DE102016002949A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens von wenigstens zwei Phasen im Zentrifugalfeld - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens von wenigstens zwei Phasen im Zentrifugalfeld Download PDF

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Andreas Jupke
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    • B04B2013/006Interface detection or monitoring of separated components

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens im Zentrifugalfeld von wenigstens zwei Phasen, insbesondere die ineinander nicht mischbar sind, insbesondere die jeweils als Flüssigkeit vorliegen, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (1a. 1b, 1c) zur Aufnahme der Phasen, eine an einer ersten Seite (1a) des Gehäuses (1a, 1b, 1c) angeordneten Welle (3), mit welcher das Gehäuse (1a, 1b, 1c) um seine Zylinderachse (2) drehend antreibbar ist, einem Rührwerk (4a, 6, 7) im Inneren des Gehäuses (1a, 1b, 1c), das unabhängig von einer Drehung des Gehäuses (1a, 1b, 1c) relativ zu diesem drehend antreibbar ist und mit Mitteln zur Erfassung, insbesondere optischen Erfassung der Verteilung der Phasen in radialer Richtung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens von wenigstens zwei Phasen, insbesondere ineinander nicht mischbaren Phasen im Zentrifugalfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren mit denen die Phasentrennung von wenigstens zwei, bevorzugt genau zwei Phasen untersucht werden kann, bevorzugt die jeweils als Flüssigkeit vorliegen. Die Phasen werden hier bevorzugt durch verschiedene Stoffe gebildet, so dass verschiedene Phasen (z. B. flüssig/flüssig oder flüssig/fest) ein Stoffsystem bilden.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt Phasen voneinander zu trennen, z. B. solche, die nicht ineinander mischbar sind. Unter nicht mischbaren Phasen werden zumindest solche verstanden, die zum einen nicht oder nur bedingt ineinander lösbar sind und weiterhin deren erfolgte Mischung, z. B. zwangsweise erfolgte Mischung, die z. B. zu einer Dispersion führt, wieder trennbar ist. Dispersionen können z. B. auf Grund eines aufgeprägten Kraftfeldes und/oder ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften zeitlich nicht stabil sein, also ein Absetzverhalten zeigen, z. B. aufgrund der verschiedenen Dichten der Phasen. Die verschiedenen Phasen, wie z. B. flüssig/fest oder flüssig/flüssig setzen sich somit über die Zeit durch das Einwirken eines Kraftfeldes, bspw. im Gravitationsfeldes der Erde oder auch unter Wirkung von Zentrifugalkräften, in verschiedenen kohärenten Phasen ab.
  • Auf diesem Prinzip beruhen sowohl Gravitationsabscheider als auch hinsichtlich des Trennverhaltens schneller arbeitende Zentrifugalabscheider. Mit solchen Abscheidern können die Phasen voneinander getrennt und nach Separation weiterverarbeitet oder z. B. im Recycling weiter genutzt werden.
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Trennverhalten stark abhängig ist von den chemisch-physikalischen Eigenschaften, z. B. Dichtedifferenz, Viskosität und Grenzflächenspannung, der Phasen, sodass für einen effektiven Betrieb von Abscheidern, insbesondere von Zentrifugalabscheidern gezielt sowohl Design- als auch Betriebsparameter an die jeweils zu trennenden Phasen und dem daraus resultierenden Trennproblem angepasst werden sollten. Es ergibt sich somit ein Optimierungsproblem hinsichtlich Verweilzeit und aufgezwungenem Zentrifugalfeld, was jedoch nach bisherigem Stand der Technik nicht gelöst wird.
  • Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels denen das Phasentrennverhalten von verschiedenen Phasen bzw. Stoffsystemen unter Wirkung von Zentrifugalkräften bevorzugt im Labormaßstab untersucht werden kann, um aus den Untersuchungsergebnissen auf entsprechende Design- und Betriebsparameter von Zentrifugalabscheidern, wie z. B. energetisch sinnvolle Paarungen von wirkender Zentrifugalkraft (Drehzahl) und zeitlicher Einwirkungsdauer (Volumen) zu schließen und so eine dem Trennproblem spezifische Auslegung zu ermöglichen.
