KR890000527B1 - 유체 분리방법 및 사이클론 분리기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유체 분리방법 및 사이클론 분리기

제1도는 본 발명의 일예에 따른 하이드로사이클론 분위기의 단면도.

제2도는 제1도 분리기의 중앙선의 일측부에서의 유선패턴과 입자흐름 통로의 도식도.

제3도는 본 발명의 다른 예에 따른 하이드로사이클론 분리기의 단면도.

제4도는 본 발명의 또 다른 예에 따른 분리기의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 사이클로 분위기 5 : 안정기

7 : 도입구 11, 15, 37, 41, 45, 51 : 배출관

13, 33, 43, 49 : 배출실 55 : 세정수 도입관

본 발명은 유체내에 함유된 입상물질을 그 유체로부터 사이클론 분리하는 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 사이클론 분리기에 관한 것이다.

여기서, "입자"란 용어는 고체입자 뿐만 아니라, 액체의 작은 물방울(droplet), 기체거품(bubble), 및 고체, 액체 및 기체입자들의 혼합물을 포함한다. 따라서, 유체에 함유된 공기 및 섬유들뿐만 아니라, 잉크, 고무, 또는 간혹 "점착물(stickies)"로 불리는 다른 부착물과 같은 불순물들을 그 유체로부터 분리하는 것이 가능하다.

본 발명의 목적은, 유체로부터 입상물질을 효과적으로 분리하기 위한 방법 및 원추형 하이드로사이클론(hydrocyclone) 분리기를 제공하는데 있다.

그 입자들은 "밀도가 높은"(dense) 또는 "가벼운"(light)것으로 불릴 수 있으며, "밀도가 높은"입자들이란, 그들이 떠있는 유체의 밀도 보다 큰 밀도를 가지는 입자들을 말하며, "가벼운"입자들이란, 유체의 밀도보다 작은 밀도를 가지는 입자들을 말한다. 그 입자들의 크기범위는 세정 시스템내 사이클론의 상류, 즉 그의 앞에 배치된 장치에 의해, 그리고 그 사이클론의 칫수에 의해 통상 제한된다. 본 발명의 적용되는 유체는 물에 현탁된 고체 입자들을 함유하는 펄프재료를 제조하는데 사용되는 액체이다. 이후, 본 발명을 그러한 펄프재료를 제조하는 것을 참조하여 설명한다. 물 밀도가 그에 용해된 고형분들에 의해 변경되지 않는한, 그러한 펄프재료내 가벼운 입자들은 통상 1g/cm₃이하의 밀도를 가지며, 밀도가 높은 입자들은 1g/cm₃보다 큰 밀도를 가진다.

1g/cm₃보다 훨씬 크거나 그보다 훨씬 작은 밀도를 가지는 입자들을 분리하는 것은 대개 어렵지 않으나, 비중이 1g/cm₃에 가까운 경우에는 입자들이 느리게 분리되며, 고압과 다단계 작동을 요한다. 이것은 장비와 에너지의 관점에서 많은 비용이 든다.

사이클론 분리기들중 가장 통상적인 형태에서, 분리된 분류물(fraction)을 위한 배출구들 중 적어도 하나가 도입구에 밀접히, 간혹, 장치의 상부쪽에 위치된다. 그러한 배치는 역 와동(reverse vortex) 작용으로 일정 불변하게 작동하고, 액체가 처음에는 나선 통로에서 장치를 통해 하방으로 통과하면서 처리되고, 분류물은 원래의 나선 통로 내에서 상방으로, 즉 역방향으로 흐른다.

또한, 통상의 사이클론 분리기들에서, 저부(즉, 공급부의 반대측 단부)에서 추출되는 분류물들은 반경방향, 원주방향 또는 접선방향으로 배출되는 것이 보통이다. 그 분류물들은 장체내로 들어가는 유체의 유선(streamline)을 가로지르는 분리된 입자들을 포함한다. 이러한 단점을 제거 또는 경감시키는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명에 따라, 입상물질을 함유하는 유체를 공심(air-cored)사이클론 분리기의 상부에 공급하고 그 분리기의 저부의 배출구들에서 2개이상의 분류물들로 추출하여 상기 유체를 다수의 분류물들로 분리하는 유체분리방법에 있어서, 그 유체가 분리기내에서 강제로 일방적인 흐름을 취하도록 하고, 각 분류물이 분리기의 저부에 인접한 지역에서 추출되고, 그 분류물들중 적어도 하나가 축방향으로 추출되는 것을 특징으로 하는 유체분리방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따라, 공급된 유체를 각기 다른 밀도의 여러가지 분류물들로 분리시키기 위한 사이클론 분리기에 있어서, 유체 도입구만이 단일방향 공심 사이클론의 상부지역에 설치되고, 분류물들 각각에 하나씩 다수의 배출구들이 상기 도입구에서 먼쪽의 분리기 하부지역에 설치되어 그 하부지역에서 다수의 분류물들을 추출하도록 하고, 상기 배출구들중 하나가 분리기로부터 축방향 하방으로 연장하도록 배치된 것을 특징으로 하는 사이클론 분리기가 제공된다.

