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Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von strömungsfähigen, aus einem Trägergas und beigemengten festen, flüssigen oder andern gasförmigen Bestandteilen zusammengesetzten Gemischen.
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zylinderförmiger Zonen. Der spezifisch leichteste Bestandteil des Gemisches strömt am nächsten an der Aussenwand des Körpers entlang, der spezifisch schwerste Bestandteil des Gemisches am weitesten entfernt von der Wand.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren benutzt man diese beiden Erscheinungen, nämlich die Kreisstromung und die Schichtungen nach den Bestandteilen des Gemisches dazu, die Bestandteile strömungsfähiger Gemische voneinander zu trennen. Dies gelingt, wenn man eine zylindrische Hohlwelle verwendet, bei welcher ein Teil ihrer Wand so mit Öffnungen versehen ist, dass die ihr zunächst strömenden spezifisch leichtesten Teile des Gemisches in den Hohlraum der Welle eintreten können. Und zwar erzeugt man, damit dies geschieht, unabhängig von der Drehzahl der Welle einen Unterdruck in dem Hohlraume. Der mit Durchbrechungen versehene Teil der Hohlwelle soll im folgenden "Hohlzylinder" genannt werden.
Die Geschwindigkeit, mit welcher nun die abgetrennten spezifisch leichtesten Gemischteile in den Innenraum des Hohlzylinders infolge des dort erzeugten Unterdruckes hineinströmen, muss bedeutend kleiner als die Geschwindigkeit des um den Hohlzylinder herum erzeugten Mitwindes sein. Dieses Verhältnis zwischen den genannten Geschwindigkeiten muss deshalb bestehen, weil zwecks Erzeugung einer klaren Schichtung in dem Mitwind eine verhältnismässig hohe Geschwindigkeit desselben erzielt werden muss und weil anderseits die direkt um den Hohlzylinder kreisenden spezifisch leichtesten Teile des Gemisches eine verhältnismässig dünne Zone bilden, aus der nur soviel Teile entnommen werden können, als frische Bestandteile dieser Zone sich bilden. Das bedingt, dass aber auch die Saugkraft unabhängig von der Drehzahl des Hohlzylinders eingestellt werden muss.
Je ähnlicher die spezifischen Gewichte der zu trennenden Gemischbestandteile einander sind, desto höher muss die anzuwendende Umlaufgeschwindigkeit und um so geringer die Absauggeschwindigkeit sein. Allgemeingültige Masszahlen lassen sich für diese Geschwindigkeiten nicht angeben, sondern der Hersteller und der Benutzer der zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienenden Einrichtung müssen von Fall zu Fall für die Art des zu trennenden Gemisches in der jedem Fachmann bekannten Weise durch Versuche und Probeentnahmen ermitteln, wie gross die Geschwindigkeiten sein müssen, damit der gewünschte Zweck erreicht wird. Zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdruckes in dem Innenraum des Hohlzylinders können die Gemischteile aus diesem in Richtung der Drehachse des Hohlzylinders durch Absaugung herausgeführt werden.
Aber nicht nur ausserhalb des Hohlzylinders, sondern auch innerhalb desselben bildet sich infolge von dessen Umlauf ein Mitwind aus, der auch zu einer Schichtung der Gemischteile im Innenraum des Hohlzylinders führt, sofern diese Gemischteile verschiedene spezifische Gewichte besitzen. Ist dies der Fall, dann werden die spezifisch schwersten Teile im Innenraum des Hohlzylinders an der Wand des Hohlraumes entlangkreisen. Wenn man nun nur die in der Nähe der Längsachse des Hohlraumes strömenden Gemischteile absaugt, dann erreicht man mittels eines einzigen Hohlzylinders also eine doppelte Trennung der Gemischbestandteile.
Die erste Trennung erfolgt durch das Hineinsaugen von Gemischteilen durch die Öffnungen in den Wandungen des Hohlzylinders. Die zweite Trennung erfolgt durch das Heraussaugen von Gemischteilen in der Zone, die die Längsachse des Hohlzylinders umgibt.