  • So können mit der Erfindung Zentrifugalabscheider im Betrieb bezüglich deren Auslastung und bezüglich des Energiebedarfs optimiert werden. Oben genanntes Optimierungsproblem kann bevorzugt gelöst werden, um nach einer gegebenen Verweilzeit eine sichere Abscheidung erzielt zu haben.
  • Insbesondere ist es die Aufgabe das Phasentrennverhalten zweier Flüssigkeiten zu untersuchen. Die Erfindung kann zudem für die Untersuchung zweier Phasen eingesetzt werden, von denen eine in flüssiger und eine in fester Form vorliegt, letzteres insbesondere granular oder partikulär.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens im Zentrifugalfeld von wenigstens zwei Phasen, insbesondere ineinander nicht mischbaren Phasen, bevorzugt als Flüssigkeit vorliegend, die Phasen in ein zylindrisches Gehäuse eingebracht werden, welches um seine Zylinderachse gedreht wird zur Erzeugung einer auf das Stoffsystem wirkenden Zentrifugalkraft, wobei mit einem im Inneren des Gehäuses angeordneten und unabhängig vom Gehäuse drehend antreibbaren Rührwerk während der Rotation des Gehäuses eine Drehzahldifferenz zur Durchmischung zwischen Rührwerk und Gehäuse erzeugt wird und in einem zeitlichen Intervall, in welchem Gehäuse und Rührwerk keine Drehzahldifferenz aufweisen, das Rührwerk also relativ zum Gehäuse ruht, die Entmischung messtechnisch, insbesondere optisch erfasst wird.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Vorrichtung, die ein hohlzylindrisches Gehäuse zur Aufnahme der Phasen aufweist, wobei an einer ersten Seite des Gehäuses eine Welle angeordnet ist, mit welcher das Gehäuse um seine Zylinderachse drehend antreibbar ist. Hierfür kann die Welle, die bevorzugt an einer senkrecht zur Zylinderachse (= Drehachse) ausgerichteten Wand des Gehäuses angeordnet ist, mit einem ansteuerbaren Antrieb, insbesondere Motor verbunden sein. Während der Durchführung des Verfahrens wird bevorzugt das Gehäuse fortwährend in Drehung gehalten, sodass Zentrifugalkräfte auf das Stoffsystem wirken, die von der Drehzahl abhängen, insbesondere auch von der radialen Position des Stoffsystems im Gehäuse.
  • Unter einem zylindrischen Gehäuse wird bevorzugt eines verstanden mit kreisförmigem Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse. Dies ist jedoch nicht zwingend, vorzugsweise sollte der Querschnitt aber eine zumindest diskrete Rotationssymmetrie aufweisen, d. h. bei Drehung um einen bestimmten Winkelbetrag in seiner Form in sich selbst überführt sein.
  • Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein Rührwerk im Inneren des Gehäuses auf, das unabhängig von einer Drehung des Gehäuses relativ zu diesem drehend antreibbar ist. Hierfür kann das Rührwerk bevorzugt einen eigenen Antrieb aufweisen, der unabhängig von dem des Gehäuses ansteuerbar ist.
  • Erfindungsgemäß können hierdurch zwei wesentliche Situationen erzeugt werden, nämlich ein erste Situation, in welcher eine Differenzdrehzahl zwischen Rührwerk, bzw. dessen Rotor und dem Gehäuse aufgeprägt wird, in der sich also im Inneren des Gehäuses das Rührwerk relativ zum Gehäuse dreht. In dieser ersten Situation wird eine Durchmischung der Phasen während der bestehenden Drehung des Gehäuses im Inneren des Gehäuses erzeugt.
