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Verfahren und Vorrichtung zur Trennung physikalischer Gemische.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausscheidung von festen, tropfbar flüssigen oder gasförmigen Beimengungen aus tropfbar flüssigen oder gasförmigen Gemischträgern (Wasser, Luft), wobei die Beimengung spezifisch schwerer oder leichter als der Gemischträger sein kann, u. zw. erfolgt die Ausscheidung durch die Einwirkung von Fliehkräften auf das Sichtgut.
Es sind als Zyklone"bezeichnete Vorrichtungen zur Ausscheidung von spezifisch schwereren Beimengungen aus Gas-oder Luftstromen bekanntgeworden, bei welchen dem Gemisch durch feststehende gekrümmte Ablenkflächen gekrümmte Bahnen vorgeschrieben werden, auf denen die Massenteilchen unter der Einwirkung von Fliehkräften sich derart ordnen, dass die spezifisch schwereren Teilchen in Richtung der resultierenden Beschleunigung nach aussen zu liegen kommen. Um genügend wirksame Fliehkräfte zu erzeugen, muss der innere Krümmungshalbmesser ri klein gehalten werden. Dem steht aber der Umstand im Wege, dass bei einem unteren kritischen Wert von ri die Strömung sich von der Wand ablöst, was die gefürchteten Hohlraumbildungen und Anfressungen zur Folge hat.
Hiezu kommt, dass diejenigen Teilchen des Sichtgutes, die in der Nähe der inneren Wand in die Kanalkrümmung eintreten, einen gewissen Anlaufweg brauchen, um radial den Weg h zurückzulegen und noch rechtzeitig, d. h. vor der Ausseheideöffnung, die äussere Wand zu erreichen. Hierauf beruht die bekannte Tatsache, dass bei einem konstanten Verhältnis von (h : ra) Grossausführungen von Zyklonen einen schlechteren Wirkungsgrad haben als kleine Modellausführungen.
Wohl sind Vorrichtungen bekannt, die diesem Mangel durch Unterteilung des Gesamtstroms von der Breite h in eine Anzahl von Teilströmen abhelfen wollen, wobei jeder Teilstrom als Zyklon für sich behandelt wird. Dabei entstehen aber sehr verwickelte, leicht verstopfbare, schwer zu reinigende und hohe Strömungswiderstände verursachende Wege und Kammern für das Gemisch und das ausgeschieden Gut.
Kennzeichnend für derartige Zyklone ist, dass die Strömung in denjenigen Teilen, in denen Fliehkräfte wirken, hydrodynamisch in der Hauptsache als "ebenes" Problem anzusprechen ist. Im Gegensatz hiezu wird gemäss der Erfindung eine räumliche Strömung verwendet. Die Erfindung macht dabei von dem bekannten physikalischen Gesetz Gebrauch, dass ein rotierender Strahl, der in seiner Achsenrichtung eingeschnürt wird, eine ausserordentliche Steigerung der Winkelgeschwindigkeit erfährt.
Bezeichnet in der Formel X=f (,- eine von den Zuströmungsbedingungen (Anfangsbe-
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näher ein Masseteilchen an der Strahlmitte liegt, um so grösser ist seine Umfangsgeschwindigkeit.
Die am Masseteilchen von der Masse eins"angreifende Fliehkraft ist 0 = ( : r) = (K2 : r8) ; sie kann also durch Verkleinerung von r auf jeden praktisch wünschenswerten Betrag getrieben werden.
Es sind Vorrichtungen bekannt, die unter Benutzung dieses physikalischen Gesetzes die spezifisch schwereren Teile des Gemisches dadurch ausscheiden, dass der Strahl an der Stelle seiner stärksten Einschnürung an einem Ringspalt oder an Schlitzen vorübergeführt wird. Sofern die auszuscheidenden Teilchen Zeit gefunden haben, vor Eintritt in diesen Querschnitt die äussere Wand zu erreichen, werden sie durch diese Öffnungen den Strahl verlassen, d. h. ausgeschieden. Bei einigermassen nennenswerter axialer Geschwindigkeit t) wird dies aber nur einem kleinen Teil des Sichtgutes gelingen ; der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung muss also von einer gewissen Belastung ab, d. h. von einem kritischen Wert va ab, stark leiden.
Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass man das Gemisch als geraden um seine Achse sich drehenden Strahl durch ein feststehendes Gehäuse hindurchführt, welches
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Gehäuse so bemessen ist, dass die Umgebung des Strahles im Gehäuse wesentlich langsamer umläuft als der Strahl selbst, so dass die spezifisch schwereren Gemischteile durch die Wirkung der Fliehkraft den Strahl verlassen.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens in beispielsweiser Ausführungsform schematisch dargestellt und zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine einfache Ausführungsform, Fig. 2 eine Einzelheit dazu, gleichfalls im Längsschnitt. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform.
Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse A von beliebigem Querschnitt, welches mit einem Einlassstutzen 1 und einer Auslassöffnung 11 versehen ist. In dem Gehäuse A ist eine Querwand W1 eingebaut, welche einen kreisförmigen Ausschnitt 01 besitzt, der an der Austrittsstelle eine Querwand W2 mit einem kleineren Ausschnitt O2 gegenübersteht. Am Behälter A ist ferner ein Stutzen D angebracht, um das abgeschiedene feste Scheidegut abziehen zu können. Im Einlassstutzen 1 ist ein Führungskörper J eingebaut, der durch Leitschaufeln L (s. Fig. 2) in dem Einlassstutzen 1 gehalten wird und als Wirbelkern dient.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist der Einlassstutzen 1 seitlich am Gehäuse A angeordnet, während der Auslassstutzen Il zentral angeordnet ist. In dem Gehäuse A sind eine Anzahl Quer- wände W1, Wz, Wa usw. eingebaut, welche mit in ihrem Durchmesser abgestuften konzentrischen kreisförmigen Ausschnitten O1, 0, Og usw. versehen sind. In dem Gehäuse sind ferner Rippen B angebracht,
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strömungen unterteilen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun die folgende :
Unter der Wirkung eines auf beliebige bekannte Art erzeugten Druckunterschiedes zwischen dem Eintrittsquerschnitt 1 und dem Austrittsquerschnitt 11 des feststehenden Gehäuses A von beliebigem
Querschnitt tritt die zu trennende Mischung, nachdem sie zuvor auf irgendeine bekannte Art in Rotation versetzt wurde, ein. Diese Rotation kann dem Gemisch etwa durch einen Leitapparat L (Fig. 2) aufgezwungen werden, wie er im Kreiselmaschinenbau allgemein bekannt ist. Es kann aber auch der Stutzen 1 (Fig. 3 und 4) als spiralige Einlaufkammer ausgebildet sein.
Infolge der Kontraktion bei der eigentlichen Strahlbildung bei B in Fig. 1 und erforderlichenfalls unterstützt durch einen festen Wirbelkern J nimmt der Strahl eine Gestalt an, wie sie aus der Trombe, Wasserhose oder Windhose genannten Naturerscheinung bekannt ist. Die spezifisch schwereren Teilchen werden aus dem Strahl abgeschleudert und sammeln sich in dem den Strahl umgebenden Gehäuseteil durch Absinken und Absetzen.
Die Wirkung kann wesentlich gesteigert werden, indem das Gehäuse A durch ebene oder gewölbte
Querwände in einzelne Absetzkammern unterteilt wird, wobei diese quer zur Strahlachse gestellten Wände W1, W2, W"usw. (Fig. 3 und 4) passend abgestufte Ausschnitte 0"0"0, usw. hodzentrisch zur Strahlachse aufweisen, derart, dass das Gemisch gezwungen wird, sich auf dem Weg von der Eintrittsstelle zur Austrittsstelle der Achse mehr und mehr zu nähern.
Dem Strahl kann auf diese Weise auch zunächst eine Einschnürung aufgezwungen, daran anschliessend eine Erweiterung gestattet werden. Eine solche an sich bekannte Diffusorwirkung kann wünschenswert werden, um die hohe Geschwindigkeit im engsten Querschnitt schon im Gehäuse wieder teilweise in Druck umzusetzen. Der gleiche Zweck kann natürlich auch erreicht werden, indem der gereinigte Strahl in eine dem Kreiselpumpen-Spiralgehäuse nachgebildete Auslaufkammer geleitet wird.
Die Wirkung kann weiterhin verbessert werden, indem im Gehäuse bzw. in einzelnen oder in allen von den Querwänden tFi, , TPgUsw. gebildeten Absetzkammern in der Längsrichtung angeordnete Rippen eingebaut werden, die eine Umlaufströmung ausserhalb des Strahls verhindern. In der beispielsweisen Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 der beiliegenden Zeichnung sind diese Rippen mit R bezeichnet.
Die Entfernung des Sichtgutes aus dem Gehäuse A bzw. aus den Absetzkammern erfolgt entweder in Pausen durch besondere Entleerungsöffnungen D oder im Dauerbetrieb durch selbsttätige Schleusen, wie sie von den üblichen Zyklonen her bekannt sind.
Zur Verbesserung des Ausscheidungsgrades können mehrere der beschriebenen Vorrichtungen hintereinander geschaltet werden ; eine Parallelschaltung erhöht die Gesamtaufnahmefähigkeit, d. h. die Belastungsmöglichkeit.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Trennung physikalischer Gemische mit tropfbar flüssigen oder gasförmigen Gemischträgern, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch als gerader, um seine Achse sich drehender Strahl durch ein feststehendes Gehäuse hindurchgeführt wird, welches so bemessen ist, dass die Umgebung des Strahles im Gehäuse wesentlich langsamer umläuft als der Strahl selbst, so dass die spezifisch schwereren Gemischteile durch die Einwirkung der Fliehkraft den Strahl verlassen.