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Zentrifugalabscheider zur Feststoffsortierung in Schwertrüben
Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider zur Feststoffsortierung in Schwertrüben, bestehend aus einem rohrförmigen hohlen Behälter mit einem zentrischen Feststoffeinlassrohr im Bereiche des einen
Stirnendes des Behälters und einem tangentialen Trenntrübeeinlauf im Bereiche des andern Stirnendes des
Behälters sowie einem zentrischen Auslass im Bereiche des Stirnendes, an dem sich der Trenntrübeeinlauf befindet und einem weiteren Auslass im Bereiche des Stirnendes, an dem sich das Feststoffeinlassrohr be- findet.
Der Zentrifugalabscheider gemäss der Erfindung dient zur Sortierung eines Gemenges fester Körper mit Hilfe der Zentrifugalkraft nach dem spezifischen Gewicht.
Der Zentrifugalabscheider nach der Erfindung arbeitet mit zwei konzentrischen Wirbeln, die im gleichen Drehsinn rotieren, und von denen der innere Wirbel sich in Längsrichtung des Behälters auf die zentrische Auslassöffnung hin fortbewegt, während der äussere Wirbel in entgegengesetzter Richtung, d. h. nach oben, fortschreitet.
Im Vergleich zu den bisher verwendeten Schwertrübezyklonen, bei denen grosse Geschwindigkeiten aufrechterhalten werden müssen, um einen nach obensteigenden, umgekehrten Wirbel zu erzeugen, sind beim Gegenstand der Erfindung weit geringere Geschwindigkeiten ausreichend. Dies hat zur Folge, dass die Kosten der Pump-und Reinigungseinrichtungen für die Trenntrübe verringert werden und dass der Verschleiss durch die Trenntrübe und die zu trennenden Feststoffe an den Innenwänden des Trenngefässes stark herabgesetzt wird. Darüber hinaus hat der Gegenstand der Erfindung gegenüber den Zyklonen den erwähnten Vorteil, dass die Korn- oder Stückgrösse der zu trennenden Feststoffe über einen grösseren Bereich hin schwanken kann.
Bei einem Zyklon soll die Stückgrösse nicht über 6 mm liegen ; bei einem Trenngefäss nach der Erfindung dagegen können feste Teilchen einer Stückgrösse bis etwa 38 mm ohne Schwierigkeiten behandelt werden.
In dieser Hinsicht ist die in dem erfindungsgemässen Zentrifugalabscheider durchgeführte Verfahrenstechnik mit der bekannten Sinkscheidung zu vergleichen, bei der eine grosse Menge einer annähernd stillstehenden Schwertrübe benutzt wird und die schwereren Teilchen nach unten sinken, während die leichteren Teilchen nach oben gelangen. Die Sinkscheidung hat jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, die der Erfindung nicht anhaften. Hiezu gehört der grosse äussere Umfang der erforderlichen Apparatur und die erforderliche grosse Menge der verhältnismässig teueren Schwermittel, wenn verhältnismässig schwere feste Teilchen getrennt werden sollen, d. h. solche, deren spezifisches Gewicht wesentlich über dem Wert 2, 5 liegt.
Infolge der bei der Erfindung durch die Wirbelbewegung ausgeübten Kräfte ist es möglich, eine Trennung von festen Teilchen bei einer Trenngrenze zu erzielen, die höher liegt als das spezifische Gewicht der verwendeten Trübe. Diese Kräfte verringern ausserdem die Viskosität der Trennflüssigkeit und erhöhen dadurch die Trenngeschwindigkeit.
Bei einer bekannten Vorrichtung nach der USA-Patentschrift Nr. 2, 725, 983 kam es bei einer bestimmten Steigerung des Einlassdruckes und der Fliessgeschwindigkeit der Trübe vor, dass am oberen Ende des Behälters ein so grosser Überdruck entstand, dass die Trübe in der Zuführungsöffnung für die festen
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Körper hochstieg und unter Umständen sogar durch diese austrat. Diese Schwierigkeit soll bei der Erfin- dung beseitigt werden. Ferner soll es ermöglicht werden, den Behälter für die Trübe auch horizontal oder beliebig gegenüber der Horizontalen geneigt anzuordnen.