  • In der zweiten Situation dreht der Rotor des Rührwerkes bezogen auf ein externes Bezugssystem mit derselben Drehzahl und derselben Drehrichtung wie das Gehäuse in diesem Bezugssystem (die Erdumgebung). Es gibt also keine Drehung des Rührwerkes relativ zum Gehäuse. In dieser zweiten Situation erfolgt somit keine weitere Durchmischung, die in der ersten Situation stattgefunden hat, sondern die gemischten Phasen können sich unter Wirkung der durch die Gehäusedrehung erzeugten Zentrifugalkraft im Inneren des Gehäuses trennen. Zwischen den Situationen wird bevorzugt so schnell wie möglich umgeschaltet. Um die Umschaltzeit zu verkürzen kann es vorgesehen sein, das Rührwerk aktiv zu bremsen bis dass keine Drehzahldifferenz mehr vorliegt.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen durch Mittel zur Erfassung, die Phasentrennung der Phasen messtechnisch, bevorzugt optisch und besonders bevorzugt videografisch oder photografisch zu erfassen. Eine solche Erfassung kann insbesondere in Abhängigkeit der Zeit erfolgen, z. B. für verschiedene wirkende Zentrifugalkräfte (Drehzahlen). So können mit der Erfindung Betriebsparameter (z. B. eine Paarung aus Drehzahl und zeitlicher Einwirkung der Zentrifugalkräfte) für Stoffsystem-spezifische Trennprobleme ermittelt werden.
  • Die Erfindung kann vorsehen durch intermittierende Ansteuerung des Antriebes des Rührwerkes unter fortwährendem Drehbetrieb des Gehäuses die Durchmischung und die Entmischung der Phasen zeitlich aufeinander folgend und wiederholend zu erzeugen, insbesondere um Messungen zu reproduzieren und in den Messungen eine genügende Statistik zu erzielen.
  • Der Betrieb kann dabei bevorzugt so erfolgen, dass die Drehachsen von Rührwerk und Gehäuse horizontal ausgerichtet sind. Hierdurch wird ein Schwerkrafteinfluss vernachlässigbar, da dieser bei der gewählten Ausrichtung in radialer Richtung und somit in Richtung der Zentrifugalkräfte liegt, welche die Schwerkraft um ein Vielfaches übersteigen. Grundsätzlich kann die Vorrichtung aber auch mit vertikal liegenden Drehachsen betrieben werden.
  • Die Mittel zur messtechnischen Erfassung der Phasentrennung können bevorzugt zumindest zum Teil dadurch ausgebildet werden, dass das Gehäuse wenigstens einen transparenten Bereich, insbesondere wenigstens ein Fenster, in einer Gehäusewandung umfasst, die senkrecht zur Zylinderachse liegt.
  • Durch einen solchen transparenten Bereich kann die Phasentrennung, die mit der Zeit in radialer Richtung erfolgt, beobachtet werden, sowohl visuell mit dem Auge eines Betrachters als auch bevorzugt erfindungsgemäß mit optischen Erfassungsmitteln.
  • Beispielsweise kann wenigstens ein transparenter Bereich im Zylinderboden und Zylinderdeckel des zylindrischen Gehäuses angeordnet sein, insbesondere die in axialer Richtung einander exakt gegenüberliegen. Bevorzugt können im Zylinderboden und Zylinderdeckel jeweils wenigstens zwei transparente Bereiche symmetrisch um die Zylinderachse verteilt angeordnet sein.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Mittel wenigstens eine Kamera umfassen, mittels der die Phasenverteilung und/oder Phasentrennung durch den wenigstens einen transparenten Bereich hindurch optisch, insbesondere als Serien von Einzelphotos oder auch als Video erfassbar ist.
  • Zur Reduktion des Datenvolumens sieht die Erfindung bevorzugt vor, dass die Bildaufnahme der Kamera an die Drehung des zylindrischen Gehäuses synchronisiert ist, insbesondere mittels einer Messvorrichtung, mit welcher die Drehposition des Gehäuses erfassbar und die Bildaufnahme der Kamera in Abhängigkeit von der erfassten Drehposition auslösbar ist. Es können so Einzelphotos immer dann aufgenommen werden, wenn der transparente Gehäusebereich im Erfassungsbereich der wenigstens einen Kamera liegt. Eine zeitliche Abhängigkeit kann z. B. durch ein Zeitstempelsignal erfasst werden, dass die Kamera automatisch jedem Einzelphoto oder auch einem Video zuordnet.
