DE1106257B - Fluessigkeit-Fluessigkeit-Mischzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeit-Flüssigkeit-Mischzentrifuge. Solche Zentrifugen werden für Extraktionsvorgänge zwischen zwei teilweise oder vollständig unmischbaren flüssigen Phasen unterschiedlicher Dichte verwendet. Die Phasen werden in die Schleudertrommel eingeführt und in dieser i

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mehreren Stufen wiederholt gemischt und getrennt. Hinsichtlich des Einführens und Ableitens der Phasen kann die Strömung als Gegenströmung bezeichnet werden, da der Einführungspunkt der schweren Phase innerhalb desjenigen der leichten Phase liegt, während der Abzug der schweren Phase außerhalb der Ableitstelle der leichten Phase vorgesehen ist. Um Klärzonen für die leichte und schwere Phase zu schaffen, wird die schwere Phase von einer Stelle außerhalb der Einführungsstelle der leichten Phase entfernt, und in ähnlicher Weise wird die leichte Phase an einer Stelle innerhalb der Einführungsstelle der schweren Phase abgezogen.

Um das wiederholte Mischen und Trennen von leichter und schwerer Phase zu fördern, ist innerhalb der Schleudertrommel eine Reihe von zylindrischen Trennwänden vorgesehen. Diese Trennwände sind mit Abstand koaxial zur Trommelwelle angeordnet. Sie weisen eine Vielzahl kleiner, über ihre Oberflächen verteilter Öffnungen auf. Die Phasen müssen also bei der Auswärts- oder Einwärtsbewegung innerhalb der Schleudertrommel durch die Öffnungen der Trennwände fließen.

Es wurde schon seit langem der Versuch gemacht, die Zentrifugen der beschriebenen Art dergestalt zu verbessern, daß sie den veränderlichen Bedingungen bei der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Mischung angepaßt sind. Eine Möglichkeit hierfür ist die Regelung durch Ändern der Drehzahl der Schleudertrommel. Bei höheren Drehzahlen wird eine größere Zentrifugalkraft erzeugt, und diese wiederum führt im allgemeinen zu einer Verbesserung der Trennung der Phasen. Es gibt bisher jedoch kein Mittel, um Ausmaß und Grad der Mischung der Phasen innerhalb der Vorrichtung wahlweise zu regeln. Da eine vollständige Extraktionsstufe notwendigerweise sowohl den Mischvorgang als auch den Trennvorgang umfaßt, ist es leicht verständlich, daß die Entwicklung von Vorrichtungen, die das Ausmaß der Mischung regeln, von großer Bedeutung ist. Ziel der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Mischzentrifuge mit wahlweiser Änderung der Mischenergie.

Flüssigkeit-Flüssigkeit-Mischzentrifuge

Anmelder:

Walter J. Podbielniak, Chicago, 111.

(V. St. A).

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und DipL-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freiligrathstr. 19

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Oktober 1958

Im folgenden wird der Ausdruck

»Mischenergie«

im allgemeinen Sinn verwendet und bezeichnet alle die Faktoren, welche dazu beitragen, daß sich die Phasen innerhalb der Schleudertrommel mischen. Die Faktoren, die eine Trennung der Phasen hervorrufen, werden im folgenden durch den allgemeinen Ausdruck »Trennkraft« erfaßt.

Wie bereits erwähnt, kann die Trennkraft normalerweise durch Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit vergrößert werden. Im allgemeinen wächst die Mischenergie, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Phasen durch die Schleudertrommel zunimmt. Außerdem wird die Mischenergie durch Größe und Anzahl der Löcher in den konzentrischen Trennwänden beeinflußt. Für eine Mischzentrifuge, die mit einer bestimmten Kapazität arbeitet, gab es bisher jedoch kein Mittel, um die Mischenergie selektiv unabhängig von der Trennkraft zu ändern.

