastigheten og derav folgende bedre utskilning og avsetning av forurensningene i sumpen 30. En slik avsetning lettes videre ved tilsetning av spylevann med lavere stromningshastighet f.eks. i en mengde på omkring 13,6 l/min.gjennom innlopet 54 i sumpinnlopet 28 som den avviste fraksjon strommer gjennom, gjennom den åpne sluseventil 26. ;Når de utskilte faste bestanddeler er oppsamlet i tilstrekkelig mengde i sumpen 30 over den lukkede sluseventil 34» stenges • sluseventilen 26 og ventilen 34 åpnes slik at sumpen tommes. Ventilen 34 blir derefter på ny lukket, og sumpen 30 fylles fortrinnsvis helt eller fullstendig med vann gjennom innlopet 54 for ventilen 26 åpnes for gjentagelse av prosessen. I tillegg til sine forannevnte funksjoner medvirker spylevannet gjennom for-bindelsen 52 videre til losning av sammenklumpede faste bestanddeler som kan ha samlet seg over ventilen 26 mens denne er lukket, hvorved tilstopping unngås. Unngåelse av tilstopping og spyle-virkningen forsterkes ytterligere ved å gjore roret 24 divergerende i retning nedover noe som foretrekkes. ;Syklonen kan monteres på hvilken som helst vanlig måte. ;Som vist er den forsynt med monteringsflenser 26 på ytterveggen av partiet 12 for opphengning av syklonen fra en bærekonstruksjon med syklonens akse vertikal. ;Det vil forståes at de enkelte deler og deres innbyrdes tilpaianing skal svare til de foran angitte kritiske konstruksjonsparametre fordi det er funnet at dette er nodvendig for et til-fredsstillende driftsresultat, og fortrinnsvis likeledes til de i det foranstående som foretrukne angitte parametre fordi det er funnet at det herved oppnås det beste resultat. For tydelig-hets skyld og for å lette oversikten skal disse parametre i det folgende rekapituleres i forbindelse med de på tegningen viste deler: Diameteren D av partiet 12 er fra 11,4 cm til 25»4 cm, fortrinnsvis fra 12,7 til 17,8 cm. ;Den samlede aksiale lengde av partiene 12 og 14 fra toppen av innlopet 18 er 5 D til 7>5 D, fortrinnsvis omkring 6 D, mens lengden av partiet 12 fortrinnsvis er omkring 3 D og lengden av partiet 14 fortrinnsvis omkring 3 til 3,5 D| ;Kjeglevinkelen for partiet 14 er fra 6° til 12° fortrinnsvis omkring 8°j ;Det tangensielle innlop 18 har en arealekvivalent diameter på fra 2,54 cm til 0,5 D, fortrinnsvis fra 0,3 til 0,45 D. ;Hvirvelsokerens 22 innlop befinner seg en avstand under bunnen av innlopet 18 lik fra 0,5 D til 1,25 D» og en avstand fra partiet 14 på minst 0,25 D mens innlfipets arealekvivalent diameter skal være i område fra 3»$ cm til 0,75 D og er fortrinnsvis sirkelformet med en diameter på omkring 0,5 D. ;Utlopet l6 har en areakekvivalent diameter lik 3»8 cm til 0,6 D og er fortrinnsvis sirkelformet som vist på tegningen. ;R6ret 24 har fortrinnsvis en aksial lengde på fra 1 til 3 D og er divergerende i retning nedover som vist på tegningen. ;Istedenfor å manovrere sluseventilene 26 og 34 m©d fluidums-drevne motorer slik som vist på tegningen, kan ventilene manov-reres manuelt. Eventuelt kan ventilen 26 utelates ved å erstatte ventilen 34 med et utmatningssystem for avvist suspensjon f.eks. ;i form av en skruetransportor som er i stand til å fjerne de fa&te bestanddeler som oppsamles i sumpen 30 uten å tomme ut væskeinn-holdet kontinuerlig eller intermitterende. ;For å opprettholde det nodvendige trykkfall på omkring ;0»9 kg/cm<2> eller mere, kan det være onskelig å sSrge for en re-gulerbar resirkulasjon av akseptert suspensjon til kilden for innmatet suspensjon. *