  • Zur besseren Bewertung der Phasentrennung kann der wenigstens eine transparente Bereich, insbesondere das wenigstens eine Fenster, in radialer Richtung eine Skalenteilung aufweisen.
  • Die Erfindung kann weiterhin vorsehen, dass das zylindrische Gehäuse, insbesondere auch die Antriebe von Gehäuse und Rührwerk, sowie die wenigstens eine Kamera in einer Kammer angeordnet sind, die im Inneren wenigstens eine Lichtquelle, zur Beleuchtung der Phasen im zylindrischen Gehäuse durch den wenigstens einen transparenten Bereich hindurch, aufweist. Eine solche Kammer kann innen reflektierende oder diffus streuende Wände aufweisen, um in der Kammer insgesamt ein Lichtfeld zu erzeugen, dass sich durch den wenigstens einen transparenten Bereich bis in das zylindrische Gehäuse erstreckt.
  • Ein besonders gute Beleuchtung wird dabei erzielt, wenn mit oder ohne eine solche Kammer in axialer Richtung beabstandet an gegenüberliegenden Stellen des zylindrischen Gehäuses transparente Bereiche (Fenster in den Wänden) vorliegen, so dass sich zwischen Kamera, Gehäuse und Beleuchtung eine Durchlichtkonfiguration ergibt. Die Erfindung kann dabei allgemein vorsehen, dass mittels einer gezielten Lichtführung, z. B. durch Spiegel das Licht auf den wenigstens einen transparenten Bereich geleitet wird.
  • Die Erfindung kann grundsätzlich vorsehen, dass ein Antrieb für das Rührwerk in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist. Ein solcher Antrieb, kann z. B. eine ebenso im Gehäuse angeordnete Energieversorgung, z. B. eine Batterie oder Akku aufweisen. Eine Ansteuerung des Antriebes des Rührwerkes kann hierbei z. B. durch ein Funksignal erfolgen, sodass für den Betrieb des Rührwerkes keinerlei Durchführungen durch das Gehäuse benötigt werden. Durch Bestromung des Antriebs z. B. in Abhängigkeit eines Funksignals kann dieser in Drehung versetzt werden, wodurch sich eine relative Drehung des Rotors des Rührwerks zum Gehäuse ergibt und daraus eine mechanische Vermischung der Phasen erfolgt. Durch Abschalten der Bestromung z. B. in Abhängigkeit eines weiteren Funksignales kann der Antrieb ausgeschaltet werden, so dass dieser sodann mit dem Gehäuse gegenüber der externen Umgebung mitdreht, also sich keine Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Gehäuse ergibt. Es erfolgt sodann die Phasentrennung aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft.
  • Die Erfindung kann jedoch auch vorsehen, dass ein Antrieb des Rührwerkes extern zum Gehäuse angeordnet ist. Hierfür kann das zylindrische Gehäuse eine Drehdurchführung aufweisen, durch welche eine Antriebswelle des Rührwerkes durch die Gehäusewandung hindurchgeführt ist, insbesondere wobei die Drehachse der Antriebswelle des Rührwerkes kollinear zur Zylinderachse ist.
  • Eine mögliche Ausführung kann vorsehen, dass die Welle des Gehäuses und die Antriebswelle des Rührwerks auf derselben Gehäuseseite liegen. In einem solchen Fall sind die Wellen bevorzugt koaxial ineinander angeordnet, besonders bevorzugt die Antriebswelle des Rührwerkes koaxial in der Welle des Gehäuses.
  • Eine mögliche andere bevorzugtere Ausführungsform kann vorsehen, dass die Drehdurchführung auf einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Gehäuses angeordnet ist, insbesondere in einem abnehmbaren Gehäusedeckel. So können Gehäuse und Rührwerk von auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Antrieben angesteuert und in Drehung versetzt werden.