Bei dieser Vorrichtung kann es überdies, wenn am oberen Ende des Behälters, wo sich die tangential angeordnete Austragsöffnung für die schwereren
Teilchen befindet, ein Überdruck auftritt, leicht vorkommen, dass sich die von dem inneren und von dem äusseren Wirbel mitgeführten festen Teilchen in dem ringförmigen Raum in der Nähe der Abfüh- rungsöffnung miteinander vermischen. Beispielsweise können einige der schwereren Teilchen von der oberen Endwandung des Behälters abgelenkt werden und in den inneren, nach unten fliessenden Wirbel gelangen ; ebenso können einige der leichteren Teilchen in den äusseren Wirbel abgelenkt und zusammen mit den schwereren Teilchen und einem Teil der Trennflüssigkeit durch die am Umfang angeordnete Ab- führungsöffnung abgeführt werden.
Eine solche Vermischung der festen Teilchen des inneren und des äusse- ren Wirbels aber beeinflusst die Trennschärfe in nachteiliger Weise.
Die vorerwähnten Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass ein Trennrohr an der oberen Stirnwand des rohrförmigen Behälters in der Nähe des vom weiteren Auslass gebildeten Über- laufaustrages konzentrisch zur Behälteraussenwand angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Trennrohr die obere Stirnwand des Behälters durchsetzt und gegenüber dieser verschiebbar ist, so dass die in den geschlossenen Raum hineinragende
Länge des Trennrohres verstellbar ist.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass ein zwischen dem Feststoffeinlassrohr und dem
Trennrohr angeordneter ringförmiger Abschnitt der oberen Stirnwand des Behälters in Richtung der Behälterachse bewegbar ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass das Feststoffeinlassrohr, das
Trennrohr und der zentrische Auslass in an sich bekannter Weise eine gemeinsam geneigte Achse aufweisen, wobei die das Trennrohr aufweisende Stirnwand des Behälters in einer höheren Ebene liegt als die andere Stirnwand des Behälters.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele eines zylindrischen Trennbehälters nach der Erfindung dargestellt. Es versteht sich, dass der Behälter nicht notwendigerweise zylindrisch ausgebildet zu sein braucht, sondern beispielsweise auch konisch oder in Form eines Kegelstumpfes oder teilweise konisch und teilweise zylindrisch ausgebildet sein kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Fig. 1 ist ein vertikaler Mittelschnitt eines Trennbehälters nach der Erfindung ; Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht eines Trennbehälters, dessen Achse horizontal oder schräg zur Horizontalen angeordnet sein kann ; Fig. 3 ist ein etwas vergrösserter, vertikaler Mittelschnitt des oberen Endes des Trennbehälters in etwas abgeänderter Ausführungsform und Fig. 4 ist ein vertikaler Mittelschnitt des unteren Endes des Trennbehälters mit weiteren Abänderungen.
Fig. 1 zeigt einen rohrförmig oder zylindrisch ausgebildeten Trennbehälter 5, in dessen umschlossenem Raum die Trennung erfolgt. Der Behälter 5 ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ; seine Grösse, seine einzelnen Abmessungen sowie seine äussere Form können verschieden sein. Das untere Ende des Behälters 5 ist durch eine Stirnwand 6 und das obere Ende durch eine Stirnwand 7 verschlossen. Durch die untere Stirnwand 6 ragt ein Rohr 8 hindurch, dessen obere Öffnung 9 zur Abführung der leichteren festen Teilchen zusammen mit einem Teil der Trennflüssigkeit oder-trübe aus dem Behälter dient. In der Nähe der oberenStirnwand 7 ist ein tangentiales Austragrohr 10 angeordnet, das durch die Öffnung 11 mit dem umschlossenen Raum in Verbindung steht.