Zusammengefasst besteht also das neue Verfahren in folgenden Schritten :
Es wird in der umlaufenden Gemischströmung durch einen sowohl aussen als auch innen eine glatte Oberfläche aufweisenden, mit regelbarer Drehzahl umlaufenden Hohlzylinder eine Zonenbildung hervorgerufen und es werden unabhängig von der Drehzahl des Hohlzylinders mindestens der leichteste Gemischteil oder auch weitere diesen benachbarte Gemischteile durch Öffnungen in der zylindrischen Wand mittels eines Unterdruckes im Hohlraum, entgegen der Fliehkraft in das Innere des Hohlzylinders abgesaugt. Dieses Verfahren kann eine weitere Verbesserung dadurch erfahren, dass das den Hohlzylinder umgebende strömungsfähige Gemisch einem gegenüber einzelnen oder mehreren Bestandteilen des Gemisches aktiven Stoff ausgesetzt wird.
Dieser Stoff kann auf der Innenfläche eines das Gemisch umgebenden Behälters angebracht sein ; es ist aber auch möglich, einen derartigen Stoff auf den Wandungen des Hohlzylinders anzubringen oder den Hohlzylinder vollständig aus einem derartigen Stoff herzustellen.
Sämtliche Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wirken unter Benutzung eines an sich bekannten drehbaren Hohlzylinders, dessen glatte Wandungen mit Durchlasskanälen versehen sind. Erfindungsgemäss sind die Hohlzylinder mit ihrem Innenraum an eine Absaugevorriehtung angeschlossen, die unabhängig von der Antriebsvorrichtung des Hohlzylinders wirkt. Ausserdem ist die Umgebung des Hohlzylinders so beschaffen, dass sie Raum für die Ausbildung eines Mitwindes mit schichtweise nach aussen steigender Dichte lässt. Der Hohlzylinder kann ferner einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Im letzten Falle ist der den Hohlzylinder umgebende Raum unterteilt. Die Mittel zur Erzeugung des Unterdruckes können aus einer Pumpe bestehen, die die leichteren-Bestandteile des Gemisches in axialer Richtung aus dem Hohlzylinder absaugt.
Es kann aber auch allein oder zusätzlich eine Beschaufelung am Hohlzylinder angeordnet sein, die ebenfalls einen Unterdruck im Innern des Hohlzylinders erzeugt und deren Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Hohlzylinders reguliert werden oder deren Wirksamkeit in einer an sich bekannten Weise auf die Eigenschaften des Gasgemisches abgestimmt werden kann.
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mit einem Schlagkreuz und Schlagkorb vorgesehen werden. Eine derartige Vorrichtung kann zweckmässig zur Verarbeitung eines Materials dienen, das vor der Trennung in seine Bestandteile zerkleinert werden muss.
Dem Fachmann muss es überlassen bleiben, in der Praxis für die verschiedenen Anwendungsfälle in der üblichen Weise durch Versuche und Probeentnahmen die Grösse des Innen-und Aussendurchmessers des Hohlzylinders zu ermitteln und welcher Art und Zahl seine Durchbrechungen sein müssen, damit der gewünschte Reinheitsgrad der Gemisehteile erreicht wird.
Der umlaufende Hohlzylinder und die Organe, welche bei den zum Ausführen des erfindungsgemässen Verfahrens bestimmten Einrichtungen verwendet werden, sind deshalb so ausgebildet, dass die Erzeugung des Mitwindes in der Hauptsache durch Reibung erfolgt. Deshalb ist unmittelbar an der Wand des Hohlzylinders die Umlaufgeschwindigkeit des Gemisches am grössten.
Durch das voneinander unabhängige Gegenspiel der Fliehkraft und der Absaugung wird der Abwanderungsweg des Gemisches in sehr feinfühliger Weise beeinflusst und deshalb ist die Trennwirkung, welche durch das erfindungsgemässe Verfahren auf das Gemisch ausgeübt wird, erheblich besser als die Trennwirkung der Zentrifugalkraft bei dem bisher bekanntgewordenen Entstaubungsverfahren.
In den Zeichnungen sind mehrere Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt eine derartige Vorrichtung in einer allgemeinen Grundform. Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine Vorrichtung, bei der das Verfahren mit Hilfe einer einzigen Gasleitung ausgeführt wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung, die als Trennschleuder ausgebildet ist. Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung mit einem mehrstufig ausgebildeten Hohlzylinder. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung, die gleichzeitig zur Zerkleinerung des Arbeitsgutes dient.
