DE3702269A1 - Hydraulischer zentrifugalabscheider, insbesondere als hydrozyklon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zentrifugal­ abscheider, insbesondere als Hydrozyklon, zur Aufbereitung von Schlämmen und Abwässern, insbesondere für die Abtren­ nung von Verunreinigungsstoffen, mit einem im oberen Be­ reich angeordneten Einlaß, einer Austrittsöffnung und einer am unteren konischen Ende angeordneten anpassungsfähigen Unterlaufdüse.

Eine solche anpassungsfähige Unterlaufdüse ist in Form einer sogenannten Gummiringdüse bekannt. Hierbei handelt es sich zunächst um eine in ihrem Querschnitt fest eingestellte Düse, die sich aber wegen der nach innen ragenden manschettenarti­ gen Gummiringdichtung in kleinen Grenzen in Abhängigkeit vom Durchsatz an sich, aber nicht unter Berücksichtigung von In­ haltsstoffen anpassen kann. Eine Einstellung oder eine Rege­ lung ist an sich bei den festgelegten Querschnitten nicht möglich. Querschnittsveränderungen würden eine Auswechse­ lung der gesamten Düse mit Betriebsunterbrechung erfordern, was einer kontinuierlichen Abscheidung von Feststoffen durch einen Zyklon widerspricht.

Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß bei der Aufberei­ tung von Schlämmen und Abwässern solche mit Sanden, Fasern und anderen Feststoffen belastet sind und der Feststoff­ anteil in der Suspension, die in den Zyklon gegeben wird, äußerst starken Schwankungen unterworfen ist. So kann es passieren, daß, bei einem fest gewählten Düsenquerschnitt, entweder die Düse verstopft, weil der Querschnitt für die abgeschiedene Feststoffmasse zu klein ist, oder es wird zuviel Wasser mit abgeschieden, weil sich kein Dickstoff­ bett vor der Düse aufbaut, wenn der Feststoffgehalt in der Suspension gesunken ist.

In einer Anlage zur Aufbereitung von Schlämmen und Abwäs­ sern bezieht die Erfindung eine Kombination eines oder mehrerer Hydrozyklone mit einem nachgeschalteten Aufstrom­ klassierer ein. Diesem wird in einer solchen Anlage in be­ kannter Weise einerseits Frischwasser zugeführt und an­ dererseits Abwasser entnommen, das wiederum zu einem Haupt­ wäscher zurückführbar ist.

In einem bekannten Verfahren werden die von Verunreinigun­ gen durchsetzten Schlämme mit gleichem Mengendurchsatz je Zeiteinheit gefördert, wobei im Bereich der Förderung schon eine hydraulische Zentrifugaltrennung durch Wirbel­ trenner eingeführt wird, so daß die Separation vorbereitet wird.

In bekannten Aufbereitungsanlagen haben Hydrozyklone nur starre Unterlaufdüsen und sogenannte Vakuum-Unterlauf­ taschen. Dies gilt auch für einen Einsatz in der Lebens­ mittelindustrie, aber besonders für die Eindickung und Trennung von Schlämmen mit mineralischen Bestandteilen. Die an sich unveränderbare Größe der Unterlaufdüsen in solchen Anlagen, selbst bei dem Einsatz von Gummiring­ dichtungen, führt insbesondere im Bereich der Schlamm­ aufbereitung zu erheblichen Problemen. In solchen Anlagen ergibt sich infolge von sich ändernden Korngrößen und Volumenanteilen von Inhaltsstoffen des Schlammes eine insgesamt ständig wechselnde Suspension. Dieser Umstand macht den Betrieb bekannter hydraulischer Zentrifugalabscheider bzw. Hydrozyklone problematisch. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in den tangential ange­ ordneten Einlaß eingeführte strömungsfähige Massen, ins­ besondere Schlämme oder Abwässer, Fliehkräften ausgesetzt sind. Eine angereicherte strömungsfähige Flüssigkeit wan­ dert entlang der sich nach unten verjüngenden Wand des Zentrifugalabscheiders zu der Unterlaufdüse. Die im we­ sentlichen reine Flüssigkeit wird aufgrund der Bedingun­ gen nach oben umgelenkt und durch die Austrittsöffnung abgeführt. Es werden nur an sich Partikel geringer Masse mitgenommen, so daß eine Abscheidung erfolgt. Hierbei ist insbesondere im Zusammenhang mit Aufbereitungsanlagen von Schlämmen und Abwässern von Bedeutung, daß die austretende Flüssigkeit so weit von Festbestandteilen frei ist, daß sie als Brauchwasser in eine Anlage zurückgeführt werden kann und daß die abzutrennenden Stoffe im wesentlichen unten austreten.

