DE1129458B

DE1129458B - Method and device for the quantitative separation of particles suspended in liquids or gases

Info

Publication number: DE1129458B
Application number: DEG21830A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Alexander Goetz
Original assignee: DR PHIL HABIL ALEXANDER GOETZ
Current assignee: DR PHIL HABIL ALEXANDER GOETZ
Priority date: 1957-04-04
Filing date: 1957-04-04
Publication date: 1962-05-17

Description

Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Ab trennung von in Flüssigkeiten oder Gasen suspendierten Teilchen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Abtrennung von in Flüssigkeiten oder Gasen suspendierten Teilchen im kolloidalen Größenbereich. Method and device for the quantitative separation of liquids or gases suspended particles The invention relates to a method and a device for the quantitative separation of those suspended in liquids or gases Particles in the colloidal size range.

Unter kolloidalem Größenbereich sollen dabei Teilchengrößen von <1 ffi Durchmesser verstanden werden, die in Flüssigkeiten oder Gasen suspendiert sind, obgleich das im folgenden beschriebene Prinzip unter Umständen auch auf Teilchengrößen bis zu 5 Durchmesser und darüber Anwendung finden kann. In the colloidal size range, particle sizes of <1 ffi diameters are understood that are suspended in liquids or gases, although the principle described below may also affect particle sizes up to 5 diameters and above can be used.

Nach den bisher bekannten Trennverfahren wurden die Schwebstoffteilchen im kolloidalen Größenbereich durch Feinfiltration (z. B. unter Verwendung mikroporöser Membranen oder Filze außerordentlich dünner Fasern) oder durch Verfahren, welche die unterschiedliche elektrische Ladung der Schwebstoffteilchen oder ihr unterschiedliches Trägheitsmoment ausnutzen, aus dem suspendierten Zustand quantitativ abgetrennt. According to the previously known separation process, the suspended matter particles were in the colloidal size range by fine filtration (e.g. using microporous Membranes or felts of extremely thin fibers) or by processes which the different electric charge of the particulate matter or their different Take advantage of the moment of inertia, quantitatively separated from the suspended state.

Bei diesem Verfahren ist der große Energiebedarf nachteilig, der notwendig ist, um die Strömungswiderstände der feinporigen Filtermassen zu überwinden oder den Luftstrom so stark zu beschleunigen, daß die Trägheitsmomente der kleinsten Teilchen noch zur Wirkung kommen, um überhaupt die Abscheidung zu ermöglichen. In this process, the large energy requirement is disadvantageous is necessary to overcome the flow resistance of the fine-pored filter media or to accelerate the air flow so strongly that the moments of inertia are the smallest Particles still come into effect in order to enable separation at all.

Ein weiterer Nachteil, insbesondere vom analytischen Standpunkt aus betrachtet, besteht darin, daß die großen und die kleinen Teilchen zusammen gleichzeitig abgeschieden werden, so daß die Masse und die chemische Natur der großen Teilchen die der kleinen Teilchen völlig überdecken, so daß letztere daher der Analyse nicht zugängig gemacht werden können. Außerdem haben die meisten dieser Abtrennungsverfahren, z. B. mittels Filter, den Nachteil, daß die Filtriergeschwindigkeit im Laufe der Zeit durch allmähliche Verstopfung der Filteroberflächen sich verringert und infolgedessen ein Dauerbetrieb nicht ermöglicht wird. Another disadvantage, especially from an analytical point of view considered, consists in the fact that the large and the small particles come together at the same time deposited so that the mass and chemical nature of the large particles that of the small particles completely cover them up, so that the latter are therefore not subject to analysis can be made accessible. In addition, most of these separation processes, z. B. by means of filters, the disadvantage that the filtering speed in the course of Time due to gradual clogging of the filter surfaces is reduced and consequently continuous operation is not possible.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Abtrennung der suspendierten Schwebstoffe durch Zentrifugalkräfte, welche auf einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom einwirken, ermöglicht wird. Bei einer vorbekannten Vorrichtung zum Abscheiden sehr feiner Staubteilchen aus einer Suspension wird zwar bereits eine Zentrifugalwirkung auf diese Staubteilchen ausgeübt, jedoch in nachteiliger Weise nur eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des mit den Staubteilchen beladenen Mediums. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit bewirkt eine sehr nachteilige hohe Turbulenz innerhalb des Mediumstromes. The invention is based on the knowledge that the separation of the suspended solids by centrifugal forces acting on a gas or liquid flow act, is made possible. In a previously known device for separating very much fine dust particles from a suspension will already have a centrifugal effect exerted on these dust particles, but disadvantageously only a high flow velocity of the medium loaded with the dust particles. This high flow rate causes a very disadvantageous high turbulence within the medium flow.