Die Austragsgeschwindigkeit der schwereren Fraktion zusammen mit einem Teil der Trübe durch das Rohr 10 hindurch kann durch eine Vorrichtung 10a geregelt werden. Diese Regelvorrichtung kann eine elastische Irisblende, ein Ventil oder irgendeine andere Einrichtung sein. Wenn gröbere feste Teilchen durch das Rohr 10 hindurch abgeführt werden sollen, ist eine Verengung der Durchflussöffnung durch ein Ventil od. dgl. nicht angezeigt. In diesem Falle kann die Regelung der Austragsgeschwindigkeit statt durch ein Ventil 10a dadurch erfolgen, dass das Rohr 10 mit einem schwanenhalsförmig gebogenen Schlauch 29 verbunden wird (s. Fig. 4). Durch Änderung der Höhe der Ausflussöffnung 30 dieses Schlauches kann die Abführungsgeschwindigkeit geregelt werden. Die Trübe wird durch das Rohr 12 und die Öffnung 13 in den Trennraum eingeführt.
Die Trübezuführung ist in der Nähe der Stirnwand 6 tangential angeordnet. Die Trübe wird unter einem solchen Druck und mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, dass zwei konzentrische, offene Wirbel entstehen, die in der gleichen Drehrichtung rotieren, wobei der innere Wirbel sich nach unten, in Richtung auf die Öffnung 9 hin, fortbewegt, während der äussere Wirbel in Längsrichtung des Behälters nach oben, auf die Stirnwand 7 hin, fortschreitet. Die Ausdrücke "oben" und "unten" beziehen sich auf die in Fig. 1 dargestellte Stellung des Trennbehälters.
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Die Teilchen, die nach ihrem spezifischen Gewicht getrennt werden sollen, werden am oberen Ende des Behälters durch das Rohr 14 hindurch zugeführt, das koaxial zur Behälterwandung 5 angeordnet ist und durch die Stirnwandung 7 hindurchtritt. In einem vertikal angeordneten Trennbehälter (Fig. 1 und 3) wird das Zuführungsrohr 14 mit einer seitlichen Öffnung 15 und einem die zugeführten Teilchen seitlich ab- lenkenden Ablenkglied 16 versehen.
Von der oberen Stirnwand 7 aus ragt in den Behälter, koaxial zum Zuführungsrohr 14 und zur Wan- dung 5 des Behälters ein drittes rohrförmiges Element 17 hinein. Dieses rohrförmige Element 17 umgibt das Rohr 14 konzentrisch, wobei ein gewisser radialer Abstand zwischen ihm und dem Rohr 14 und zwi- schen ihm und der Aussenwand 5 vorhanden ist. Das Trennrohr 17 trennt daher den das Rohr 14 umgeben- den Ringraum 18 von einem äusseren Ringraum 19 ab ; der letztere steht in ständiger Verbindung mit der Öffnung 11. Die Stirnwand 7 bewirkt zusammen mit dem Trennrohr 17 eine Umkehrung des inneren Wir- bels in Längsrichtung des Behälters und verhindert gleichzeitig eine Radialströmung zwischen Ringraum 18 und 19.
Die Trennflüssigkeit oder-trübe wird unter solchem Druck und mit solcher Geschwindigkeit einge- führt, dass sie den umschlossenen Raum anfüllt und in diesem in der Nähe der Stirnwand 7 einen Überdruck erzeugt, der wenigstens in geringem Masse den Atmosphärendruck übersteigt. Derjenige Teil der Trübe, der in den inneren Ringraum 18 eintritt, wird von der Stirnwand 7 abgelenkt, so dass er seine Richtung umkehrt und den inneren der beiden konzentrischen Wirbel bildet, der sich in Richtung auf die axiale
Auslassöffnung 9 bewegt.