Es war bisher üblich, die Trennwände innerhalb der Schleudertrommel nur mit verhältnismäßig kleinen Löchern zu versehen und die Löcher von Trennwand zu Trennwand zu versetzen. Dieses wurde für unerläßlich gehalten, um ein Kanellieren zu vermeiden. Gemäß der Erfindung sind jedoch große, in einer Flucht liegende Löcher vorgesehen, ohne daß sich irgendwelche Schwierigkeiten hinsichtlich einer Kanellierung ergeben. Der Zweck dieser Löcher und die dadurch erzielten Ergebnisse sind im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrifuge gemäß der Erfindung, wobei die Schleudertrommel und Teile der Trommelwelle im Schnitt gezeichnet sind,

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Fig. 2 eine Teilansicht der Trennwände zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Erfmdungsprinzips und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Einrichtung zur Regelung der Mischenergie.

Die Zentrifuge weist eine Trommelwelle 10 auf, die in Lagern 11 gelagert ist. Die Lager weisen eine ölzuführung 12 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Trommelwelle 10 durch eine Antriebsscheibe 13 angetrieben.

Die Schleudertrommel 14 ist starr mit der Trommelwelle 10 verbunden. Mehrere im Abstand angeordnete Trennwände 15 sind innerhalb der Schleudertrommel 14 vorgesehen und umgeben koaxial die Trommelwelle 10. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Trennwände 15 die Form von Ringen auf, und sie besitzen mehrere vergleichsweise kleine Löcher 16, die über ihre Oberfläche verteilt sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Zentrifuge ist mit Mitteln zum Einführen und Ableiten der leichten bzw. schweren Phasen versehen. Die leichte Flüssigkeit wird in einem festen Einlaß 17 zugeführt, durchläuft eine Dichtung 18 und gelangt in einen axialen Kanal 19. Die leichte Flüssigkeit verläßt den axialen Kanal 19 in einem Raum innerhalb der Schleudertrommel 14 ebenso wie die schwere Flüssigkeit durch den Kanal 22. Die leichte Flüssigkeit wird außerhalb der schweren Flüssigkeit eingeführt. Beispielsweise kann die leichte Flüssigkeit im Bereich L und die schwere Flüssigkeit im Bereich H zugeführt werden. Es ist selbstverständlich, daß entsprechende Leitungen an den Bereich L mit dem Kanal 19 und an den Bereich// mit dem Kanal 22 angeschlossen werden.

Die leichte Flüssigkeit wird in der Nähe der Trommelwelle und innerhalb der Stelle abgezogen, an der die schwere Phase zugeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die leichte Flüssigkeit durch einen Kanal 23 abgezogen und verläßt die Zentrifuge nach Durchfließen der Dichtung 25 im Auslaß 24. Entsprechend wird die schwere Flüssigkeit von einer Stelle in der Nähe der äußeren Trommelwand abgezogen, und zwar durch Kanäle 26, die zwischen den Scheiben 27 und den Stirnwänden 28 vorgesehen sind. Die Kanäle 26 stehen mit einem Kanal 29 in Verbindung, der durch eine Dichtung 30 verläuft, um die schwere Phase im Auslaß 31 abzuleiten.

Gemäß der Erfindung sind die Trennwände 15 außer mit mehreren vergleichsweise kleinen Löchern 16 mit einer wesentlich kleineren Anzahl vergleichsweise großer Öffnungen 32 versehen. Die Öffnungen 32 sind, wie aus Fig. 1 zu erkennen, in einer Vielzahl von in radialen Ebenen liegenden Gruppen angeordnet, so daß sich jede Gruppe von der äußeren Trennwand aus nach innen erstreckt. Der Querschnitt in Fig. 1 zeigt sechs solcher Gruppen, und es ist selbstverständlich, daß in anderen radialen Ebenen zusätzliche Gruppen vorgesehen werden können. Es ist ferner selbstverständlich, daß diese Gruppen aus Öffnungen und auch andere Komponenten der Schleudertrommel symmetrisch ausgebildet werden müssen, da die Schleudertrommel mit hohen Geschwindigkeiten umläuft und genau ausbalanciert sein muß.