  • Bei den beiden vorgenannten Ausführungen mit externem Antrieb des Rührwerkes wird dieser zur Erzielung eines Gleichlaufes (gleiche Drehzahl und gleiche Richtung) mit dem Gehäuse mit einem entsprechenden Ansteuersignal beaufschlagt, insbesondere welches zu dem des Gehäuseantriebes identisch ist. Auf diese Weise kann die Phasentrennung erzeugt und erfasst werden.
  • Durch unterschiedliche Ansteuerung ergibt sich eine Differenz in der Drehzahl und ein mechanische Vermischung, insbesondere eine Dispergierung. Zum Zweck der Mischung kann das Rührwerk auch mit einer dem Gehäuse entgegengesetzten Richtung zur Drehung angetrieben werden.
  • Um die Vermischung, insbesondere das Dispergieren durch Erzeugung starker Turbulenzen zu forcieren kann die Erfindung vorsehen, dass der Innenraum des zylindrischen Gehäuses an seiner äußeren Peripherie, bevorzugt in gleichmäßiger Winkelteilung, in radialer Richtung nach innen weisende Vorsprünge aufweist. Diese können in der Anzahl und Ausrichtung zu den Flügel des Rotors des Rührwerkes korrespondieren. Durch solche Vorsprünge werden Wandströmungen entlang des inneren Umfanges des zylindrischen Gehäuses verhindert.
  • Eine bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass die radial nach innen weisenden Vorsprünge an einem Ringelement angeordnet sind, das separat zum Gehäuse ist und in den Innenraum des Gehäuses, insbesondere der im Querschnitt kreisförmig ist, einlegbar ist. Hierfür kann bevorzugt ein Deckelelement des zylindrischen Gehäuses abnehmbar sein, insbesondere wobei das Deckelelement das Rührwerk und dessen Drehdurchführung aufweist. Ein solches separates Ringelement hat den Vorteil, dass verschiedene Ringelemente vorgehalten werden können, z. B. mit verschieden weit radial nach innen weisenden Vorsprüngen.
  • Der Rotor des Rührwerks kann in bevorzugter Ausführung mehrere, insbesondere geradlinig radial von einer Rotornabe nach außen weisende Flügel aufweisen. Insbesondere sind diese gradlinig und orthogonal zum Gehäusedeckel und Gehäuseboden/Zylinderebene um im Gleichlauf von Gehäuse und Rührwerk die Dispersion auf Gehäusegeschwindigkeit zu bringen. Dadurch dienen die Flügel des Rotors als Mitnehmer. Die Rotornabe kann dabei im Wesentlichen (abgesehen von den Flügelansätzen) im Querschnitt kreisförmig sein.
  • Die Erfindung kann hier ergänzend vorsehen, dass auf einen solchen Rotor ein mit dem Rotor mitdrehbares Steckelement aufsetzbar ist, mit dem der Innenraum des Gehäuses in radialer Richtung verkleinerbar ist. Hierdurch können die wirkenden Zentrifugalkräfte zu abnehmenden Radien beschränkt werden.
  • Das Steckelement kann bevorzugt als kreisscheibenförmige Platte ausgebildet sein, die (zumindest einseitig) eine mittige Ausnehmung aufweist, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser der Rotornabe angepasst ist und die von der Ausnehmung sich nach außen erstreckende, bevorzugt geradlinig radial verlaufenden Nute aufweist, die in die radiale Mantelfläche der Scheibe münden und die an die Rotorflügel derart angepasst sind, dass die Rotorflügel darin aufnehmbar sind. Die Erfindung kann sodann verschiedene Steckelemente aufweise, die wahlweise zum Einsatz kommen können.
  • Alternativ zu einem Steckelement für einen dieses tragenden Rotor kann die Erfindung auch vorsehen, mehrere austauschbare Rotoren bereitzustellen, die verschiedene Nabendurchmesser aufweisen. Ebenso können austauschbare Deckeleinheiten vorgesehen sein, deren Rührwerksrotoren an der Nabe verschiedene Durchmesser haben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
  • Die 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem zylindrischen Gehäuse 1, das senkrecht zur Zylinderachse 2, die mit der Drehachse übereinstimmt einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Gehäuse weist einen Boden 1a, eine Zylinderwand 1b am äußeren Umfang und einen abnehmbaren Deckel 1c auf.