본 발명의 일예에서, 공심(air core)을 가진 원추형 사이클론이 입자 함유 액체에 형성되고, 그 사이클론에의 모든 공급물이 적어도 2개의 별도의 배출물 흐름들로 그 사이클론의 정점(apex), 즉, 저부에서 배출된다. 그 배출물내 입자 함량은 사이클론의 작동 형태와 공급물내 입자 함량에 좌우된다. 그리하여, 2개의 별도의 배출물 흐름들이 추출되고, 그 배출물들중 하나가 사이클론의 정점에 인접한 공심의 지역으로부터 취해진 공급물중 10%의 분류물일때, 그 10%분류물은 가벼운 입자들을 비교적 많이 함유하나, 그 나머지는 가벼운 입자들을 비교적 적게 함유한다. 한편, 10%분류물이 사이클론의 정점의 사이클론 측부 경계에서 취해진때, 그 10%분류물은 무거운 입자들을 비교적 많이 함유하나, 그 나머지는 무거운 입자들을 비교적 적게 함유한다. 또한, 3개의 별도의 배출물 흐름들이 추출되고 그들중 2개가 사이클론 정점에 인접하여 공심을 둘러싸는 지역과, 사이클론 정점의 사이클론 측부 경계에서 각각 취해지는 경우, 나머지는 가벼운 입자들과 밀도가 높은 입자들 모두를 비교적 적게 함유하고, 따라서 더 순수하게 된다.

그리하여, 본 발명에 따른 원추형 하이드로사이클론 분리기에서는, 분리기의 저부에 2, 3 또는 그 이상의 배출구들이 제공될 수 있다.

액체의 사이클론 내의 함유입자들이 그 입자들을 액체 사이클론의 특정지역에 집중시키고 그 입자들의 원래의 유선들을 가로지르는 것을 방지하는 경향이 있는 통로들을 따라 흐르게 하는 작용에 의해 분리가 수행된다.

특정 비중의 입자들이 함유된 사이클론에서는 그 입자들은 그들이 분리기에 들어간 후의 처음의 유체 유선에서 벗어나지만, 가벼운 입자도 무거운 입자도 그들의 각 배출구에 도달할 때까지 그 유선들을 가로지르지 않고 특정 배출구의 쪽으로 이동한다.

실제에는, 입자 함유 액체들이 파이프 및 도입구를 통해 분리기내로 대체로 접선적으로 도입된다. 그 도입구의 단면형태 및 도입 각도는 분리기내 흐름 조건들을 최적화하도록 선택된다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

본 발명은 작은 각도의 원추형, 또는 사실상 원추형, 또는 원통형의 사이클론 분리기 어느것에도 적용 가능하다.

제1도에서, 전체적으로 번호(1)로 나타낸 분리기는 도입된 액체를 2개의 분류물(fraction), 즉, 가벼운 폐기(reject)흐름(X)와 허용(accept)흐름(Y)로 분리하도록 설계된 작은 각도 원추형의 사이클론 분리기이며, 상기 양 흐름들은 분리기의 저단부에서 배출된다. 이 분리기는 정확히 원추형이 아니어도 좋으며, 예를들어, 회전축에 대하여 볼록하게 또는 오목하게 약간 만곡된 선의 회전 표면형태이어도 좋다. 이 분리기는 원추형용기(3)을 포함하여, 그 용기의 상부에는, 분리될 입자들을 함유한 도입유체(A)를 압력하에 접선방향으로 주입하기 위한 도입구(7)이 설치되어 있다. 그 공급된 액체는 중앙에 위치된 대략 원추형의 안정기(stabiliser)(5)를 돌아흐른다. 그 안정기의 꼭대기는 분리기내로 상당히 연장하여 있어, 후술되는 바와같이 회전 와동(vortex)의 정도를 조절한다.