Die Erfindung geht daher von der weiteren Erkenntnis aus, daß die Strömung des Gases oder der Flüssigkeit laminaren Charakter hat und Turbulenz ausschließen muß. In einer turbulenten Strömung werden nämlich die kleinsten Teilchen infolge ihrer sehr geringen Masse von der Turbulenz stärker beeinflußt als von der Zentrifugalbeschleunigung. Infolge der ständigen Aufwirbelung in einer turbulenten Strömung können sie daher nicht mehr oder nur teilweise ausgeschieden werden. Wird ein kontinuierlicher Strom durch einen Kanal geleitet, der einen Kreis oder eine Schraubenlinie beschreibt, dann ist die auf die Schwebstoffteilchen wirkende Zentrifugalbeschleunigung proportional dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit durch den Kanal. Eine laminare Strömung kann aber nur bei relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten aufrechterhalten werden (d. h. bei kleinen Reynoldschen Zahlen). Es ist dementsprechend nur möglich, die erforderliche Zentrifugalwirkung durch extrem große Kanallängen zu erreichen, welche den Schwebstoffen die Zeit zum Ausfall (in radialer Richtung) geben. Die für Teilchen von der Größenordnung 0,1 bis 1,0 It erforderlichen Kanallängen machen die Anwendung dieses Prinzips unmöglich. The invention is therefore based on the further knowledge that the The flow of gas or liquid has a laminar character and excludes turbulence got to. In a turbulent flow, the smallest particles are the result Their very low mass is more strongly influenced by turbulence than by centrifugal acceleration. As a result of the constant whirling up in a turbulent flow, they can therefore can no longer or only partially be eliminated. Becomes a continuous stream guided through a channel that describes a circle or a helix, then the centrifugal acceleration acting on the suspended matter is proportional the square of the flow velocity through the channel. A laminar flow but can only be maintained at relatively low flow velocities (i.e. with small Reynolds numbers). Accordingly, it is only possible to use the to achieve the required centrifugal effect through extremely large channel lengths, which give the suspended solids the time to fail (in the radial direction). The one for particles of the order of 0.1 to 1.0 It required channel lengths make the application this principle is impossible.

Eine zusätzliche prinzipielle Schwierigkeit ergibt sich durch die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb der laminaren Strömung: Während die maximale Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung liegt, fällt die Geschwindigkeit parabolisch nach den Kanalwänden zu ab und verschwindet an der Wand gänzlich. Hieraus folgt, daß die Zentrifugalbeschleunigung bei einem kreisförmig geleiteten Strom analog verläuft, d. h. daß die Radialbewegung der Schwebstoffteilchen vor dem Berühren der äußeren Wand des Kanals zum Stillstand kommt, die Teilchen also nicht an der Wand abgeschieden werden, sobald ihre Masse so gering ist, daß ihre Trägheit sie nicht durch die ruhende Grenzschicht an der äußeren Kanalwand hindurchführt. Deshalb ist es prinzipiell unmöglich, mit dieser Methode Teilchen mit Massen, die Durchmesser von 0,1 bis 0,5 F haben, quantitativ auszuscheiden. An additional fundamental difficulty arises from the Velocity distribution within the laminar flow: While the maximum If the speed is in the middle of the flow, the speed drops parabolically after the Canal walls and disappears completely on the wall. From this it follows that the centrifugal acceleration in a circularly directed Current is analogous, d. H. that the radial movement of the suspended matter before touching the outer wall of the channel comes to a standstill, i.e. the particles cannot be deposited on the wall as soon as their mass is so small that their Inertia does not lead them through the dormant boundary layer on the outer canal wall. Therefore it is in principle impossible to use this method to find particles with masses that Have diameters of 0.1 to 0.5 F, to be excreted quantitatively.

Soweit bereits ein spiralförmiger Einsatz für Schleudertrommeln bekanntgeworden ist, dessen Ausbuchtungen Öffnungen aufweisen und hiermit eine laminare Strömung sich erzielen läßt, so eignet sich eine solche Vorrichtung nur zum Abtrennen verhältnismäßig grober Dispersionen. As far as a spiral insert for centrifugal drums has already become known is whose bulges have openings and thus a laminar flow can be achieved, such a device is only relatively suitable for separation coarse dispersions.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bisher bekannten Nachteile und Schwierigkeiten zu vermeiden. The object of the invention is the previously known disadvantages and Avoid difficulties.

Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich das Verfahren zur quantitativen Abtrennung von in Flüssigkeiten oder Gasen suspendierten Teilchen im kolloidalen Größenbereich dadurch, daß ein kontinuierlicher Flüssigkeits- oder Gasstrom mit den zu trennenden, in gleicher Richtung strömenden Schwebstoffen in an sich bekannter Weise in einem Kanal einer hohen, etwa senkrecht zur Strömung wirkenden Zentrifugalbeschleunigung unterworfen und dabei laminare Strömungsbedingungen eingehalten werden.According to the invention, the method is characterized by quantitative Separation of particles suspended in liquids or gases in the colloidal Size range in that a continuous flow of liquid or gas with the suspended matter to be separated and flowing in the same direction is known per se Way in a channel with a high centrifugal acceleration acting approximately perpendicular to the flow subject to laminar flow conditions.

Zweckmäßig wird in dem zu behandelnden Gasstrom eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zerstäubt. It is advisable to use a liquid in the gas stream to be treated, preferably water, atomized.

Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens kann vorteilhafterweise aus einem um seine Symmetrieachse drehbar angeordneten kreisringförmigen Kanal bestehen, bei dem die äußere Begrenzung des Kanalquerschnitts in der Axialebene gerade ausgeführt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform trägt der vorzugsweise schraubenlinienförmige Kanal an einem Ende ein seinen Querschnitt verringerndes Sperrstück. A device for performing the method can advantageously consist of an annular channel rotatably arranged around its axis of symmetry, in which the outer boundary of the channel cross-section in the axial plane is straight is. In a preferred embodiment, it is preferably helical Channel at one end a locking piece reducing its cross-section.

Durch ein derartiges Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, auf die Strömung im Kanal ein Zentrifugalfeld wirken zu lassen, das unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit durch den Kanal ist, da ersteres durch die Winkelgeschwindigkeit des Rotationskörpers, letztere aber unabhängig hiervon durch den Druckabfall längs des Kanals bestimmt wird. Es ist somit möglich, eine große Absolutgeschwindigkeit (und damit eine große Zentrifugalbeschleunigung) mit einer geringen relativen Geschwindigkeit der Strömung innerhalb des Kanals zu vereinigen und damit die beiden widersprechenden Bedingungen zu erfüllen, d. h. eine laminare Strömung bei großer absoluter Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten sowie die Wirksamkeit der Zentrifugalkräfte auch an der ruhenden Grenzschicht an der Außenwand des Kanals. By such a method and a device according to the invention there is the possibility of a centrifugal field acting on the flow in the channel to let that is independent of the flow velocity through the channel, because the former is due to the angular velocity of the body of revolution, but the latter is determined independently of this by the pressure drop along the channel. It is thus possible, a high absolute speed (and thus a high centrifugal acceleration) with a low relative velocity of the flow within the channel unite and thus meet the two contradicting conditions, d. H. maintain laminar flow at great absolute speed as well the effectiveness of the centrifugal forces also at the static boundary layer on the outer wall of the canal.

Unter Annahme einer gleichmäßigen Verteilung der Schwebstoffteilchen verschiedener Größen in dem Strom beim Eintritt in den Kanal werden die großen (bzw. schweren) Teilchen zuerst und die kleinsten (leichtesten) zuletzt an der äußeren Kanalwand ausgeschieden. Der so entstandene Niederschlag an der Kanalwand kann daher wenn diese Wand zu ent- lernen ist - ein Größenspektrum darstellen, da längs der Kanalwand ein Abstand von der Eingangsstelle existiert, jenseits dessen alle Partikeln einer bestimmten Größe abgeschieden sein müssen, also bei größeren Abständen im Niederschlag nicht mehr auftreten können. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. 1 eine schematische Darstellung eines Gas-oder Flüssigkeitsstromes mit darin suspendierten Schwebstoffen, Abb. 2 eine Ansicht einer schraubenlinienförmigen Kanalwandung in abgewickelter Darstellung mit Diagramm, Abb. 3 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Abtrennung von Schwebstoffteilchen, Abb. 4 einen horizontalen Querschnitt durch das Endstück eines abgeänderten Kanals, Abb. 5 a eine Vorderansicht eines Doppelkanals, Abb. 5 b einen senkrechten Querschnitt durch einen Teil desselben Doppelkanals und Abb. 5 c einen horizontalen Querschnitt durch den Anfangsteil desselben Doppelkanals. Assuming an even distribution of suspended matter of different sizes in the flow when entering the channel, the large (resp. heavy) particles first and the smallest (lightest) last on the outer Canal wall excreted. The resulting precipitation on the canal wall can therefore if this wall is to be learning is - represent a size spectrum, since along the Channel wall a distance from the entry point exists, beyond which all particles a certain size must be deposited, so with larger distances in the Precipitation can no longer occur. In the drawing are exemplary embodiments of the invention shown. It shows Fig. 1 a schematic representation of a gas or Liquid flow with suspended matter in it, Fig. 2 is a view of a helical duct wall in developed representation with diagram, Fig. 3 is a longitudinal section through a device for separating suspended matter, Fig. 4 is a horizontal cross-section through the end piece of a modified channel, Fig. 5 a is a front view of a double channel, Fig. 5 b a vertical cross section through part of the same double channel and Fig. 5c shows a horizontal cross-section through the beginning part of the same double channel.

Ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom 10 wird unter Einhaltung der für eine laminare Strömung erforderlichenBedingungen in einen schraubenlinienförmigen Kanal eingeleitet, dessen innere Kanalwandung mit 11 und dessen äußere Kanalwandung mit 12 bezeichnet ist. A gas or liquid stream 10 is in compliance with the for conditions required for laminar flow into a helical one Channel initiated, the inner channel wall with 11 and the outer channel wall is designated by 12.