Die Fig. 1 stellt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in einer allgemeinen Grundform dar. Der mit aussen und innen glatten Wandungen versehene Hohlzylinder ist an einem Ende geschlossen und geht am andern Ende in eine mit Öffnungen versehene Hohlwelle von kleinerem Durchmesser über, die von einem an eine Absaugevorrichtung angeschlossenen Behälter umgeben ist. Der Hohlzylinder a ist an die Hohlwelle b eines Motors c angeschlossen. d ist eine Abdichtung zwischen dieser Hohlwelle b und dem Saugstutzen e einer Gasfördervorrichtung i. Der Austrittskanal g der Fördervorrichtung führt in einen Behälter h, der zur Sammlung der ausgeschiedenen Bestandteile des Gemisches dient. Der Hohlzylinder a taucht in das zu trennende Gemisch ein, gleichgültig, ob sich dieses in einem Behälter oder im Freien befindet.
Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der das Verfahren mit Hilfe einer einzigen Gasleitung ausgeführt wird.
Der mit Öffnungen 2 a versehene Hohlzylinder 1 a ist an seinem einen Ende geschlossen. An seinem andern Ende geht er in eine Hohlwelle 1 b kleineren Durchmessers über, die von einem Behälter 3a umgeben ist. Der Behälter 3 a ist sowohl oben wie unten durch Stopfbüchsen 3 b und 3 c abgedichtet. Die Hohlwelle ist im Innern des Behälters 3 a als Hohlzylinder mit glatten mit Öffnungen versehenen Wandungen ausgebildet und wird mit dem Hohlzylinder 1 a in Umdrehung versetzt. Die Teile des zu trennenden Gemisches sollen im Richtungssinn der angedeuteten Teile strömen. Zunächst strömen die Gemischteile in den Hohlzylinder ein, um durch Öffnungen in der Hohlwelle auszutreten. Zum
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sie mit einem Motor 4 b verbunden ist. Die Saugkraft der Gasabsaugevorrichtung 5 b kann man durch bekannte Mittel regeln.
Anderseits ist die Leistung und Umlaufgeschwindigkeit des Motors 4 b unabhängig von der Gasabsaugevorrichtung in weiten Grenzen regelbar.
Die Umdrehung des Hohlzylinders 1 a bewirkt, dass die in seiner Nähe befindlichen Gemischteilchen die Umdrehung um seine Längsachse herum mitmachen müssen. Sie werden daher einem Fliehkraftfeld ausgesetzt, das sie von dem Hohlzylinder nach aussen hin wegtreibt, also entgegengesetzt zur Saugströmung, die sie nach der Umdrehungsachse des Hohlzylinders hin zu fördern strebt. Das Fliehkraftfeld herrscht dabei nicht nur im Innern des Hohlzylinders 1 a und in den Öffnungen 2 a seiner Wandungen, sondern reicht über die äussere Fläche so weit hinaus, wie die Umdrehung des Hohlzylinders noch merklichen Mitwind erzeugt.
Der Hohlzylinder 1 a soll hiebei im wesentlichen durch Reibung seine Drehung auf das ihn umgebende Gemisch übertragen, so dass in diesem eine rein laminare umlaufende Strömung entsteht, also ein um den Hohlzylinder umlaufender Gasmantel, der gemäss seiner Natur als Mitwind sehr stabilen Charakter hat. Die Dauer der Einwirkung des Fliehkraftfeldes auf die Teile des Gemisches regelt man durch Regelung der von der Gasabsaugevorriehtung 5 b verursachten Strömungsgeschwindigkeit der Gemischteile in der Einrichtung.
Bei einem zweiten Beispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens ist die Anwendung des Hohlzylinders nach der Erfindung in einer Trennschleuder gezeigt. Diese zweite Ausführungsform lässt sich an Hand der Fig. 3 und 4 folgendermassen beschreiben :
Der Hohlzylinder läuft in zwei durch eine Wand getrennte Kammern eines Behälters um. Von diesen Kammern besitzt die untere Kammer eine Einlassöffnung für das eintretende Gemisch und eine
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Auslassöffnung für die schwere Phase desselben, während die obere Kammer an einen Auslassraum angeschlossen ist, wobei der in der oberen Kammer umlaufende Teil des Hohlzylinders eine Beschaufelung aufweist. In der Fig. 3 ist der mit 1 bezeichnete Teil der Behälter mit dem Gaseintrittskanal 2 und der Auslassöffnung 3 für die schwere Phase des getrennten Gemisches.
