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Hydrozyklon

Hydrozyklone sind Fliehkraftabscheider für Flüssiggemische. Mit Hydrozyklonen werden in Suspensionen enthaltene Feststoffpartikel abgetrennt oder klassiert. Ebenso werden Emulsionen getrennt, wie z. B. Öl-Wasser-Gemische.

Aufbau

Von Sonderformen abgesehen besteht ein Hydrozyklon aus folgenden Teilen:

  • dem oberen, zylindrischen Segment mit dem
  • tangentialen Zulauf,
  • dem unteren, konischen Segment mit der
  • Unterlauf- oder Apexdüse und
  • dem Vortex-Finder (bzw. der Oberlaufdüse), in Form eines Tauchrohres, welches axial, von oben in das Innere des Zyklons ragt.

Die Bezeichnungen „oben“ und „unten“ gehen in diesem Fall vom Unterlauf (spezifisch schwerere Fraktion) und dem Oberlauf (spezifisch leichtere Fraktion) aus. Die tatsächliche Positionierung eines Hydrozyklons ist davon jedoch weitestgehend unabhängig, so finden durchaus auch horizontal eingebaute Hydrozyklone Anwendung.

Funktionsweise

Durch den tangentialen Eintritt in das zylindrische Segment wird die Flüssigkeit auf eine Kreisbahn gezwungen und strömt in einem abwärtsgerichteten Wirbel nach unten. Durch die Verjüngung im konischen Segment kommt es zu einer Verdrängung von Volumen nach innen und zu einem Aufstau im unteren Bereich des Konus, was zur Bildung eines inneren, aufwärtsgerichteten Wirbels führt, der durch den Vortex-Finder bzw. die Oberlauföffnung entweicht. Ziel ist die Abscheidung der spezifisch schwereren Fraktion (z. B. Feststoff) an der Wand des Zyklons und somit der Austrag durch den Unterlauf, während die spezifisch leichtere Fraktion durch den Oberlauf entweicht.

Die vorherrschenden Strömungen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten sind somit:

  • die vertikale Strömungsgeschwindigkeit, die im äußeren Bereich nach unten und im inneren Bereich nach oben gerichtet ist. Sie führt Materiale somit entweder der Ober- oder der Unterlauföffnung zu. Der Bereich oder die Fläche, in der die vertikale Geschwindigkeitskomponente gleich „null“ ist, wird als „locus of zero vertikal velocity“ (LZVV auch mantle) oder conical classification surface bezeichnet.
  • die tangentiale Strömungsgeschwindigkeit der Kreisbahn, die anders als bei einer Festkörperrotation (Wirbelströmung), mit sinkendem Radius zunimmt. Die tangentiale Geschwindigkeit ist verantwortlich für die wirkende Fliehkraft.
  • Und die radiale Strömungsgeschwindigkeit, welche durch die Verdrängung von Volumen nach innen entsteht. Die durch sie wirkende Strömungskraft wirkt entgegen der Fliehkraft.

Anwendung in der Geothermie

In der Geothermie werden Hydrozyklone in der Tiefbohrtechnik angewendet und zwar zur Aufbereitung der Bohrspülung. Während grobe Feststoffanteile der Spülung durch Filter entnommen werden können, werden zur Entnahme feiner Anteil Hydrozyklonen eingesetzt..

Weblinks

https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrozyklon

Video

https://www.youtube.com/watch?v=4w8zVpcGEsQ

zuletzt bearbeitet September 2020