In dem Kanal ist im Falle einer feststehenden Kanalwandung bei laminarer Strömung die Geschwindigkeitsverteilung über den Querschnitt durch eine Parabel 13 gegeben. Ein Schwebstoffteilchen hat somit in der Stellung 14 eine geringe, in der Stellung 15 eine verhältnismäßig große Beschleunigung in Richtung a, wodurch es früher oder später in die Lage 16 gebracht wird, d. h. in die Nähe der äußeren Kanalwandung 12. Bei der Laminarströmung ruht die Grenzschicht des gasförmigen oder flüssigen Mediums an der Kanalwandung 12, so daß hier sich die Zentrifugalbeschleunigung wesentlich verringert und schließlich ganz aufhört. Hieraus folgt, daß Teilchen, deren Masse und damit deren Trägheitsmoment sehr klein sind, zwar in die Grenzschicht eindringen, in dieser auch angereichert, aber nicht aus der Grenzschicht auf eine Kanalwandung ausgeschieden werden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei einer laminaren Strömung mit ruhenden Grenzschichten Schwebstoffteilchen mit einem Durchmesser <0,6 F kaum quantitativ getrennt werden und innere Kanalwandung als Teil eines Rotations-Gemäß der Erfindung wird dagegen die äußere und innere Kanalwandlung als Teil eines Rotationskörpers und damit das ganze System einer schnellen Drehbewegung um eine Drehachse unterworfen. Dabei darf die Geschwindigkeit des strömenden Mediums nicht die für eine Laminarströmung zulässigen Grenzen überschreiten. Während die Relativgeschwindigkeit der Strömung über den Kanalquerschnitt verhältnismäßig gering bleibt und somit die Bewegung der Schwebstoffteilchen in den inneren und äußeren Schichten gegenüber den mittleren Schichten relativ gleich groß ist, so besteht doch gegenüber dem Außenraum eine sehr große Absolutgeschwindigkeit der Strömung. Hierdurch ergibt sich praktisch über den gesamten Kanalquerschnitt eine gleich große Zentrifugalbeschleunigung, welche die Schwebstoffteilchen sich an die Peripherie der Strömung bewegen läßt. In the case of a fixed duct wall, the duct is laminar Flow the velocity distribution over the cross section through a parabola 13 given. A suspended matter particle thus has a small, in the position 15 a relatively large acceleration in direction a, whereby sooner or later it is brought to position 16, d. H. near the outer Channel wall 12. In the case of laminar flow, the boundary layer of the gaseous or rests liquid medium on the channel wall 12, so that here the centrifugal acceleration substantially reduced and finally ceases entirely. From this it follows that particles whose mass and thus their moment of inertia are very small, although in the boundary layer penetrate, in this also enriched, but not from the boundary layer to one Canal wall be excreted. Experience has shown that with a laminar Flow with static boundary layers suspended matter particles with a diameter <0.6 F can hardly be separated quantitatively and inner canal wall as part of a rotation according to the invention, however, the outer and inner channel wall as part of a body of revolution and thus the whole system is subjected to a rapid rotary movement around an axis of rotation. The speed of the flowing medium must not be that for a laminar flow exceed permissible limits. While the relative speed of the flow remains relatively small across the channel cross-section and thus the movement of the Particulate matter in the inner and outer layers compared to the middle Layers is relatively the same size, there is one compared to the outside space very high absolute velocity of the flow. This results in practical The same centrifugal acceleration across the entire cross-section of the canal, which allows the suspended matter to move to the periphery of the flow.

Abb. 2 zeigt eine Ansicht der äußeren Kanalwand 12, im Sinne einer Abwicklung im Querschnitt dargestellt. Die linke Seite deutet den Gaseintritt in den Kanal, die rechte den Austritt aus dem Kanal an. Die Niederschlagsdichte in der Nähe des Kanaleintritts ist hoch und besteht vorzugsweise aus den großen Teilchen. Am Austritt befindet sich nur ein Niederschlag aus kleinsten Teilchen. Bei bekannten Apparaturdimensionen, Winkel- und Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich rechnerisch geometrische Orte auf der Kanalwandung bestimmen, über die hinaus ein Niederschlag keine Teilchen enthalten kann, die größer als ein bestimmter Wert sind. Die rechnerische Bestimmung des Ortes auf der Kanalwand, an dem ein Partikel bestimmter Größe niederschlagen wird, setzt die Gültigkeit des »Stockesschen« Gesetzes für die radiale Bewegung jedes Teilchens im Kanal voraus. Diese Gültigkeit ist aber nur im Falle der laminaren Strömung gewährleistet. Fig. 2 shows a view of the outer channel wall 12, in the sense of a Development shown in cross section. The left side indicates the gas inlet in the canal, the right one the exit from the canal. The precipitation density in near the channel entrance is high and preferably consists of the large particles. At the outlet there is only a precipitate made up of tiny particles. At acquaintances Apparatus dimensions, angular and flow velocities can be calculated Determine geometric locations on the canal wall beyond which precipitation cannot contain particles larger than a certain value. The arithmetical Determination of the location on the canal wall where a particle of a certain size precipitates becomes, establishes the validity of Stocke's law for radial motion ahead of each particle in the channel. This is only valid in the case of the laminar ones Flow guaranteed.

Die praktische Lösung des Erfindungsgedankens ist durch eine Vielzahl von Konstruktionen möglich. The practical solution to the inventive idea is through a multitude of constructions possible.

In Abb. 3 ist als Beispiel eine Einrichtung zur Abtrennung von in Gasen oder Flüssigkeiten suspendierten Schwebstoffteilchen dargestellt.In Fig. 3, a device for separating in Gasses or liquids shown suspended particulate matter.

