AT206417B

AT206417B - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung der Anteile von Gasgemischen, Flüssigkeitsgemischen und Staub-Luftgemischen durch Thermodiffusion

Info

Publication number: AT206417B
Application number: AT266157A
Authority: AT
Inventors: Fritz Claus Dr Schultz-Grunow
Original assignee: Fritz Claus Dr Schultz-Grunow
Priority date: 1956-04-30
Filing date: 1957-04-20
Publication date: 1959-11-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung der Anteile von Gasgemischen, Flüssigkeits- gemischen und Staub-Luftgemischen durch Thermodiffusion
Das Verfahren benutzt zur Trennung bzw. Anreicherung der schweren und leichten Komponente eines Gasgemisches, eines Flüssigkeitsgemisches oder eines Staub-Luftgemisches die
Thermodiffusion, die bereits im Trennrohr und der Trennwalze für gleiche Zwecke Anwendung gefunden hat.

Das Trennrohr hat den Nachteil, dass die Bedingungen für rasche Trennung und hohe Trennschärfe nicht gleichzeitig verwirklichbar sind, indem die rasche Trennung einen grossen, eine hohe Trennschärfe aber einen kleinen Rohrhalbmesser verlangen und hohen bzw. niedrigen Druck. Daneben verlangt hohe Trennschärfe ein Rohr grosser Länge, in dem bei kleinem Durchmesser axial ein Heizdraht angeordnet sein und das Rohr von aussen gekühlt sein muss, was einen erheblichen Bauaufwand bedeutet. Ferner darf der durch den heissen Draht erzeugte Konvektionsstrom, der für eine wirkungsvolle Trennung wesentlich ist, nur eine begrenzte Geschwindigkeit besitzen, weil sonst Turbulenz auftritt, die die Trennung zerstören würde. Das bedingt, dass die Trennung nur sehr langsam vor sich geht.

Auch eine beliebig hohe Trennschärfe ist nicht erreichbar, denn der hiefür notwendige kleine Rohrdurchmesser lässt nur eine derart geringe Geschwindigkeit des Konvektionsstromes zu, dass die normale Diffusion in der Längsrichtung des Rohres der Trennung entgegenwirkt. Die Nachteile sind zum Teil dadurch bedingt, dass sich die Geschwindigkeit des Konvektionsstromes nicht unabhängig regulieren lässt, weil er durch das Temperaturfeld bestimmt ist. Die Trennwalze ermöglicht zwar diese Regelung durch Drehzahländerung, weil die drehende Walze das Gemisch durch Reibung mitreisst und so den Konvektionsstrom erzeugt, aber diese Strömung ist sehr turbulenzempfindlich, und es wird an der mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden Walze eine Gleitdichtung benötigt, die durch die entwickelte Wärme und das Schmiermittel das Gemisch chemisch beeinflussen kann und verunreinigt.

Ausserdem lässt sich nur eine Komponente trennen bzw. anreichern, weil sich die andere Komponente dort ansammelt, wo das Gemisch zugeführt wird.
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in radialer Richtung merkbar wird und den Trennvorgang schwächt. Dies lässt sich aber dadurch vermeiden, dass man die Scheibenoberflächen und die Gehäusewände vollständig mit eingefrästen spiralförmigen Nuten versieht. Die Wände der Nuten verhindern die Querdiffusion, wenn die gegenüberliegenden Nutenwände von Scheibe und Gehäuse nur einen kleinen Spalt frei lassen.

Je nachdem die leichte oder schwere Komponente abgesondert werden soll, wird man das Gemisch am äusseren oder inneren Umfang dem Spalt durch Bohrungen oder Spalte im Gehäuse zuführen und die gewünschte Komponente am inneren oder äusseren Umfang ebenso abführen, und wenn beide Komponenten gewonnen werden sollen, das Gemisch auf einem mittleren Halbmesser ebenso zuführen, wobei die strömungsgünstig ausgebildete Zuführung mehr oder weniger weit in den Spalt hineinreichen kann, und die getrennten bzw. angereicherten Komponenten, wie beschrieben, entnehmen. Diese Anordnungen haben den Vorteil, dass in kontinuierlichem Betrieb getrennt werden kann. Dabei kann die Entnahme durch ein Staublech wirksamer gestaltet werden.

Eine Trennung in nachgeschalteten Stufen lässt sich dadurch erreichen, dass der Spalt in ringförmige konzentrische Räume unterteilt wird, entweder durch Stege oder durch stufenförmiges Absetzen der Scheibe und des Gehäuses. In den ringförmigen Räumen bilden sich gesonderte zirkulatorische Konvektionsströmungen aus.

Eine weitere Massnahme zur Erhöhung der Trennschärfe und der sekundlichen Ausbeute besteht erfindungsgemäss in der kegelförmigen Ausbildung des Spaltes. Dann wirkt eine Komponente der Zentrifugalkraft quer zum Spalt, die bei entsprechend gewählter Konizität die schwere Komponente an die eine kalte und die leichte an die andere, heisse Wand drückt.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung im Schnitt, a ist die Scheibe, sie ist hohl ausgeführt, damit durch die Hohlwelle ein Kühl- oder Heizmittel in kontinuierlichem Durchstrom zu- und abgeführt werden kann. Die Scheibe kann auch fliegend gelagert sein. b ist das Gehäuse mit eingebauten, beispielsweise elektrischen Heizelementen c, d, e, f, g sind Rohre zum Zuleiten des zu trennenden Gemisches und zum Entnehmen der getrennten, bzw. angereicherten Komponenten, h sind Stopfbüchsen, die das Gehäuse abdichten.