도입구(7)은 모든 배출구들로부터 멀리(즉, 분리기의 반대측 단부에)위치되어 있다. 도입구(7)을 통해 공급된 액체는 중앙에 공심(9)(제2도)을 가지는 단일방향 흐름 사이클론을 형성하는데 충분한 속도로 분리기 내에서 소용돌이 친다. 가벼운 폐기흐름(X)를 구성하는 액체의 하나의 분류물은 저부 배출관(11)을 통해 분리기로부터 축방향으로 제거된다. 그 배출관은 그의 축방향 위치가 공심에 밀접히 그리고 사이클론 정점에 가까이 조정 가능할 수 있다. 반면에, "허용"흐름(Y)를 구성하는 나머지는 배출실(13)내로 통과하고, 그 배출실로부터 그 액체는 허용 가능한 분류물로서 배출관(15)를 통해 분리기에서 배출된다. 도입구가 모든 배출구들로부터 멀리 떨어져 분리기의 상부에 위치되고, 분리된 분류물들중 하나가 사이클론 정접에 가까운 지역으로부터 분기리의 저부에서 축방향으로 추출되는 것이 본 발명의 중요한 특징이다.

이 예에서 도입 액체가 가벼운 입자와 무거운 입자 모두를 함유하는 경우에는, 그 무거운 입자들이 허용흐름(Y)의 일부를 형성하고 가벼운 입자들만이 가벼운 페기흐름(X)에 함유된다. 제2도에서, 각 구성 유선(A')내 가벼운 입자들과 무거운 입자들은 점선으로 나타낸 각기 다른 통로(21, 23)을 따라 흐르는 것을 볼 수 있다. 그 입자들은 처음 공급시의 유선(A')에서 벗어나고, 그들이 각 분류물들로 분리될때 그 유선을 가로지르지 않는다. 가벼운 입자들은 통로(21)을 따라 공심(9)쪽 내측으로 이동하고, 무거운 입자들은 통로(23)을 따라 분리기의 벽쪽으로 이동하며, 그리하여 중간 유선들에는 입자들이 없게 된다.

그 사이클론의 외측 지역에서의 흐름은 통상의 원추형 사이클론 분리기에서 형성되는 것과 유사하다. 그 통상의 분리기에서는 허용 가능한 부분(즉, 상대적으로 무거운 입자) 및 간혹 폐기부분(상대적으로 가벼운 입자)이 배출구에서 인접한 원추형용기의 상부지역의 와동 관찰기(finder)에 의해 제거된다. 유사하게, 상기 흐름은 상당한 회전 와동과 간혹 약한 2차 와동으로 주로 구성되지만, 이 예에서는, 폐기흐름(X)와 허용흐름(Y)가 저부에서 추출된다는 것과, 그 분류물들이 축방향으로 추출된다는 사실에 기인하여 하향흐름이 형성된다. 그리하여, 통상적으로 형성된 회전 와동이 상향흐름, 즉, 역류없는 단일방향 흐름을 형성하도록 작용하는 사이클론내로 끌려 내려간다.

배출관(11)을 통과하는 폐기흐름(X)의 양을 알면 각종 크기의 입자들의 분리 정도가 계산될 수 있다. 밀도가 높은 입자들은 그들이 분리기의 측벽에 도달한때 포획되는 것으로 간주된다. 도시된 사이클론은, 밀도가 높은 입자들이 허용흐름(Y)에 포함되는 것이 요구되는 것으로 가정할때 가벼운 입자와 밀도가 높은 입자 모두를 동일하게 잘 처리한다. 이것은, 밀도가 높은 입자들에서 보다 가벼운 입자들에서는 극히 비효과적인 종래의 사이클론 분리기와는 현저히 다른다.

본 발명의 다른 예에따라, 가벼운 폐기흐름(X)와 허용흐름(Y)외에, 밀도가 높은 입자들이 비교적 풍부한 또 다른 폐기흐름(즉, 무거운 폐기흐름)(Z)가 사이클론의 측부 경계에서 추출되도록 3가지 배출분류물들을 형성하기 위한 제3도에 도시된 바와같은 구조가 제공된다. 가벼운 폐기흐름과 무거운 폐기흐름 모두를 제거한 후 보다 순수한 품질의 허용흐름(Y)가 얻어진다.

제3도의 예에서, 분리기의 저부는, 환형구멍 또는 일련의 슬로트들 또는 구멍들 형태의 배출구(35)에 의해 사이클론의 정점에 인접한 지역과 통하여 있고 또한 배출관(37)과 통하여 있는 제1배출실(33)을 제공하는 부재(31)로 형성되어 있다. 전술한 바와같이, 농후한, 즉 밀도가 높은 입자들은 분리기의 벽쪽으로 이동하고, 그리하여, 분리기의 원추형 벽에서의 액체흐름이 배출구(35)를 통해 배출실(33)내로 통과한 다음, 배출관(37)을 통과함에 의해 무거운 폐기흐름(Z)로 제거된다. 배출관(37)은 제거되는 전체의 무거운 폐기흐름(Z)의 양을 변경할 수 있게 하는 밸브(도시안됨)를 구비하고 있다.