Ein schnellaufender Elektromotor20 (20000 bis 30000 U/min) dreht über die Welle 21 den Kanalträger 22. Dieser weist an seinem Umfang den von unten nach oben (schraubenlinienförmig) ansteigenden rechteckigen Kanal 23 auf, dessen Außenwandung durch einen sich nach unten verjüngenden (konischen) Zylinder 24 gebildet wird. Dieser Zylinder schließt den Kanal 23 luftdicht ab; er kann jedoch z. B. zum Analysieren von niedergeschlagenen Schwebstoffteilchen nach unten herabgelassen und damit abgenommen werden. Der Umdrehungssinn des Kanalträgers 22 ist derart, daß der rechteckige Kanal als Viskositätspumpe wirkt und das den Kanal ausfüllende Gas oder die Flüssigkeit selbsttätig nach oben treibt. Die Austrittsseite des Kanals ist durch ein Sperrstück 25 teilweise abgesperrt. Die von diesem Körper frei gelassene Austrittsöffnung bestimmt die Gas- oder Flüssigkeitsmenge, die den Kanal bei bestimmter Umlaufgeschwindigkeit durchströmt. Die den Kanal 23 durchströmende Gas- oder Flüssigkeitsmenge wird durch das Rohr 26 angesaugt und tritt durch die radialen Schlitze 27 in den Kanal 23 ein. Das Rohr 26 ist dazu auf seiner unteren Seite in Kugellagern 28 gehalten. Um zu vermeiden, daß das im Rohr 26 befindliche Gas bzw. die Flüssigkeit durch Impulsübertragung seitens der sich drehenden Innenwand in Wirbelbewegung gerät - die zur vorzeitigen Ausscheidung der Schwebstoffteilchen führen könnte -, ist in dem Rohr 26 das Rohr 29 stationär gelagert. Der äußere Durchmesser des Rohres 29 ist kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 26; eine Berührung zwischen den einander zugewendeten Flächen findet nicht statt. Das Rohr 29 trägt auf seiner Außenseite ein flaches Gewinde; dieses verhindert, daß Luft oder Flüssigkeit durch den Zwischenraum zwischen den Rohren 26 und 29 in den Kanal 23 gesaugt wird. Die auf der Kanalwandung befindlichen Niederschläge, die aus einem gasförmigen Medium abgetrennt sind, kann man ständig auswaschen. A high-speed electric motor20 (20,000 to 30,000 rpm) rotates Via the shaft 21 the channel carrier 22. This has on its circumference from below upward (helical) rising rectangular channel 23, whose The outer wall is formed by a (conical) cylinder 24 which tapers downwards will. This cylinder closes the channel 23 airtight; however, he can z. B. to Analyzing precipitated suspended matter particles lowered downwards and thus be removed. The sense of rotation of the channel support 22 is such that the rectangular channel acts as a viscosity pump and that which fills the channel Gas or the liquid propels upwards by itself. The exit side of the channel is partially blocked by a locking piece 25. The one released from this body Outlet opening determines the amount of gas or liquid that the channel at a certain Circulation speed flows through. The amount of gas or liquid flowing through the channel 23 is sucked in through the tube 26 and passes through the radial slots 27 into the Channel 23 on. For this purpose, the tube 26 is held in ball bearings 28 on its lower side. In order to avoid that the gas or the liquid located in the pipe 26 through impulse transmission on the part of the rotating inner wall gets into whirling motion - the premature Excretion of suspended matter could lead - is in the tube 26, the tube 29 stationary. The outer diameter of the tube 29 is smaller than that Inner diameter of tube 26; a touch between those facing each other Space does not take place. The tube 29 carries a flat one on its outside Thread; this prevents air or liquid from passing through the space between the tubes 26 and 29 is sucked into the channel 23. The ones on the canal wall Precipitates that are separated from a gaseous medium can be kept constantly wash out.

Hierzu ist es zweckmäßig, dem Gas vor dem Eintritt in den Kanal 23 Wasser in feinzerstäubter Form zuzusetzen. Dieser schlägt sich sofort an der äußeren Kanalwandung nieder und strömt infolge der konischen Form des Kanals dem Kanalausgang zu und bildet eine Flüssigkeitsschicht, welche die abgetrennten Schwebstoffteilchen aufnimmt und festhält. Durch Trennvorrichtungen kann man die Flüssigkeitsphase von der gasförmigen an der Austrittsseite des Kanals trennen. Auch bei Abtrennung von Schwebstoffteilchen aus einem flüssigen Medium lassen sich Lamellen anordnen, die am Kanalaustritt die Grenzschichten von den zentralen Schichten trennen. Es ergibt sich dann eine mit Schwebstoffen angereicherte und eine im wesentlichen von Schwebstoff freie Flüssigkeitsschicht. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, Wasser von suspendierten Mikroorganismen fortlaufend zu befreien.For this purpose it is expedient to discharge the gas before it enters the channel 23 Add water in finely atomized form. This is immediately reflected on the outer one Channel wall down and flows due to the conical shape of the channel to the channel outlet to and forms a liquid layer, which the separated suspended matter particles picks up and holds on. The liquid phase of the gaseous on the outlet side of the channel. Even with the separation of Particles of suspended matter from a liquid medium can be arranged in lamellae, which Separate the boundary layers from the central layers at the channel outlet. It results Then one enriched with suspended matter and one essentially with suspended matter free liquid layer. In this way it is e.g. B. possible to water from suspended To free microorganisms continuously.