Die Innenfläche des inneren Wirbels, die durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, ist gleichzei- tig die äussere Begrenzungsfläche einer ringförmigen Luftsäule, die sich normalerweise von der axialen
Auslassöffnung 9 zur oberen Endwand 7 hin erstreckt und in einen gewissen radialen Abstand das Zuführungsrohr 14 für die festen Körper umgibt. Mindestens ein Teil des äusseren konzentrischen Wirbels wird durch die Öffnung 11 und das Rohr 10 hindurch abgeführt, während der Rest nach innen und am Trennrohr 17 entlang nach unten geführt wird und sich unterhalb dieses Rohres mit dem inneren Wirbel vereinigt. Der innere Teil oder der Kern des inneren Wirbels wird durch die axiale Auslassöffnung 9 hindurch nach unten abgeführt.
Ein weiteres und überraschendes Ergebnis des Zusammenwirkens zwischen Trennrohr 17 und Stirn- wand 7 innerhalb des Ringraumes 18 ist, dass Trübe von dem Zuführungsrohr 14 für die Feststoffe dann ferngehalten wird, wenn in der Nähe dieses Zuführungsrohres Drücke auftreten, die erheblich über dem Atmosphärendruck liegen. Dies zeigt sich besonders deutlich, wenn man den Trennbehälter nach der Erfindung so anordnet, dass die Achse des Behälters eine Winkelstellung gegenüber der Vertikalen einnimmt, wobei in der Nähe des Rohres 14 verhältnismässig hohe hydrostatische Drücke auftreten.
Der Trennbehälter kann im Betrieb so angeordnet werden, dass seine Achse schräg (Fig. 2) oder horizontal ist, oder sogar eine umgekehrte Schrägstellung aufweist, wobei das Zuführungsrohr 14 für die Feststoffe tiefer liegt als die zentrische Auslassöffnung 9.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Behälter 5 so angeordnet, dass seine Achse einen Winkel von etwa 300 mit der Horizontalen bildet. Die zu trennenden Feststoffe werden dem Behälter durch ein Rohr 21 zugeführt, dessen Öffnung 22 etwa in der Ebene der Endwand 7 angeordnet ist. Die Öffnung 22 ist zentrisch zum Trennrohr 17 angeordnet und hat von ihm einen gewissen radialen Abstand.
Die übrigen Teile des in Fig. 2 dargestellten Trennbehälters sind in ähnlicher Weise ausgebildet wie diejenigen des Behälters nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt gewisse Abänderungen des normalerweise oberen Endes des Trennbehälters. Hiebei kann die Stellung des Trennrohres, der Stirnwand der Kammer 18 und des Zuführungsrohres für die festen Teil - chen in Richtung der Achse des Trennbehälters verändert werden. Ein verhältnismässig lang ausgebildetes Trennrohr 23 ist in einem Lagerstutzen 7a der Stirnwand 7 gleitbar angeordnet, wobei zwischen Stirnwand 7 und dem Rohr 23 eine elastische, ringförmige Dichtung 24 angeordnet ist.
Die Länge desjenigen Teiles des Trennrohres 23, der in den Behälter 5 hineinragt, kann also verändert werden, um Trennungen verschiedener Stoffe oder Mischungen von Feststoffen unter verschiedenen Arbeitsbedingungen einschliesslich verschiedener Drücke und Fliess geschwindigkeiten der Trübe und verschiedener Mengen der in der Zeiteinheit zugeführten Feststoffen zu erzielen.
Eine weitere Abänderung der Fig. 3 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, dass die Stirnwand 25 des inneren Ringraumes 18 in Achsrichtung des Behälters verstellbar ist. Sie ist hiebei sowohl gegenüber dem Trennrohr 23 als auch gegenüber dem Zuführungsrohr verschiebbar. Die ringförmige Wandung 25 hat hochgezogene Flanken 26, die dem Trennrohr 23 und dem Rohr 11 dichtend anliegen. Dichtungsringe 27 und 28 unterstützen die Abdichtung gegenüber dem Rohr 14 bzw. dem Trenn-
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rohr 23.