Die Außenwand der Schleudertrommel 14 weist eine Reihe von Bohrungen 33 auf, die jeweils in einer Flucht mit den Gruppen der Öffnungen 32 liegen. Innerhalb jeder der Bohrungen 33 sind auswechselbare Stopfen 34, 35 und 36 vorgesehen, die in die entsprechenden Bohrungen eingeschraubt sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die in einer Flucht mit den Stopfen 35 liegenden Gruppen von Öffnungen 32 offen. Auf der anderen Seite sind die in einer Flucht mit den Stopfen 34 liegenden Öffnungen 32 mit Ausnahme der drei innersten Öffnungen jeder Gruppe vollständig durch die auswechselbaren Verschlüsse 37 ausgefüllt. In ähnlicher Weise sind alle mit den Stopfen 36 in einer Flucht liegenden öffnungen 32 mit Ausnahme der drei innersten öffnungen jeder Gruppe teilweise durch die auswechselbaren Verschlüsse 38 ausgefüllt. Die Verschlüsse 37

ίο bzw. 38 bestehen aus Verlängerungen der Stopfen 34 und 36 und sind mit diesen Stopfen entfernbar. Man erkennt, daß die Verschlüsse 37 der Stopfen 34 ungefähr den gleichen Querschnitt wie die öffnungen 32 aufweisen, durch die sie sich erstrecken. Die Ver-Schlüsse 38 der Stopfen 36 haben jedoch einen wesentlich geringeren Querschnitt als die von ihnen durchsetzten öffnungen 32.

Soll beim Betrieb der Zentrifuge nach Fig. 1 die Mischenergie innerhalb der Schleudertrommel geändert und dabei gesteigert werden, so werden die Stopfen 36 zusammen mit ihren Verschlüssen 38 entfernt und durch Stopfen und Verschlüsse ersetzt, die im wesentlichen den Stopfen 34 und den Verschlüssen 37 entsprechen. Dieser Ersatz führt zu einem vollständigen Verschluß der öffnungen in den mit den Stopfen 36 in Flucht liegenden Gruppen und damit zu einer Abnahme der gesamtverfügbaren Fläche der Öffnungen. Ist eine weitere Steigerung der Mischenergie erforderlich, so werden den Stopfen 34 und den Verschlüssen 37 im wesentlichen identische Stopfen und Verschlüsse für die Stopfen 35 eingesetzt, entweder an Stelle oder zusätzlich zum Ersatz der Stopfen 36 und Verschlüsse 38.

Da die Öffnungen 32 in den mit den Stopfen 35 fluchtenden Gruppen, wie aus Fig. 1 zu erkennen, vollständig unbeeinflußt sind, ergibt sich, daß der Ersatz der Elemente, wie der Stopfen 34 und der Verschlüsse 37, eine merkliche Verminderung in der Gesamtfläche der Öffnungen zur Folge hat.

Soll auf der anderen Seite die Mischenergie der Vorrichtung nach Fig. 1 vermindert werden, so ist es lediglich notwendig, die Stopfen 34 und die Verschlüsse 37 oder die Stopfen 36 und die Verschlüsse 38 zu entfernen und Stopfen 35 ohne Verlängerungen einzusetzen. Der Ersatz der Stopfen 34 und Verschlüsse 37 durch die Stopfen 35 bewirkt einen stärkeren Abfall der Mischenergie innerhalb der Vorrichtungen als der Ersatz der Stopfen 36 und Verlängerungen 38 durch die Stopfen 35.

Durch die beschriebene Anordnung kann die Zentrifuge so eingestellt werden, daß sich eine optimale Mischenergie für den jeweiligen Extraktionsvorgang ergibt. Wenn beispielsweise die beiden flüssigen Phasen dazu neigen, eine Emulsion zu bilden, so kann dies gewöhnlich durch Herabsetzen der Mischenergie vermieden werden. Allgemein gesprochen bedeutet dies, daß die Mischenergie und die Trennkraft durch Einstellung der Öffnungsfläche in den gelochten Ringen in der beschriebenen Weise und durch Änderung der Drehzahl der Schleudertrommel ausgeglichen werden können. Durch Ausgleich der Mischenergie und der Trennkraft kann die maximal mögliche Anzahl von Stufen erreicht werden, wäh gleichzeitig Emulsionen und unnötig hohe Umlaufgeschwindigkeiten vermieden werden. Dies führt zu einer optimalen Wirkungsweise der Zentrifuge d verlängert deren Lebensdauer, da ein übermäßiger Verschleiß in den Lagern und anderen Teilen vermieden wird. Gleichzeitig verursacht die Anwendung großer, in einer Flucht liegender öffnungen, wie dier