Man kann den Kanal als zylindrische Schraubenlinie oder auch als Spirale ausbilden. Vorzugsweise wird die Strömung in einer konischen Schraubenlinienform geführt, um die Zentrifugalkräfte über die Länge des Strömungsweges verschieden zu gestalten. You can use the channel as a cylindrical helix or as a Form a spiral. Preferably the flow is in a conical helical shape guided to differentiate the centrifugal forces over the length of the flow path to design.

Die Strömung tritt bei kleinem Krümmungsradius des Kanals ein und verläßt denselben bei großem Krümmungsradius. Dabei wird die Strömung einer konstanten Steigerung der Zentrifugalkräfte ausgesetzt, die sich günstig für die Größenverteilung des Niederschlags an der Kanalwandung auswirkt. Es läßt sich ein Niederschlag erreichen, bei dem auch die kleinsten Teile einer späteren Analyse zugänglich gemacht werden, ohne daß diese von der Gegenwart der großen Teile überdeckt werden. Für Analysen kann die innere Wand des Zylinders 24 mit Folien ausgekleidet werden, die beispielsweise Reagenzien tragen, die mit bestimmten Schwebstoffkomponenten chemische Reaktionen eingehen und diese daher definieren können.The flow occurs with a small radius of curvature of the channel and leaves the same with a large radius of curvature. Thereby the flow becomes a constant Exposed to increased centrifugal forces, which are favorable for the size distribution of precipitation on the canal wall. A precipitate can be achieved in which even the smallest parts are made accessible for later analysis, without these being obscured by the presence of the large parts. For analysis the inner wall of the cylinder 24 can be lined with foils, for example Carry reagents that react chemically with certain suspended matter components and can therefore define them.

Mit einer derartigen Vorrichtung können luft-oder wassersuspendierte Schwebstoffe nach ihrer Größe oder Masse geordnet voneinander getrennt werden, selbst dann, wenn sie in sehr geringer Konzentration auftreten. Die Einrichtung arbeitet mit einem geringen Energieaufwand. Die elektrische Ladung der einzelnen Schwebstoffteilchen hat keinerlei Einfluß auf den Trennvorgang. Such a device can be air or water suspended Suspended solids are separated from each other according to their size or mass, even when they occur in very low concentrations. The facility is working with a low expenditure of energy. The electrical charge of the individual suspended matter particles has no influence on the separation process.

Im Fall von flüssigen Suspensionen kann man die langsam sich gegebenenfalls bildenden Ablagerungen mit Hilfe einer Vorrichtung auswaschen, die wie folgt ausgebildet sein kann: Abb. 4 zeigt einen horizontalen Querschnitt an der Ausflußseite der als Rotor wirkenden und eine Einheit bildenden Kanalwandung. An der Ausflußseite ist in dem Kanal eine zusätzliche (dritte) dünne Wandung 30 eingebaut, die parallel, d. h. koaxial mit der inneren und äußeren Wandung 11, 12 (vgl. Abb. 1) läuft und die Strömung im Kanal in zwei Teile trennt. Der innere Teil J und der äußere Teil A enden in zwei verschiedene Ausflußrohre 31 und 32, die ihrerseits in zwei koaxial (kreisförmige) stationäre Rinnen 33 und 34 münden. In the case of liquid suspensions, one can slow down if necessary Wash out forming deposits with the aid of a device designed as follows can be: Fig. 4 shows a horizontal cross-section on the outflow side of the als Acting rotor and a unit forming duct wall. On the outflow side is an additional (third) thin wall 30 installed in the channel, which runs parallel, d. H. runs coaxially with the inner and outer walls 11, 12 (see Fig. 1) and separates the flow in the channel into two parts. The inner part J and the outer part A end in two different outflow pipes 31 and 32, which in turn are coaxial in two (circular) stationary channels 33 and 34 open.

Durch eine derartige Ausbildung wird erreicht, daß der periphere Teil A der Strömung im Kanal von dem inneren Teil J getrennt aufgefangen wird. Diese Anordnung bezweckt, daß die innere Strömung J von allen Schwebstoffen befreit ist, die über die Höhe der Wand 30 hinaus bis zur gedachten Linie in den peripheren Strömungsteil A gelangt sind, ohne daß diese Schwebstoffteilchen die Kanalwandung 12 erreicht haben müssen. Durch den kontinuierlichen Strömungsteil A ist in günstiger Weise ein ständiges Abwaschen der äußeren Kanalwand 12 erreicht. Die Schwebstoffe werden dabei in dem Ausflußrohr32 angereichert, während das Ausflußrohr 31 von ihnen ganz oder im wesentlichen frei ist. Such a design ensures that the peripheral Part A of the flow in the channel is collected separately from the inner part J. These The aim of the arrangement is that the inner flow J is freed from all suspended matter, that over the height of the wall 30 up to the imaginary line in the peripheral flow part A have arrived without these suspended matter particles reaching the duct wall 12 need to have. The continuous flow part A is favorable a constant washing of the outer channel wall 12 is achieved. The suspended matter will thereby in the outlet pipe 32 enriched while the spout 31 of them is wholly or essentially free.