제1도의 예에서와 같이, 가벼운 폐기흐름(X)는 배출관(41)을 통해 제거된다. 그 배출관(41)의 상단부는 분리기의 원추의 정점의 공심지역에 위치된다. 한편, 허용흐름(Y)는 배출관(41)주위를 지나 부재(31)내에 제공된 또 다른 배출실(43)내로 통과한다. 배출실(43)은 배출실(33)과 유사하지만 그보다 더 크고, 배출관(45)와 통하여 있다. 그 배출관(45)에도 허용흐름(Y)의 유량을 변동시킬 수 있게 하는 밸브(도시안됨)가 설치되어 있다. 부재(31)은 별도로 형성된 부재일수 있고, 링 또는 나사홈에 의해 분리기의 몸체부에 접속될 수 있게 되어 있으며, 그리하여, 그 부재의 축방향 위치를 변경시켜 상부의 배출실 내로 통과하는 흐름의 비율을 약간 변경할 수 있게 되어있다. 마찬가지로, 가벼운 폐기흐름을 위한 배출관(41)도 그의 축방향위치가 조정 가능하도록 배치될 수도 있다.

모든 도입구들이 분리기의 상부에 위치하고 저부의 3개의 배출구들로부터 매우 멀리 떨어져 있는 것이 중요하다. 그 배출구들은 그들의 각 분류물들을 분리기 원추의 정점지역으로부터 수집하며, 그 분류물들중 하나, 즉, 가벼운 폐기흐름(X)는 분리기의 축방향으로 배출된다. 이 분리기 역시 단일방향흐름을 형성하고 역류(상향흐름)이 형성되지 않는다.

제4도에 도시된 예에서는, 단지 2개의 분류물들만이 얻어지지만, 제1도의 구조와 대조적으로 여기서는 가벼운 입자들이 허용흐름의 일부를 형성한다. 하나의 배출구는 무거운 폐기흐름(Z)를 위한 것이고, 다른 하나의 배출구는 분리기를 통한 흐름의 균형을 이루고 가벼운 입자들을 함유하는 허용흐름(Y)를 위한 것이다. 그 양 배출구들은 도입구로부터 먼쪽에서 분리기 저부에 위치하며 분리기의 정점지역으로부터 분류물들을 취하며, 그 분류물들중 하나(이 경우, 허용 흐름(Y))는 분리기의 축방향으로 추출된다. 이 예에서, 분리기는 원추형 몸체부의 정점에 인접한 그의 벽의 환형구멍을 통해 사이클론의 원추부분과 통하여 있는 배출실(49)를 포함한 부재(47)을 구비하고 있다. 배출실(49)는 밸브(도시안됨)를 가진 배출관(51)을 구비하고 있고, 제3도의 배출실(33)과 같이 무거운 폐기흐름(Z)의 배출물을 수용한다.

부재(47)의 원추형부분(53)의 형태 및 경우에 따라 환형구멍 또는 슬로트들의 저면을 제공하는 제3도에 도시된 상응하는 부분의 형태는 막힘을 방지하는데 최적으로 되도록 변경될 수 있고, 예를들어 원추형부분(53)의 정점의 각도를 도시된 것과 다르게 형성할 수도 있다. 유사하게, 제3도의 예에서도 상응하는 부분의 유사한 변경이 행해질 수 있다.

부재(47)은 또한, 폐기흐름(Z)를 세정하도록 배출실(49)의 상부에 인접히 그 배출실내로 물을 접선방향으로 주입하는 도입관(55)을 가지고 있다.

부재(47)은 제3도의 상응하는 부재와 같이, 축방향으로 조정 가능하도록 설치되는 별도로 형성된 부품일 수 있고, 배출관(37, 45 및 51)은 제3 및 4도에 도시된 바와같이 적당한 배출실들에 반경방향 또는 접선방향으로 연결되어도 좋다.

가벼운 폐기흐름을 추출하기 위한 내측 와동 관찰기와 허용흐름을 추출하기 위한 외측 와동 관찰기를 가지며 양 관찰기들이 분리기의 원추형 용기의 넓은 단부에 위치된 종래의 분리기들의 작동에 있어서, 유선에서 벗어난 가벼운 입자들은 배출구까지의 그들의 궤도의 유선을 가로질러 이동함을 볼 수 있다.