Ein Problem besteht aber darin, bei sich ändernden Be­ schaffenheiten des Eintrags eine möglichst gleichbleibende Abscheidung insofern zu gewährleisten, daß an der Aus­ trittsöffnung im wesentlichen feststoffbestandteilfreie Flüssigkeit austritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Zentrifugalabscheider der oben angegebenen Art bzw. eine Anlage der angesprochenen Ausführung so auszugestalten, daß auch beim Eintrag von strömungsfähigen Medien mit sich ändernden Anteilen abzutrennender Stoffe eine optimale Abscheidung in dem Sinne erfolgt, daß durch die Austrittsöffnung im wesentlichen reine und weiter verwendbare Flüssigkeit ausgegeben wird und durch die Unterlaufdüse ein optimaler Austrag der abzutrennenden Stoffe erfolgt. Diese Aufgabe wird für einen hydraulischen Zentrifugalabscheider der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß der Querschnitt der Unterlaufdüse einstellbar ist und eine Einstellung des Querschnitts der Unterlauf­ düse in Abhängigkeit vom Volumenanteil der abzutrennenden Stoffe vorgesehen ist.

Hierdurch wird eine unter Betriebsbedingungen des Hydro­ zyklons arbeitende Regelung geschaffen, die im Zusammen­ hang mit einer Anlage stehen kann. Die Querschnittsein­ stellung einer Unterlaufdüse ist dabei ein neues Merkmal.

Von besonderem Vorteil ist ihre Einstellung in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Bedingung, und zwar insbesondere von den Inhaltsstoffen des eingetragenen Mediums. Eine be­ sonders vorteilhafte Ausgestaltung hat daher einen Mengen­ meßgeber für die Querschnittseinstellung der Unterlauf­ düse an einer Aufbereitungsstrecke unter dem Hydrozyklon, der in Abhängigkeit von der Ablaufgeschwindigkeit der Inhalts­ stoffe steuerbar ist.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform ist am Wand­ teil der Unterlaufdüse innen ein flexibler, insbesondere elastischer Balg bzw. mantelartiger Wandteil vorgesehen, der durch ein Druckmittel aufblähbar ist, wobei ein Be­ reich der größten Aufblähbarkeit an der Düsenaustritts­ öffnung vorgesehen ist.

Hierdurch ergibt sich eine gute Einstellungsmöglichkeit. Diese wird dadurch verbessert, daß der flexible, insbeson­ dere elastische Wandteil einen konischen Gehäuseabschnitt zur Austrittsöffnung hin auch oberhalb der Düse überdeckt und über die Länge des Gehäuseabschnittes von diesem durch ein Druckmittel abhebbar ist. Das gewährleistet einen glatten Übergang zur eigentlichen Austrittsöffnung hin.

Dabei weist der Wandteil zweckmäßig über seine Höhe mit Abstand von der Austrittsöffnung verschiedene Wandstärke auf. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Wölbung des Wand­ teils nach innen einen günstigen Verlauf erfahren.