Der wesentliche Vorteil der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens für Flüssigkeiten besteht darin, daß die Zentrifugalwirkung nicht mehr so intensiv bzw. die Kanallänge nicht mehr so groß sein muß, um die Schwebstoffe unmittelbar an die Außenwand zu bringen, wodurch eine erhebliche Ersparnis an Energie und Apparataufwand erreicht wird, insbesondere, wenn es sich um Schwebstoffe handelt, deren spezifische Gewichtsdifferenz mit derjenigen der suspendierenden Flüssigkeit gering ist. The main advantage of the device for performing this method for liquids is that the centrifugal effect is no longer so intense or the channel length no longer has to be so great in order to direct the suspended matter to bring to the outer wall, which saves a considerable amount of energy and equipment is achieved, especially when it comes to suspended solids, their specific Difference in weight with that of the suspending liquid is small.

Dies ist besonders wichtig, z. B. bei der Befreiung des Wassers von organischen Schwebstoffen (Algen, Bakterien usw.). Die Wahl des Querschnittverhältnisses zwischen den Strömungsteilen J und A hängt dann von der Natur der zu trennenden Suspension ab Das Verhältnis J zu A wird als um so größer, je leichter trennbar die Suspension ist.This is particularly important, e.g. B. in the liberation of the water organic suspended matter (algae, bacteria, etc.). The choice of the aspect ratio between the flow parts J and A then depends on the nature of the parts to be separated Suspension ab The ratio J to A becomes greater, the easier it is to separate the suspension is.

Für den Fall, daß es sich um gasförmige Suspensionen von Schwebstoffen handelt, d. h. die Vorrichtung als Luftfilter wirken soll, liegen die Verhältnisse insofern anders, als der spezifische Gewichtsunterschied zwischen suspendierten Partikeln und dem Gas im Gegensatz zu Flüssigkeiten groß ist, so daß A klein gegenüber J gewählt werden kann. Der Strömungsteil A dient dann lediglich zum Abfluß der Waschfiüssigkeit, welche in dem in den Rotor eintretenden und durch den Kanal geführten Gas zerstäubt ist. Die Waschflüssigkeit wird am Eingang des rotierenden Kanals niedergeschlagen. Wenn nun die äußere Kanalwand die Form eines nach dem Ausfluß zu sich öffnenden Hohlkegels hat, wird die Flüssigkeitsschicht an der äußeren Kanalwand durch Zentrifugalkräfte dem Kanal entlang getrieben, bis sie das Ausflußende in A erreicht, und dort werden die Schwebstoffe in flüssiger Suspension aus dem Rotor entfernt. Auf diese Weise wird eine Anhäufung der abgeschiedenen Schwebstoffe an der äußeren Kanalwand vermieden. In the event that it is a gaseous suspension of suspended matter acts, d. H. the device is to act as an air filter, the circumstances are different in that the specific weight difference between suspended Particles and the gas, in contrast to liquids, is large, so that A is small in comparison J can be chosen. The flow part A then only serves to drain the washing liquid, which is atomized in the gas entering the rotor and guided through the channel is. The washing liquid is deposited at the entrance of the rotating channel. If now the outer duct wall takes the form of an opening towards the outflow Has a hollow cone, the liquid layer on the outer channel wall is caused by centrifugal forces driven along the canal until it reaches the outflow end in A, and there are the suspended matter in liquid suspension is removed from the rotor. In this way an accumulation of the separated suspended matter on the outer canal wall is avoided.

Soll das beschriebene Abtrennungsprinzip zu analytischen Zwecken, z. B. der Bestimmung der zahlen- oder massenmäßigen Größenverteilungsfunktion der Schwebstoffe dienen, kann die vorher beschriebene Überlagerung (d. h. Vermischung) der großen mit den kleinen Teilchen im Niederschlag, besonders an der Eingangsseite des Kanals (Abb. 2), der beispielsweise die folgende Ausbildung aufweist, vermindert bzw. vermieden werden. Should the described separation principle be used for analytical purposes, z. B. the determination of the numerical or mass size distribution function of the Serve suspended solids, the above-described superposition (i.e. mixing) the large with the small particles in the precipitation, especially on the entrance side of the channel (Fig. 2), which has the following design, for example, reduced or avoided.

In schematischer Darstellung zeigt Abb. 5 a die Eingangsseite des Kanals. In diesen Kanal treten zwei verschiedene Gase (oder Flüssigkeiten) ein und durchströmen diesen Kanal mit- bzw. ineinander, und zwar derart, daß das schwebstoffhaltige Gas den inneren Teil der Strömung bildet und von einem Mantel eines schwebstofffreien Gases umgeben ist. In a schematic representation, Fig. 5 a shows the input side of the Canal. Two different gases (or liquids) enter this channel and flow through this channel with or into each other, in such a way that the suspended matter Gas forms the inner part of the flow and is surrounded by a mantle of a suspended matter Gas is surrounded.