Der Behälter 1 der Trennschleuder ist teils zylindrisch, teils kegelförmig ausgebildet. In seinem oberen Teil ist der Hohlzylinder 4 angeordnet, der auf der Welle J befestigt ist und mit Hilfe des Motors Sin Umdrehung versetzt wird. Die Wandungen ? des Hohlzylinders sind in dem vorliegenden Falle siebe förmig ausgebildet. Vor der Wandung des Hohlzylinders ist noch ein Schutzsieb angebracht, das in der Zeichnung durch Wellenlinien schematisch angedeutet ist. Ein derartiges Schutzsieb soll bewirken, dass das zu trennende Gemisch an der Wandung des Hohlzylinders verdichtet wird. Auf diese Weise können auch feinste Teilchen nicht eindringen, sondern werden schon vorher durch Schleuderkraft abgetrieben.
Im oberen Teil ist die Wandung mit
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Abdichtung üblicher Art zwischen dem Raum des Behälters 1 und dem Auslassraum 9 bezeichnet.
Durch die Richtung der Pfeile in den Figuren ist angedeutet, dass das zu trennende Gemisch durch die Öffnung 2 hindurch in den Behälter 1 hineinströmt. Durch die Umdrehung des Siebzylinders 4 und dadurch, dass die Beschaufelung 8 einen Unterdruck in seinem Innern herstellt, wird bewirkt, dass die leichteren Gemischteile durch die Sieböffnungen 7 in das Innere des Siebzylinders 4 hineinströmen, aber dann von dort aus durch die Beschaufelung 8 in den Raum 9 hineingefördert werden.
Die mit 11 bezeichnete Trennwand in dem Siebzylinder 4 sorgt mit dafür, dass die durch die Öffnungen 7 in den Siebzylinder hineingeströmten Gemischteile nach der zu dem Raume 9 hinführenden Verbindungsöffnung strömen.
Entsprechend der Erfindung können die Siebwand 7 und die Schaufeln 8 auf getrennten vom Motor 6 angetriebenen Achsen angeordnet sein, so dass durch entsprechende Wahl der Übersetzung die Drehgeschwindigkeit beider Teile verschieden eingestellt werden kann.
Ein drittes Beispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens lässt sich an Hand der Fig. 5, welche einen Längsschnitt durch die Vorrichtung darstellt, wie folgt erklären :
Bei dieser Vorrichtung ist ein mehrstufig ausgearbeiteter Hohlzylinder in einem Behälter mit mehreren Kammern angeordnet, die über Öffnungen in den Wandungen des Hohlzylinders miteinander in Verbindung stehen. In diese Einrichtung leitet man das zu trennende Gemisch durch die Öffnung 2 hindurch in den Behälter 1 ein, in dessen Längsachse die Welle 5 mit dem Siebzylinder 4 gelagert ist.
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zweiten und dritten Behandlungsstufe. 15 ist eine Antriebskupplung auf der Welle 5, 17 ein Deckel des Behälters 1.
Ebenso wie der in der Fig. 3 dargestellte Hohlzylinder 4 wirkt der in der Fig. 5 mit derselben Zahl bezeichnete Teil. Man lässt das durch die Öffnung 2 hindurch in den Behälter eintretende Gemisch durch die Drehung des Hohlzylinders 4 in eine leichte und eine schwere Phase trennen. Die durch die zylindrische Wand 7, die siebförmig ausgebildet ist, und entsprechend der Fig. 3 ebenfalls noch ein Schutzsieb besitzt, hindurchgeströmten Gemischteile werden durch die Beschaufelung 8 von der ersten Behandlungsstufe in die zweite überführt. In dem Raum 9 wiederholt sich die Behandlung. Jedoch wird hier die in der Nähe der Aussenwand des Raumes 9 befindliche schwere Phase durch den Stutzen. 3 hindurch abgezogen.
Die in der Nähe der Wand 7'befindliche leichte Phase tritt durch die Öffnungen in dieser Wand hindurch, so wie es durch einen Pfeil angezeigt ist, und gelangt schliesslich in den nächsten Raum des Hohlzylinders 4. Hier wird sie ebenfalls durch die Beschaufelung 8'in den nächsten Raum 9' befördert. Aus diesem Raum wird die schwere Phase wiederum durch einen Stutzen 3'abgezogen, während die leichte Phase durch die Öffnungen in der Wand 7"hindurch gelangt und so schliesslich, wie der Pfeil andeutet, zu dem Raum 9"geführt wird. Von dem Raum 9"wird die leichte Phase ihrer weiteren Behandlung zugeführt.