Besonders bevorzugt wird dabei, daß das austrittsseitige Ende des Wandteils eine an den unteren Rand des Gehäuse­ abschnittes innen anlegbare Stufe aufweist und neben der Stufe um diesen unteren Rand zurückfaltbar ist, wobei sich an die Stufe nach innen ein im wesentlichen senkrecht zum Rand der Austrittsöffnung erstreckender, verstärkter Wand­ teilabschnitt anschließt, der eine Austrittsöffnungs-Be­ grenzung im Übergang in einen abgekrümmten, dünneren Wand­ teilverlauf bildet. Das gewährleistet auch eine stabili­ sierte Begrenzung der effektiven Austrittsöffnung.

Gegenüber mechanischen Ausführungen wird zugleich bei ei­ nem verbesserten Wandverlauf zur Austrittsöffnung hin durch einen aufblasbaren Balg der Aufwand vermindert.

Für die Steuerung des Druckmittels ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Unter diesen liegt eine zweckmäßige Ausge­ staltung in einem hydraulischen Druckmittel. Dieses ist zwar leicht verdrängbar, aber inkompressibel, so daß hier eine quasi starre Einstellung der Unterlaufdüse erfolgt. Diese quasi starre Einstellung hat bei bestimmten Inhaltsstoffen den Vorteil, daß ein schwingungsfreier Durchgang gewährlei­ stet ist, wenn nämlich bei geringer Korngröße der Inhalts­ stoffe eine sich anpassende Austrittsströmung erzielbar ist.

Wenn Schlämme oder Abwässer verarbeitet werden, die Inhalts­ stoffe größerer Masse oder Korngrößen haben, empfiehlt sich ein pneumatisches Druckpolster.

Hierdurch ist eine gewisse Nachgiebigkeit vorhanden, wobei die Trägheit des Systems auch im Zusammenhang mit einge­ schnürten Zugangsquerschnitten für das Druckmittel Schwin­ gungen ausschließt.

Insbesondere bei Verwendung eines hydraulischen Druckmittels wird bevorzugt, daß ein Druckmittel an einem nachgiebigen Widerlager abgestützt ist, insbesondere an einem Luftpol­ ster. Auch dadurch ist eine gewisse Nachgiebigkeit gegeben. Einbezogen wird in diesem Zusammenhang und dann auch in Verbindung mit einem pneumatischen Druckmittel zweckmäßig, daß das nachgiebige Widerlager eine Steuermembrane ist. Ein nachgiebiges Widerlager kann auch durch eine von Hand einstellbare Abstützung verändert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform hat unter oben genannten Gesichtspunkten einen Druckmittel-Speicherbehälter und den Anschluß des Druckmittel-Speicherbehälters an eine Tren­ nungsanlage zur Abscheidung fester von flüssigen Bestand­ teilen, wobei der Austrittsquerschnitt der Unterlaufdüse in Abhängigkeit von der Menge und Beschaffenheit der In­ haltsstoffe der aufzubereitenden Schlämme und Abwässer veränderbar ist.

Der Druckmittel-Speicherbehälter ist an die regelbare Un­ terlaufdüse angeschlossen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hydro­ zyklons;

Fig. 2 eine Einzelansicht aus Fig. 1 entspre­ chend dem Kreis II-II in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 eine Teildarstellung für eine Abwand­ lung aus Fig. 2 zur Erläuterung einer abweichenden Steuereinrichtung.