Bei gleicher Dichte und Viskosität beider Gase wird damit erreicht, daß (da beide Gase mit gleicher Geschwindigkeit strömen) die radikalen Fallkurven der großen Teilchen von denen der kleinen weitgehend getrennt werden, wie dies in Abb. 5b schematisch angedeutet ist, für den Fall, daß zwei leichte und zwei schwere Teilchen sich ursprünglich an (nahezu) derselben Stelle der inneren Strömung befinden. Die entsprechenden radialen Fallkurven werden, wie angedeutet, verlaufen, und daher wird der auf der Kanalwand sich bildende Niederschlag der großen Teilchen keine kleinen enthalten.With the same density and viscosity of both gases it is achieved that (since both gases flow at the same speed) the radical fall curves the large particles are largely separated from those of the small ones, as in Fig. 5b is indicated schematically, in the event that two light and two heavy Particles are originally at (almost) the same place in the inner flow. The corresponding radial fall curves will, as indicated, run, and therefore the precipitate of large particles that forms on the canal wall will not be small included.

Abb. 5 c zeigt einen Horizontalquerschnitt des Eingangsteiles der beiden ineinanderverlaufenden Medien 35 und 36. Pfeil Y zeigt die äußeren Kanalteile an, welche beispielsweise schwebstofffreies Gas enthalten, während der mittlere Teil mit Schwebstoffen angereichert ist. Fig. 5c shows a horizontal cross-section of the input part of the two media 35 and 36 flowing into one another. Arrow Y shows the outer channel parts which contain, for example, particulate-free gas, while the middle Part is enriched with suspended solids.

Eine Voraussetzung dafür, daß der Gasmantel sich mit der inneren Strömung nicht vermengt, ist die Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung und einer relativ kurzen Verweilzeit des Stromes im Kanal, die den Bruchteil einer Sekunde nicht überschreiten sollte, um Vermischung der beiden Gase durch Diffusion zu vermeiden. A prerequisite for the gas jacket to be in contact with the inner Flow is not mingled, it is maintaining a laminar flow and a relatively short dwell time of the current in the channel, which is a fraction of a second should not exceed in order to avoid mixing of the two gases by diffusion.

Eine weitere Bedingung für die Stabilität des Gasmantels ist eine annähernd gleiche Gasdichte, damit durch die Zentrifugalwirkung die Gase nicht entmischt werden. Another condition for the stability of the gas jacket is one approximately the same gas density, so that the gases do not separate due to the centrifugal effect will.

Die allseitige Umhüllung des schwebstofftragenden Gases hat weiterhin den Vorzug, daß im Gasmantel eine andere Temperatur herrschen kann, als in dem schwebstofftragenden Strom, vorzugsweise eine tiefere Temperatur, so daß ausgeschiedene Teilchen nach dem Verlassen der inneren Strömung, falls notwendig, bei Tieftemperatur konserviert werden können und in ihrem ursprünglichen Zustand auch im Niederschlag an der Kanalwand erhalten bleiben. The all-round envelope of the suspended matter-carrying gas continues to have the advantage that a different temperature can prevail in the gas jacket than in the one carrying suspended matter Current, preferably a lower temperature, so that precipitated particles after leaving the inner flow, if necessary, preserved at low temperature and in their original state also in the precipitation on the canal wall remain.

Die Turbulenzfreiheit der Strömung durch einen derartigen Kanal läßt sich durch die sogenannte Reynoldsche Zahl definieren, welche für die Flüssigkeit (oder Gas) gegebener Viskosität bestimmt wird, und zwar einerseits durch die Abmessungen des Kanalquerschnitts und andererseits durch die Relativgeschwindigkeit der Strömung gegenüber den Kanalwandungen. The freedom from turbulence of the flow through such a channel can define themselves by the so-called Reynolds number, which is for the liquid (or gas) given viscosity is determined, on the one hand by the dimensions the channel cross-section and on the other hand by the relative speed of the flow opposite the canal walls.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for the quantitative separation of in Liquids or gases suspended particles in the colloidal size range, thereby characterized in that a continuous flow of liquid or gas with the to separating suspended matter flowing in the same direction in a manner known per se in a channel of high centrifugal acceleration acting approximately perpendicular to the flow subject to laminar flow conditions.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the to be treated gas stream a liquid, preferably water, is atomized.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, consisting of an annular ring rotatably arranged about its axis of symmetry Channel, characterized in that the outer boundary of the channel cross-section in the axial plane is straight.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the preferably helical channel at one end reducing its cross-section Locking piece carries.

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that the channel (23) is formed helically that it is on the The circumference of its cylinder or a cone runs.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the helical trained Channel (23) widening conically towards the exit side is trained.

7. Device according to claims 3 to 6, characterized in that that the outer channel wall (24) is designed to be removable from the other channel walls is.

Considered publications: German Patent Specifications No. 711 618, 141 959; Patent No. 7014 of the Office for Invention and Patents in the Soviet occupation zone of Germany; U.S. Patent No. 2044996.