Ein viertes Beispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens unterscheidet sich von dem dritten Beispiel nur dadurch, dass diese Ausführungsform mit einem Schlagkreuz und einem Schlagkorb versehen ist. Eine solche Einrichtung veranschaulichen die Fig. 6 und 7 der Zeichnungen.
Das Schlagkreuz ist mit 12 bezeichnet und gemeinsam mit einem mehrstufigen Hohlzylinder 7,
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der das Schlagkreuz 12 umgibt, durch dieses so lange zerschlagen, bis es als feiner Staub fortgetragen wird und seinen üblichen Weg durch die einzelnen Stufen der Einrichtung antritt. Die Kammer 9 stellt die erste Stufe der Abscheidung dar und in dieser Kammer fällt demgemäss an dem Trichter 3 der gröbere Staub ab. Der feinere Staub hingegen gelangt durch die Öffnungen in der Wand 7'in die nächste Kammer 9'und fällt in dieser Kammer durch den zweiten Trichter 3'ab. Die entstaubte Luft wird in die Endkammer befördert und gelangt von dort in die freie Atmosphäre.
Es ist aber auch möglich, die entstaubt Luft oder einen Teil derselben in die Schlagmühle zurückzuführen, um ein strömungfähiges Gemisch herzustellen.
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Die geschilderte Vorrichtung kann z. B. mit grossem Vorteil zum Aufgreifen von feinem Kohlenstaub benutzt werden, der sich abgelagert und zu grösseren Stücken zusammengesetzt hat. Diese Stücke werden nach dem Hineinschütten in die Einlassöffnung 8 zerschlagen. Das Aufgreifen derart gelagerten Kohlenstaubes ist von grosser Wichtigkeit für Kohlenstaubfeuerungen. Die Vorrichtung kann ausserdem für Kohlenstaubmotoren benutzt werden. In diesem Falle nimmt die Einrichtung die Stellung eines Vergasers ein, da sie imstande ist, feinen Kohlenstaub gleichmässig in der Luft zu verteilen und so ein entzündbares Gemisch herzustellen.
Bei einer andern Ausführungsform dieser Einrichtung ist der Siebzylinder mit einer Tuchbespannung versehen, auf der sich Reste von Staubabscheidungen, die durch Fliehkraft nicht ausgeschieden sind, absetzen und zu grösseren Einheiten vereinigen können. Erlangen diese Einheiten eine Schwerkraft von bestimmter Grösse infolge der sich ständig steigernden Masse, dann werden die so entstandenen Teilchen gegen die Wand abgeschleudert.
Statt der Stutzen 2,3 usw. können auch die in der Entstaubungstechnik eingeführten Eintrittsschlitze angebracht werden, die sieh auf die ganze Länge des Behälters erstrecken. Schliesslich kann der Austrittsstutzen als gelochter Zylinder ausgebildet werden, der aus irgendeinem porösen Stoff bestehen kann.
Schliesslich ist noch eine Ausführungsform der Einrichtung insbesondere nach den Fig. 6 und 7 möglich, bei der die Innenseite des Behälters 1 aus einem dem gasförmigen Bestandteil des Gemisches gegenüber aktiven Stoff besteht. Desgleichen kann die Oberfläche oder das Material des Hohlzylinders eine bestimmte Beschaffenheit aufweisen. So kann beispielsweise das Platinieren der Oberfläche eine besonders günstige Beeinflussung für die Aussonderung von Wasserstoff hervorrufen.
PATENT-ANSPRÜCHE :-
1. Verfahren zum Trennen von strömungsfähigen, aus einem Trägergas und beigemengten festen, flüssigen oder andern gasförmigen Bestandteilen zusammengesetzten Gemischen durch Erzeugen einer umlaufenden Kreisströmung und Schichtung der Anteile von verschiedenem spezifischem Gewicht in Zonen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonenbildung in der umlaufenden Gasströmung durch einen sowohl aussen als auch innen eine glatte Oberfläche aufweisenden, mit regelbarer Drehzahl umlaufenden Hohlzylinder hervorgerufen wird und dass unabhängig von der Drehzahl des Hohlzylinders mindestens der leichteste Gemischteil durch Öffnungen in der zylindrischen Wand durch Erzeugen eines Unterdruckes im Hohlraum, entgegen der Fliehkraft, in das Innere des Hohlzylinders abgesaugt wird.