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Die Fasereindickung ist aber auch Ursache
für Begrenzungen in den möglichen
Betriebsbedingungen. Ein Hydrozyklon
funktioniert bei Faserstoffanwendungen
nur, solange eine Fluidisierung des Faserstoffs
durch die Rotation im Cleaner gewährleistet
ist. Kommt die Rotation im
Konus zum Stillstand verstopft der Cleaner.
Die Einschnürung im Konus und eine
am Konusende evtl. befindliche Umlenkung
erlauben kein „Durchpressen“ des
Faserstoffs.
Dieses Phänomen des Zusammenbrechens
der Rotation ist sogar in den meisten
Fällen die Ursache für Betriebsprobleme
am Hydrozyklon. Dagegen sind
Verstopfungen durch einzelne, große Verunreinigungen
im Dünnstoffbereich eher
die Ausnahme.
Zusammenbrechen der Rotation und
Rückströmungen
Wodurch wird ein Zusammenbrechen der
Rotation verursacht? Da Faserstoff ein
viskoses Medium darstellt, muss diesem
laufend Energie zugeführt werden, um die
Rotation im Cleaner aufrecht zu halten.
Je viskoser das Medium – bei Faserstoffen
hat bekanntlich die Stoffdichte einen
sehr großen Einfluss auf die Viskosität –
desto mehr Energie ist hierzu erforderlich.
Im Hydrozyklon wird die Energie ausschließlich
mit der einlaufenden Suspension
zugeführt und durch die an der
Zylinder- und Konuswand entlangführende
Axialströmung nach unten im Hydrozyklon
verteilt (Abb.1).
Fiber Systems
Diese Verteilung ist abhängig von der volumetrischen
Aufteilung des Einlaufvolumenstroms
auf Gutstoff und Reject. Je
geringer der volumetrische Rejectabzug,
desto weniger Energie gelangt in den unteren
Konusbereich. Gerade dort ist aber
auf Grund der Eindickungswirkung des
Hydrozyklons die Stoffdichte und damit
die Viskosität der Suspension am höchsten.
Bei niedrigen Rejectraten kann es daher
zu dem erwähnten Zusammenbrechen
der Rotationsbewegung und folglich zum
Verstopfen des Cleaners kommen.
Der Verbrauch an Bewegungsenergie im
unteren Konusbereich wird noch durch
ein weiteres Phänomen intensiviert. Wie
in Abb. 2 zu erkennen ist, setzt sich das
Grundmuster einer abwärts gerichteten
Strömung entlang der Konuswand und
einer nach oben gerichteten („Rück“-)
Strömung im Wirbelzentrum bis zum Rejectauslass
fort.
Mit dieser Rückströmung gelangt eingedickter
Rejectstoff zurück in den Konus
und erhöht dort den Verbrauch an Bewegungsenergie
nochmals. Darüberhinaus
werden auch Verunreinigungen, welche
bereits abgeschieden waren, wieder mit
nach oben gerissen und können im
schlimmsten Fall sogar bis zum Gutstoff
gelangen.
Das EcoMizer-Konzept
Diese zwei Problemkreise sind es, für
welche das neuentwickelte EcoMizer-Konzept
eine Lösung anbietet. Ausgangspunkt
für die Überlegungen war dabei die
Feststellung, dass der grundlegende Strömungsverlauf
im Hydrozyklon nicht be-
Abb. 1: Verteilung der Axialgeschwindigkeiten in
einem Hydrozyklon (Ergebnis einer numerischen
Simulation mittels Finite-Volumen-Verfahren).
Abb. 2: Rückströmung von eingedicktem Faserstoff
und Verunreinigungen im Wirbelzentrum.
Abb. 3: EcoMizer-Cleaner –
Strömungsverhältnisse am Rejectauslass.
Cleanerkonus
Düse
vax (m/s)
9,65
6,89
4,12
1,36
-1,39
-4,16
-6,92
Rückströmung
13
1
2
3