In Fig. 1 ist ein Hydrozyklon 1 bekannter Ausführung ge­ zeigt. Antriebsmittel, die dafür bekannt sind, sind nicht dargestellt. Der Hydrozyklon 1 hat einen tangial angebrach­ ten Einlaß 2 und eine Austrittsöffnung 3, durch welche Flüssigkeit abgeführt wird. Die Unterlaufdüse 4 am unteren Ende des konischen Gehäuses des Hydrozyklons geht in einen Auffangbehälter 5. Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Hydro­ zyklon 1 besitzt an seiner Unterlaufdüse 4 einen inneren flexiblen mantelartigen Wandteil 20, der einen Innenraum 21 zu dem starren Wandteil 22 der Unterlaufdüse bildet. Dieser flexible Wandteil ist unten beispielsweise über die Mündung zurückgefaltet und mit einer Schelle 23 befestigt und mit einem oberen Flansch 24 am Hydrozyklon-Gehäuse festgelegt.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß das austrittsseitige Ende 53 des Wandteils 20 eine an den unteren Rand 54 des starren Wandteils 22 des Gehäuseabschnittes innen anlegbare Stufe 55 aufweist und neben dieser Stufe 55 durch einen dünneren Abschnitt 56 um den unteren Rand 54 zurückfaltbar ist. An die Stufe 55 schließt sich nach innen ein sich im we­ sentlichen senkrecht zum Rand 54 der Austrittsöffnung er­ streckender, verstärkter Wandteilabschnitt 57 an, der eine Austrittsöffnungs-Begrenzung im Übergang in einen dünneren Wandteilverlauf 58 bildet.

Der Innenraum 21 ist mit einem Druckmittel gefüllt, das in einem Druckmittel-Speicherbehälter 25 bereitgehalten wird und über eine Leitung 26 angeschlossen ist. Dieser Behälter kann in einer bestimmten Höhe angeordnet sein, so daß bei seiner Füllung mit einem hydraulischen Strömungsmittel, insbesondere Öl, ein automatischer Druck zur Füllung des Innenraumes 21 vorhanden ist. Dabei ist eine Anpassung und ein gewisser Druckausgleich möglich, indem auf den Flüssig­ keitsspiegel 27 im Behälter ein Polster 28 eines kompres­ siblen Strömungsmittels drückt, und zwar ein Gas, beispiels­ weise Luft. Dieser Druck ist veränderbar durch ein Regel­ ventil 29 in einer Zuleitung 30, die beispielsweise zu einem Kompressor führt.

In einer anderen Ausgestaltung nach Fig. 3 ist der Behälter in seinem oberen Teil mit einer Steuermembrane 31 versehen, die durch ein an eine Automatik angeschlossenes Regelungs­ glied belastbar ist oder aber auch durch ein Handeinstell­ gerät 32 mittels einer Spindel 33 beaufschlagt werden kann. Wenn letzteres einbezogen wird, erfolgt dieses durch eine Bedienungsperson, die Betriebszustände in einer Anlage ab­ liest.

Die Automatik setzt solche Betriebszustände in ein auto­ matisch betätigbares Druckelement um. Gleiches gilt für eine automatische Einstellung des Regelventils 29.

Bezüglich Fig. 1 wird einbezogen, daß an wenigstens einem der Teile, die den Einlaß 2 und die Austrittsöffnung 3 bilden, ein Meßgerät 34, 35 angeordnet ist, das entweder den jeweiligen Durchsatz und aber auch die Beschaffenheit des durchgehenden Mediums, z.B. in Form einer Trübemes­ sung, feststellt und dadurch eine Steuerungsgröße schafft. Es versteht sich, daß an beiden der genannten Teile, Ein­ laß 2 und Austrittsöffnung 3 ein Meßgerät 34, 35 zweck­ mäßig angeordnet sein kann und über eine Vergleichsmeßein­ richtung ein Regelsignal für die Bemessung der Unterlauf­ düse 4 liefern kann. An der Unterlaufdüse 4 ist ein Regel­ glied 41 angeordnet, das die Beaufschlagung des Innenraums 21 steuert, so daß eine beabsichtigte Querschnittsbemessung der Unterlaufdüse 4 möglich ist.

Das Regelglied 41 in Fig. 1 kann wie das Regelglied 29 in Fig. 2 ausgeführt sein oder aber auch eine automatische Stelleinrichtung anstelle des Handeinstellgerätes 32 sein, so daß hierdurch die Steuerabhängigkeit erkennbar ist.