Gruppen der öffnungen 32, keine merkliche nachteilige Kanellierung der Flüssigkeit oder führt zu einer anderen Herabsetzung der Stufenwirksamkeit, die auf diese Kanellierung zurückgeführt werden könnte.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Stopfenverschlusses, beispielsweise des Verschlusses 38 nach Fig. 1, der nur teilweise die Öffnungen in den Trennwänden verschließt. In Fig. 2 weist der Verschluß 38 a eine im wesentlichen konische Form auf, so daß er fortschreitend in seinem Querschnitt in Richtung zur Trommelachse abnimmt, d. h., die Öffnungen 32', durch die sich der Verschluß 38 a erstreckt, sind allmählich mit großem radialem Abstand von der Trommelachse vollständig blockiert, während die näher an der Trommelachse liegenden Öffnungen nur teilweise und tatsächlich in fortschreitend geringerem Ausmaß blockiert sind. Die zwischen den Verschlüssen 38 a und den Öffnungen 32' vorhandenen Öffnungen haben den Vorteil eines noch besseren Ausgleiches zwischen Mischenergie und Trennkraft. Da die Zentrifugalkraft, die die schwere Phase nach außen treibt und die leichtere Phase nach innen verschiebt, fortschreitend mit steigendem radialem Abstand zunimmt, ergibt sich unvermeidlich für jede gegebene Umlaufgeschwindigkeit eine größere Trennkraft in dem äußeren wie in dem inneren Ring. Bei der Verwendung der Verschlüsse 38 a mit fortschreitender Abnahme der Querschnittsfläche in Richtung zur Trommelachse kann die verfügbare Mischenergie mit wachsendem radialem Abstand von der Trommelachse gesteigert werden. Dies ist von besonderer Bedeutung beim Erreichen einer maximalen Anzahl von Stufen von der Achse zur Außenwand der Schleudertrommel. Die im äußeren Teil der Durchlässe vorhandene größere Trennkraft kann gegen eine entsprechend größere Mischenergie ausgeglichen werden, so daß der Vorteil einer größeren Trennkraft mit einer größeren Stufenwirksamkeit in den äußeren Teilen der Schleudertrommel erhalten wird.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Stopfenverschlusses, die Verwendung finden kann, um die gleichen Ergebnisse wie mit dem Verschluß 38 a nach Fig. 2 zu erreichen. Es ist zu erkennen, daß der Verschluß 38 b in Fig. 3 ebenfalls fortschreitend im Querschnitt in Richtung zur Trommelachse abnimmt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglich, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeit-Flüssigkeit-Mischzentrifuge mit im radialen Abstand angeordneten, die Trommelwelle konzentrisch umgebenden zylindrischen Trennwänden innerhalb der Schleudertrommel, von denen wenigstens einige mit einer Vielzahl von vergleichsweise kleinen Öffnungen versehen sind, gekennzeichnet durch eine wesentlich kleinere Anzahl von vergleichsweise großen Öffnungen (32), die in in radialen Ebenen liegenden Gruppen derart angeordnet sind, daß sich jede Gruppe von innen zur äußersten Trennwand erstreckt, und durch auswechselbare Verschlüsse (37, 38), die wenigstens teilweise die Öffnungen einiger dieser Gruppen abdecken, während die Öffnungen in anderen dieser Gruppen offen bleiben, wobei die Schleudertrommel (14) jeweils einen Zugang (33) in einer Flucht mit jeder Gruppe und einen in jedem Zugang sitzenden Stopfen (34, 35, 36) aufweist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der entfernbaren Verschlüsse (37) nach innen sich erstreckende Verlängerungen aufweist und diese Verschlüsse im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die öffnungen (32) haben, durch die sie sich erstrecken, während andere dieser Verschlüsse (38) einen wesentlich kleineren Ou rschnitt als die von ihnen durchsetzten öffnungen (32) aufweisen.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der entfernbaren Verschlüsse nach innen weisende Verlängerungen (37, 38) aufweist und die Verschlüsse fortschreitend im Querschnitt in Richtung der Trommelachse (10) abnehmen.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsse (37, 38) sich konisch verjüngend in Richtung der Trommelachse (10) zulaufen.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser der Verschlüsse (37, 38) stufenweise in Richtung zur Trommel achse (10) vermindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 711 252, 711 316.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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