또한, 종래의 사이클론들내로 들어가는 유체의 약간은 와동 관찰기들내로 직접 흘러 사이클론 작용을 받지 않고 분리기 밖으로 나온다. 이러한 작용이 "단락(short circuiting)" 또는 "누출"이라 불린다. 이러한 작용들은 사이클론의 효율을 감소시킨다. 본 발명에서는 그러한 작용이 일어나지 않는다. 첫번째 작용은 사이클론을 통해 상방으로의 흐름(즉, 역류)가 일어나지 않는 것에 의해 방지되고, 두번째 작용은 배출구가 도입구의 반대측 분리기 단부에 위치되는 것에 의해 방지된다.

도시된 예의 사이클론들은 유사한 에너지 소비 수준에서 측정했을때 종래의 것에서 달성되는 것보다 상당히 우수한 분리 작용을 행한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 폐기액체흐름이 상당히 낮아서, 종이펄프 현탁액의 세정에서 섬유질의 폐기율이 낮게된다.

Claims (15)

1. 입상물질을 함유하는 유체(A)를 공심 사이클론 분리기(1)의 상부에 공급하여 다수의 분류물들로 상기 유체를 분리하는 방법에 있어서, 상기 유체가 분리기내에서 강제로 단일방향흐름을 취하게 하고, 분리후, 도입구에서 멀리 떨어져 위치된 배출구들을 통해 분리기 저부에 인접한 지역으로부터 2이상의 분리된 분류물들(X, Y)로 추출되며, 그 분리된 분류물들중 하나(X)가 분리기의 축방향으로 추출되는 것을 특징으로 하는 유체 분리방법.
2. 제1항에 있어서, 도입유체가 분리기내로의 도입후 안정화 되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 도입 유체(A)보다 밀도가 낮은 가벼운 폐기분류물(X)이 축방향으로 추출되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 제1 또는 제2항에 있어서, 도입유체(A)보다 밀도가 낮은 허용분류물(Y)이 축방향으로 추출되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 제1항에 있어서, 입자들이 도입유체(A)의 유선(A')으로부터 분리된후, 멀리 떨어져 위치된 배출구들 중 하나의 쪽으로 이동할 때, 그 입자들이 강제로 그 유선을 횡단하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제1항에 있어서, 유체가 3개의 분류물들, 즉, 축방향으로 향한 배출구(41)를 통한 추출되는 가벼운 폐기분류물(X)과, 수평으로 향한 배출구들(45, 37) 각각을 통해 추출되는 허용분류물(Y) 및 무거운 폐기분류물(Z)로 분리되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
7. 입상물질을 함유하는 유체를 각기 다른 밀도의 다수의 분류물들로 분리하기 위한 사이클론 분리기에 있어서, 유체 도입구(7)만이 단일방향 공심 사이클론 분리기(1)의 상부지역에 제공되고, 분류물들 각각에 하나씩 다수의 배출구들이 도입구(7)로부터 먼쪽의 분리기 하부지역으로부터 여러개의 분류물들(X, Y, Z)을 추출하도록 그 하부지역에 제공되고, 상기 배출구들중 하나가 분리기로부터 축방향 하방으로 연장하도록 배치된 것을 특징으로 하는 사이클론 분리기.
8. 제7항에 있어서, 안정기(5)가 유체 도입구(7)에 인접히 분리기의 상부지역에 제공된 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
9. 제7항 또는 8항에 있어서, 축방향 연장 배출구(11, 41)가 가벼운 폐기분류물을 위한 것임을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
10. 제7 또는 8항에 있어서, 축방향 연장 배출구가 허용분류물을 위한 것임을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
11. 제7항에 있어서, 허용분류물(Y)의 배출구(15, 45)가 분리기의 하부지역으로부터 수평으로 연장하여 있는 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
12. 제11항에 있어서, 무거운 폐기분류물(Z)의 배출구(37)가 분리기의 하부지역으로부터 수평으로 연장하는 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
13. 제12항에 있어서, 무거운 폐기분류물(Z)이 분리기의 하부지역으로부터 추출될때 그 분류물을 세정하기 위한 수단(55)이 제공된 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
14. 제9항에 있어서, 분리기의 하부지역내 가벼운 폐기분류물(X)의 배출구(11, 41)의 입구위치가 조정 가능하게 된 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.
15. 제7항에 있어서, 분리기의 몸체부가 상부 도입단부로부터, 분리된 분류물 배출구들을 가진 하부 배출단부 쪽으로 내부에서 원추형으로 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 상기 사이클론 분리기.

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