Gemäß Fig. 1 ist an einer Aufbereitungsstrecke des Hydro­ zyklons 1 unterhalb seiner Unterlaufdüse 4 und auch gemäß Beispiel noch unterhalb des darunter befindlichen Auffang­ behälters 5 ein Mengenmeßgeber 52 angeordnet, welcher die Austrittsmenge an sich und gegebenenfalls auch ihre Konsi­ stenz wahrnimmt und ein entsprechendes Signal entwickelt. Dieser Mengenmeßgeber 52 als Durchflußmesser, der induktiv oder auch mit Ultraschallmessung arbeiten kann, ist über eine Funktionsverbindung 40 mit dem Regelglied 41 verbun­ den, um die Unterlaufdüse 4 entsprechend einzustellen.

Claims (12)

1. Hydraulischer Zentrifugalabscheider, insbesondere als Hydrozyklon, zur Aufbereitung von Schlämmen und Abwäs­ sern, insbesondere für die Abtrennung von Verunreini­ gungsstoffen, mit einem im oberen Bereich angeordneten Einlaß, einer Austrittsöffnung und einer am unteren ko­ nischen Ende angeordneten anpassungsfähigen Unterlauf­ düse, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Unterlaufdüse (4) einstellbar ist und eine Einstellung des Querschnittes der Unterlaufdüse (4) in Abhängigkeit vom Volumenanteil der abzutrennenden Stoffe vorgesehen ist.

2. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einstellung der Unterlaufdüse (4) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Bedingung, und zwar insbesondere von den Inhaltsstoffen des eingetragenen Mediums.

3. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 oder 2 in einer Aufbereitungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mengenmeßgeber (52) für die Querschnittseinstel­ lung der Unterlaufdüse (4) an einer Aufbereitungsstrecke unter dem Hydrozyklon (1) angeordnet ist und in Ab­ hängigkeit von der Ablaufgeschwindigkeit der Inhalts­ stoffe steuerbar ist.

4. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Wand­ teil (22) der Unterlaufdüse (4) innen ein flexibler, insbesondere elastischer Balg bzw. mantelartiger Wand­ teil (20) vorgesehen ist, der durch ein Druckmittel aufblähbar ist, wobei ein Bereich der größten Aufbläh­ barkeit an der Düsenaustrittsöffnung (4) vorgesehen ist.

5. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible, insbesondere elastische Wandteil (20) einen konischen Gehäuseab­ schnitt zur Austrittsöffnung hin auch oberhalb der Düse (4) überdeckt und über die Länge des Gehäuseabschnittes von diesem durch ein Druckmittel abhebbar ist.

6. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandteil (20) über seine Höhe mit Abstand von der Unterlaufdüse (4) verschiedene Wandstärke aufweist.

7. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das austrittsseiti­ ge Ende (53) des Wandteils (20) eine an den unteren Rand (54) des Gehäuseabschnittes innen anlegbare Stufe (55) aufweist und neben der Stufe um diesen unteren Rand zurückfaltbar ist, wobei sich an die Stufe nach innen ein im wesentlichen senkrecht zum Rand (54) der Austrittsöffnung erstreckender, verstärkter Wandteil­ abschnitt (57) anschließt, der eine Austrittsöffnungs- Begrenzung im Übergang in einen abgekrümmten, dünneren Wandteilverlauf bildet.

8. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb des vom flexiblen Wandteil (20) gebildeten Balges ein hydrau­ lisches Druckmittel vorgesehen ist.

9. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein pneumatisches Druckpolster zur Betätigung des Balges.

10. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Druckmit­ tel an einem nachgiebigen Widerlager (28, 31) abge­ stützt ist, insbesondere an einem Luftpolster.

11. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Widerlager eine Steuermembrane (31) ist.

12. Hydraulischer Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Druck­ mittel-Speicherbehälter (25) und den Anschluß des Druckmittel-Speicherbehälters (25) an eine Trennungs­ anlage zur Abscheidung fester von flüssigen Bestand­ teilen, wobei der Austrittsquerschnitt der Unterlauf­ düse (4) in Abhängigkeit von der Menge und Beschaf­ fenheit der Inhaltsstoffe der aufzubereitenden Schläm­ me und Abwässer veränderbar ist.