Die beiden Gehäusehälften können zur Variation der Spaltweite auch verschiebbar angeordnet sein.

Die Heizung bzw. Kühlung des Gehäuses kann auch in der Weise erfolgen, dass es aussen von einem Heiz- oder Kühlmittel, z. B. von Nassdampf, umspült wird. i ist eine Führungsscheibe für das Kühl- oder Heizmittel, das durch die Scheibe strömt.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der eingefrästen Spiralen k der Scheibe und punktiert l die der gegenüberliegenden Gehäusewand. Bild 3 zeigt den Schnitt durch die Spiralen, die nur einen kleinen Spalt frei lassen.

Fig. 4 zeigt einen konisch ausgebildeten Spalt zwischen der Scheibe a und dem Gehäuse b. Die Scheibendicke nimmt mit wachsendem Halbmesser zu, weil die Scheibe kalt und das Gehäuse heiss sein soll. Ist dagegen die Scheibe beheizt und das Gehäuse kühl, so kann die Form von Bild 5 mit bauchiger Scheibe von Vorteil sein.

Fig. 6 zeigt einen stufenförmig abgesetzten Spalt, m ist eine der Stufen. Die lichten Weiten und auch die Stufenlängen brauchen nicht gleich zu sein. Durch verschiedene lichte Weiten und Stufenlängen kann der Trenneffekt zweckmässig beeinflusst werden.

Fig. 7 zeigt die Anordnung mit zentrisch aufgesetzten, kreisförmigen Stegen n, die entweder nur an einer Wand angeordnet sind oder an beiden Wänden gegenüberliegend wie in Bild 7.

Fig. 8 zeigt ein Staublech o am Aussenhalbmesser mit der Bohrung p zum Abführen der getrennten Komponente. Fig. 9 zeigt das Staublech in der Ansicht. Das Staublech kann auch über den Scheibenrand greifen, wie es Fig. 10 zeigt.

Bei der Abscheidung von Staub muss eine Vorrichtung vorgesehen werden, die den an der kalten Wand sich absetzenden Staub abstreift. Fig. 11 zeigt eine dafür vorgesehene Vorrichtung. An der gegenüberliegenden Wand b ist versenkt eine radial angeordnete Schneide q um ihre Längsachse drehbar so befestigt, dass sie beim Herausdrehen an die Wand a mit dem abgesetzten Staub zu liegen kommt und bei einer Relativbewegung den Staub abkratzt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Trennung der Anteile von Gasgemischen, Flüssigkeitsgemischen und StaubLuft-Gemischen durch Thermodiffusion, dadurch gekennzeichnet, dass die die Trennung fördernde Konvektionsströmung durch Auftriebs-, Reibungsund Zentrifugalkräfte erzeugt wird.

Claims

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Scheibe und einem diese umgebenden Gehäuse besteht, wobei sich das zu trennende Gemisch in dem zwischen der Scheibe und dem Gehäuse entstehenden Spalt befindet, und dass die Scheibe und das Gehäuse mit einer Vorrichtung versehen sind, durch die eine Rotation hervorgerufen werden kann, und dass Vorrichtungen vorgesehen sind, durch die Scheibe und Gehäuse auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden können.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Änderung der Drehzahl der Scheibe und des Gehäuses und dass eine Vorrichtung zur Regulierung der Spaltweite vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften zur leichten Änderung der Spaltweite verschiebbar angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben- und Ge- häusewändemitspiralförmigen Nuten versehen sind. <Desc/Clms Page number 3>

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Nutwände derartig ausgeführt und angeordnet sind, dass sie zwischen Scheibe und Gehäuse nur einen kleinen Spalt frei lassen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung für das zu trennende Gemisch an die radial aussen gelegene Wand des Gehäuses und die Abteilung für die Komponente an die radial innen gelegene Wand des Gehäuses angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung für das zu trennende Gemisch an die radial innen gelegene Wand des Gehäuses und die Abteilung für die Komponente an die radial aussen gelegene Wand des Gehäuses angeschlossen sind.

'9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung für das Gasgemisch in dem Spalt zwischen Scheibe und Gehäuse, u. zw. auf einem mittleren Durchmesser des Gehäuses, endet und die Ableitung für die Komponenten an der radial innen gelegenen und radial aussen gelegenen Wand des Gehäuses angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass radial angeordnete Staubleche vorgesehen sind, an die die Vorrichtung zur Entnahme anschliesst.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe und Welle zur Kühlung oder Beheizung hohl ausgeführt sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Scheibe oder in die Gehäusewände Heizelemente ein- oder angebaut sind.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse von einem Heiz- oder Kühlmittel umspült wird.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der spaltförmige Diffusionsraum durch zentrische ringförmige Stege in Teilräume aufgeteilt wird.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe und das Gehäuse zur Unterteilung des Diffusionsraumes stufenförmig ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung der Trennschärfe durch eine Komponente der Zentrifugalkraft der Spalt kegelförmig oder ähnlich ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung des an der Wand haftenden Staubes in der gegenüberliegenden Wand eine radial angeordnete, um ihre Längsachse drehbare Schneide angeordnet ist.