Claims (4)

1. Syklonseparator som fra en fibersuspensjon med høy konsentrasjon, f.eks. 3 % faste stoffer og mer, er i stand til effektivt å skille ut forurensninger inneholdende partikler opptil et størrelsesområde som kan passere en sikt med maskestørrelse 19 mm ved et opprettholdt trykkfall i det minste på omkring 0,9 kg/cm 2, og omfattende et rørformet legeme (10) med et ikke-konvergerende parti (12) som er forbundet med et konvergerende parti (14) som tilnærmet har form av en avskåret kjegle, hvilket ikke-konvergerende parti har et innløp (12) for å føre suspensjonen inn i dette parti nær den ytre ende åv dette og tangensialt langs dettes vegg, hvilket parti videre er forsynt med en ledeplate (26) for å lede suspensjonen under innløpet (18), en hvirvel-søker(22) for utmatning av akseptert suspensjon, hvilken søker strekker seg aksialt inn i deri ytre ende av det ikke-konvergerende parti (12), hvilket konvergerende parti (14) har et utløp (16) ved sin smale ende for utmatning av en avvist suspensjonsfraksjon inneholdende forurensninger, til en sump (30) som er forbundet med utiøpet (16), en anordning (52) for tilførsel av spylevæske til deri avviste fraksjon nær utløpet (16) og før den avviste fraksjon kommer til sumpen (30), en anordning for tilførsel av væske til sumpen (30) og en anordning (26, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) for i det minste periodisk å fjerne utskilte forurensninger som ér bppsamiét i denne, karakterisert ved kombinasjonen av følgende i bg for seg kjente trekk: åt det konvergerende parti (14) har en kjeglevinkel innenfor områdét 6° til 1-2 , at det rørformédé legeme (10) har en maksimal diameter D i områdét ifra 11,4 til 25,4 cm, at innløpet (18) har en arealekvivalent diameter innenfor områdét 2,54 cm til 0,5 D, åt den samlede aksiale lengde av det ikke-konvergerende og det konvergerende parti (12, 14) fra toppen av suspensjonsinn-løpet (18) er fira 5 D til 7,5 D, at hvirvelsøkeren (22) i det ikke-konvergerende parti (12) har et innløp med en aksial avstand fra bunnen av suspensjonsinn-løpet (18) i området fra 0,5 D til 1,25 D og en avstand fra det konvergerende parti (14) på i det minste 0,25 D, at hvirvelsøkeren (22) har en arealekvivalent innløpsdiameter i området fra 3,8 cm til 0,75 D, og at utløpet (16) har en arealekvivalent diameter i området fra 3,8 cm til 0,6 D.

2. Syklonseparator ifølge krav 1, omfattende et rør (24) som forbinder utløpet (16) fra det konvergerende parti med et innløp (28) til sumpen (30), hvilken anordning (52) for tilførsel av spylevæske er plassert i ovennevnte rør (24), karakterisert ved at dette rør (24) som i og for seg kjent har en arealekvivalent minimumsdiameter som minst er lik diameteren av utløpet (16) og har en lengde på fra 1 D til 3 D.

3. Syklonseparator ifølge krav 2, karakterisert ved at det nevnte rør (24) som i og for seg kjent divergerer i retning mot sumpen (30).

4. Syklonseparator ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at D er på omkring 12,7 til 12,8 cm, den aksiale lengde av det ikke-konvergerende parti (12) fra toppen av suspensjonsinnløpet (18) er omkring 3 D, den aksiale lengde av det konvergerende parti (14) er fra omkring 3 D til omkring 3,5 D og kjeglevinkelen for det konvergerende parti er på omkring 8°, mens suspensjonsinnløpet (18) har en arealekvivalent diameter på omkring 0,3 D til 0,45 D, samt hvirvelsøkeren (22) har et tilnærmet sirkulært innløp med en diameter på omkring 0,5 D.