  • Bezogen auf die 1 ist unten am Gehäuseboden eine Welle 3 angeordnete, deren Mittenachse kollinear zur Zylinderachse 2 ist. Durch einen an dieser Welle 3 angreifenden, hier nicht dargestellten Antrieb kann das Gehäuse insgesamt in eine Drehung um die Zylinderachse 2 versetzt werden.
  • Am Deckel 1c ist eine Drehdurchführung 4 angeordnet, durch welche eine Antriebswelle 5 eines im Inneren des Gehäuse liegenden Rührwerkes gedichtet hindurchgeführt ist. Durch einen an der Antriebswelle 4a hier nicht gezeigten Antrieb kann das Rührwerk unabhängig vom Gehäuse in Drehung versetzt werden.
  • Der Deckel 1c weist hier weiterhin zwei transparente Bereiche 5 auf, die als Fenster ausgebildet sind. Gegenüberliegend kann der Gehäuseboden 1a ebenso jeweilige transparente Bereiche aufweisen.
  • Wie 2 als Schnittzeichnung ohne den Deckel 1c verdeutlicht weist das Rührwerk neben der Antriebswelle 4a eine Nabe 6 auf, von der sich in dieser Ausführung radial gradlinig nach außen mehrere Flügel 7 erstrecken. Auf den durch Nabe 6 und Flügel 7 gebildeten Rotor des Rührwerkes ist hier ein Steckelement 8 aufgesteckt, dass den freien Innenraum des Gehäuses 1 verkleinert, indem dessen Innenradius von dem Nabenradius auf den des Steckelementes 8 vergrößert wird.
  • An der äußeren Peripherie des Innenraumes im Gehäuse 1 sind mehrere radial nach innen weisende Vorsprünge 9 angeordnet, deren Anzahl der Anzahl der Flügel entspricht und deren Winkelteilung derjenigen der Flügel entspricht. Bei einer Rotation der Flügel 7 im Innenraum kann so eine Randströmung entlang der äußeren Innenraumwand vermieden werden.
  • In dieser Ausführung sind die Vorsprünge 9 an einem Ringelement 10 angeordnet, dass separat zum Gehäuse ist und in dieses einlegbar ist. Dieser Ring weist oberseitig und unterseitig Gewindestifte 11 auf die durch fluchtende Ausnehmungen im Gehäuseboden 1a und Deckel 1c hindurchgreifen.
  • Radial innenliegend mit Bezug zu den Radiuspositionen der Gewindestifte 11 weist die Ringoberseite und Ringunterseite in dieser Ausführung einen Dichtungsring 12 zur Abdichtung der Elemente auf. Dieser begrenzt das Innere des Gehäuses in radialer Richtung, sodass die Gewindestifte und die Durchgänge im Gehäuseboden und Deckel nicht mit dem Stoffsystem in Kontakt kommen.
  • 3 visualisiert in Verbindung mit 1 die Funktion der Vorrichtung. In einem zeitlichen Bereich I werden die Antriebe von Gehäuse und Rührwerk so angesteuert, dass sich eine von Null abweichende Differenzdrehzahl zwischen diesen ergibt, sich also der Rotor des Rührwerkes relativ zum Gehäuse dreht. Dabei können Rotor und Gehäuse in gleicher Richtung oder auch entgegengesetzt drehen. In diesem zeitlichen Bereich erfolgt eine mechanische Durchmischung/Dispergierung zweier z. B. flüssiger Phasen, die in das Gehäuse eingefüllt sind.