Die Länge der ringförmigen Kammern 18 und 19 kann mithin unabhängig voneinander verändert werden ; ferner kann die Stellung der Öffnung 15 und des Ablenkbleches 16 verändert werden, wobei diese
Teile in jeder gewünschten Stellung entweder innerhalb des Trennrohres 23 oder in Höhe ihres unteren
Randes oder auch darunter angeordnet werden können. Fig. 3 zeigt den Trennbehälter in vertikaler Stel- lung. Es versteht sich, dass er unter geringfügigen Änderungen des Zuführungsrohres für die Feststoffe und der axialen Auslassöffnung auch in beliebig schräger Stellung, beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt, angeordnet werden kann.
Fig. 4 zeigt einige Abänderungen des unteren Teiles des Trennbehälters. Im Gegensatz zu der ersten
Ausführungsform ist hiebei die Öffnung 9 für den zentralen Austritt der Trennflüssigkeit und der leichteren Teilchen annähernd in der Ebene der Innenfläche der unteren Endwand 6 angeordnet ; die Öffnung 13 zum Eintritt der Trübe ist darüber angeordnet. Eine weitere Abänderung ist die Anordnung von Vorrichtungen zur Regelung der in der Zeiteinheit durch das Rohr 8 austretenden Flüssigkeitsmenge. Zu diesem Zweck ist das Rohr 8 mit einem Schlauch 29 verbunden, dessen Austrittsöffnung 30 höher oder tiefer gelegt werden kann. Das Rohr 8 kann darüber hinaus in ähnlicher Weise wie das Rohr 14 der Fig. 3 in Achsrichtung verschiebbar ausgebildet sein, um die Höhe der Öffnung 9 nach Wunsch in an sich bekannter Weise verändern zu können.
Die Trennschärfe wird durch geeignete Wahl des Durchmessers der Trennrohre 17 oder 23 erhöht, die zwischen der Zuführungsstelleoder dem Zuführungsrohr 14 und dem Auslass 11, angeordnet sind. Wenn das Gemisch der zu trennenden festen Teilchen überwiegend aus leichteren Teilchen besteht, die durch das Rohr 8 abgeführt werden sollen, muss das Trennrohr 16 (oder 23) einen verhältnismässig grossen Durch messer haben. Wenn dagegen das Gemisch überwiegend aus schwereren Teilchen besteht, soll der Durchmesser des Trennrohres kleiner sein, so dass er einen verhältnismässig geringen Abstand von dem Rohr 14 und einen verhältnismässig grossen Abstand von der Behälterwand 5 und der Öffnung 11 hat.
Ist der Durchmesser des Trennrohres richtig gewählt, so verhindert sie mit Sicherheit eine Vermischung der in dem inneren Wirbel enthaltenen, leichteren Teilchen mit den in dem äusseren Wirbel anwesenden, schwereren Teilchen.
PATENTANSPRÜCHE : l. Zentrifugalabscheider zur Feststoffsortierung in Schwertrüben, bestehend aus einem rohrförmigen hohlen Behälter mit einem zentrischen Feststoffeinlassrohr im Bereiche des einen Stirnendes des Behälters und einem tangentialen Trenntrübeeinlauf im Bereiche des andern Stirnendes des Behälters sowie einem zentrischen Auslass im Bereiche jenes Stirnendes, an dem sich der Trenntrübeeinlauf befindet, und einem weiteren Auslass im Bereiche jenes Stirnendes, an dem sich das Feststoffeinlassrohr befindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennrohr (17,23) an der oberen Stirnwand (7) des rohrförmigen Behälters (5) in der Nähe des vom weiteren Auslass gebildeten Überlaufaustrages (11) konzentrisch zur Behälteraussenwand angeordnet ist.