  • Im zeitlichen Bereich II wird der Antrieb des Rührwerkes so angesteuert, dass er in derselben Richtung und mit derselben Drehzahl dreht, wie das Gehäuse. Damit ist die Differenzdrehzahl Null, d. h. relativ zum Gehäuse ruht der Rotor, während Rotor und Gehäuse relativ zur Umgebung rotieren. Dadurch unterbleibt die vorherige Durchmischung und die beiden flüssigen Phasen können sich wieder trennen.
  • Das Durchmischen der Phasen und das nachfolgende Trennen kann wiederholend ausgeführt werden. Hierbei ist es vorgesehen die Mischung und nachfolgende Phasentrennung mittels einer Kamera 13 durch die Fenster 5 zu erfassen. Die Kamera 13 kann durch das Triggersignal T eines Detektors 15 ausgelöst werden, der detektiert, wenn eine Markierung 14 auf der äußeren Mantelfläche 1b bei der Drehung an diesem vorbeiläuft. Z. B. kann der Detektor die Markierung 14 optisch oder magnetisch erfassen. So macht die Kamera bevorzugt immer dann Einzelphotos, wenn ein Fenster 5 sich bei der Drehung im Erfassungsbereich befindet.
  • Der zeitliche Verlauf der Phasentrennung zweier oder auch mehr flüssiger Medien kann so in Abhängigkeit verschiedener wirkender Zentrifugalkräfte messtechnisch erfasst werden. Ein Zentrifugalabscheider, der später dieselben Phasen trennen soll, kann anhand der gewonnenen Ergebnisse der Erfassung ausgelegt und in einem dem Trennproblem spezifischen Arbeitsbereich betrieben werden.
  • Die Befüllung und/oder Belüftung kann durch Bohrungen, vorzugsweise Gewindebohrungen im Gehäuseboden 1a und/oder Deckel 1c erfolgen. Gewindebohrungen sind hier durch Schrauben 16 dicht verschlossen.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens im Zentrifugalfeld von wenigstens zwei Phasen, insbesondere die ineinander nicht mischbar sind, insbesondere die jeweils als Flüssigkeit vorliegen, gekennzeichnet durch: a. ein hohlzylindrisches Gehäuse (1a. 1b, 1c) zur Aufnahme der Phasen b. eine an einer ersten Seite (1a) des Gehäuses (1a, 1b, 1c) angeordneten Welle (3), mit welcher das Gehäuse (1a, 1b, 1c) um seine Zylinderachse (2) drehend antreibbar ist, c. ein Rührwerk (4a, 6, 7) im Inneren des Gehäuses (1a, 1b, 1c), das unabhängig von einer Drehung des Gehäuses (1a, 1b, 1c) relativ zu diesem drehend antreibbar ist, d. Mittel zur Erfassung, insbesondere optischen Erfassung der Verteilung der Phasen in radialer Richtung.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens einen transparenten Bereich (5), insbesondere wenigstens ein Fenster (5), in wenigstens einer Gehäusewandung (1a, 1c) umfassen, die senkrecht zur Zylinderachse (2) liegt, insbesondere wenigstens ein transparenter Bereich (5) im Gehäuseboden (1a) und Gehäusedeckel (1c) des zylindrischen Gehäuses (1a, 1b, 1c) angeordnet ist, bevorzugt im Gehäuseboden (1a) und Gehäusedeckel (1c) jeweils wenigstens zwei transparente Bereiche (5) symmetrisch um die Zylinderachse (2) verteilt angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine Kamera (13) umfassen, mittels der die Phasenverteilung der Phasen durch den wenigstens einen transparenten Bereich (5) hindurch optisch erfassbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme der Kamera (13) an die Drehung des zylindrischen Gehäuses (1a, 1b, 1c) synchronisiert ist, insbesondere mittels einer Messvorrichtung (15), mit welcher die Drehposition des Gehäuses (1a, 1b, 1c) erfassbar und die Bildaufnahme der Kamera (13) in Abhängigkeit von der erfassten Drehposition auslösbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine transparente Bereich (5), insbesondere das wenigstens eine Fenster (5), in radialer Richtung eine Skalenteilung aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (1a, 1b, 1c), insbesondere auch die Antriebe von Gehäuse (1a, 1b, 1c) und Rührwerk (4a, 6, 7) sowie die wenigstens eine Kamera (13) in einer Kammer angeordnet sind, die im Inneren wenigstens eine Lichtquelle aufweist zur Beleuchtung der Phasen im zylindrischen Gehäuse (1a, 1b, 1c) durch den wenigstens einen transparenten Bereich (5) hindurch.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (1a, 1b, 1c) eine Drehdurchführung (4) aufweist, durch welche eine Antriebswelle (4a) des Rührwerkes (4a, 6, 7) durch die Gehäusewandung (1c) hindurchgeführt ist, insbesondere wobei die Drehachse der Antriebswelle (4a) des Rührwerkes (4a, 6, 7) kollinear zur Zylinderachse (2) ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung (4) auf einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Gehäuses (1a, 1b, 1c) in einem abnehmbaren Gehäusedeckel (1c) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des zylindrischen Gehäuses (1a, 1b, 1c) an seiner äußeren Peripherie, bevorzugt in gleichmäßiger Winkelteilung, in radialer Richtung nach innen weisende Vorsprünge (9) aufweist, insbesondere die in der Anzahl und Ausrichtung zu den Flügel (7) des Rotors des Rührwerkes (4a, 6, 7) korrespondieren.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen weisenden Vorsprünge (9) an einem Ringelement (10) angeordnet sind, das separat zum Gehäuse (1a, 1b, 1c) ist und in den Innenraum des Gehäuses (1a, 1b, 1c), insbesondere der im Querschnitt kreisförmig ist, einlegbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6, 7) des Rührwerks (4a, 6, 7) mehrere radial von der Rotornabe (6) nach außen weisende Flügel (7) aufweist, auf die ein mit dem Rotor (6, 7) mitdrehbares Steckelement (8) aufsetzbar ist, mit dem der Innenraum des Gehäuses (1a, 1b, 1c) in radialer Richtung verkleinerbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckelement (8) als kreisscheibenförmige Platte ausgebildet ist, die eine mittige Ausnehmung aufweist, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser der Rotornabe (6) angepasst ist und die von der Ausnehmung sich radial nach außen erstreckende Nute aufweist, die in die radiale Mantelfläche der Scheibe münden und die an die Rotorflügel (7) derart angepasst sind, dass die Rotorflügel (7) darin aufnehmbar sind.
  13. Verfahren zur Untersuchung des Phasentrennverhaltens im Zentrifugalfeld von wenigstens zwei, insbesondere ineinander nicht mischbaren Phasen, insbesondere die jeweils als Flüssigkeit vorliegen, wobei die Phasen in ein zylindrisches Gehäuse (1a, 1b, 1c) eingebracht werden, welches um seine Zylinderachse (2) gedreht wird zur Erzeugung einer auf die Phasen wirkenden Zentrifugalkraft, wobei mit einem im Inneren des Gehäuses (1a, 1b, 1c) angeordneten und unabhängig vom Gehäuse (1a, 1b, 1c) drehend antreibbaren Rührwerk (4a, 6, 7) während der Rotation des Gehäuses (1a, 1b, 1c) eine Drehzahldifferenz zwischen Rührwerk (4a, 6, 7) und Gehäuse (1a, 1b, 1c) erzeugt wird zur Durchmischung der Phasen und in einem zeitlichen Intervall, in welchem Gehäuse (1a, 1b, 1c) und Rührwerk (4a, 6, 7) keine Drehzahldifferenz aufweisen, die Entmischung der Phasen messtechnisch, insbesondere optisch erfasst wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch intermittierende Ansteuerung des Antriebes des Rührwerkes (4a, 6, 7) unter fortwährendem Drehbetrieb des Gehäuses (1a, 1b, 1c) die Durchmischung und die Entmischung der Phasen zeitlich aufeinander folgend und wiederholend erzeugt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Vorrichtung die Drehachsen (2) von Rührwerk (4a, 6, 7) und Gehäuse (1a, 1b, 1c) horizontal ausgerichtet sind.
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