-
Misch- und Trennzentrifuge D.ie Erfindung bezieht sich auf eine Misch-
und Trennzentrifuge zum Behandeln eines aus zwei Phasen bestehenden Flüssigkeitsgemisches.
Bei Zentrifugen dieser Art wurde bisher angenommen, daß das Hauptproblem darin bestehe,
eine gleichmäßige Mischung der miteinander in Berührung gebrachten Phasen zu erzielen,
und daß die Trennung oder Klärung der Phasen infolge der durch die hohen Umlaufgeschwindigkeiten
erzeugten großen Zentrifugalkräfte vergleichsweise leicht vor sich gehe. Die starken
Zentrifugalkräfte, die beim Umlauf in der Schleudertrommel entstehen, führen zu
einer Trennung der leichten und schweren Phase, wie man an sich erwartet. Im Zusammenhang
damit tritt jedoch eine Erscheinung, die bisher noch nicht ausreichend in Rechnung
gestellt wurde, auf. Beim Umlauf der Schleudertrommel neigen nämlich die Flüssigkeiten
dazu, sich miteinander zu verquirlen, was zu einer Vermischung der Phasen führt
und damit der Trennung entgegenwirkt. Bei den normalerweise hohen Umlaufgeschwindigkeiten
werden die flüssigen Phasen hierdurch in eine turbulente Strömung versetzt. Dieses
Problem ist besonders akut, wenn die Phasen dazu neigen, zu emulgieren, oder wenn
sie verhältnismäßig zäh sind.
-
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Misch-und ' Trennzentrifuge,
bei der die Quirlwirkung für die Verteilung und/oder Mischung der behandelten Flüssigkeiten
verwendet wird, während sie gleichzeitig im Zusammenhang mit der Trennung oder Klärung
der flüssigen Phasen herabgesetzt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Misch- und Trennzentrifuge mit einer um eine horizontale Achse umlaufenden
Vollmanteltrommel, in der in radialem Abstand voneinander koaxiale, zylindrische
Trennwände mit Öffnungen längs radialer Bahnen angeordnet sind, innerhalb der inneren
zylindrischen Trennwand, senkrecht zur Trommelachse stehend, ebene Trennwände mit
in radialer Richtung sich erstreckenden Prallschienen angeordnet sind.
-
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben.
Diese zeigt in Fig.1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Zentrifuge,
wobei Teile der Schleudertrommel und der Trommelwelle aufgebrochen dargestellt sind,
in Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer der inneren ebenen Trennwände, in Fig.3
eine perspektivische Ansicht einer der zylindrischen Trennwände und in Fig. 4 eine
perspektivische Ansicht einer der äußeren ebenen Trennwände.
-
Die Schleudertrommel 10 ist koaxial auf der Trommelwelle
11 angeordnet. In der Schleudertrommel ist eine Kammer 12 vorgesehen.
Die Trommelwelle 11
erstreckt sich in horizontaler Richtung und ist in im
Grundrahmen 13 angeordneten, nicht dargestellten Lagern drehbar gelagert.
Oberhalb des Grundrahmens erstreckt sich ein Gehäuse 14, welches die Schleudertrommel
10 umgibt. Außerdem sind in bekannter Weise Vorrichtungen zum Antrieb der
Trommelwelle 11 mit gesteuerten Drehzahlen vorhanden und Leitungen an festen
Wellenverlängerungen 15 und 16 zum Zu- und Abführen des Schleudergutes
durch in der Trommelwelle vorgesehene Kanäle angeschlossen. Beim Ausführungsbeispiel
wird die flüssige Phase mit geringerer Dichte dem Wellenkanal 17 über eine
Dichtung 18 zugeführt, welche die Drehung der Trommelwelle 11 ermöglicht,
während die Wellenverlängerung 15 fest stehenbleibt. In ähnlicher Weise wird
die schwerere Phase dem Wellenkanal 19 durch eine nicht gezeichnete, der
Dichtung 18 entsprechende Dichtung zugeführt. Die schwerere Phase wird durch
den Wellenkanal 21 und die Abdichtung 22, die leichtere Phase durch
den Wellenkanal 23 und eine der Abdichtung 22 entsprechende, jedoch nicht
dargestellte Abdichtung abgezogen.
-
Die Schleudertrommel 10 weist innerhalb der Kammer
12 eine Anzahl von Elementen auf. Diese umfassen Einlaufrohre 24 und
'25, eine überlaufscheibe 26,
eine Gruppe von radial im Abstand angeordneten
zylindrischen
Trennwänden 28 und eine zweite Gruppe von
axial im Abstand angeordneten ebenen Trennwänden 29. Beim Ausführungsbeispiel sind
die Einlaufrohre24 und 25 .in einander gegenüberliegenden Paaren angeordnet.
Die Einlaufrohre 24 und 25 weisen Kanäle 30 und 31 auf,
welche mit den Kanälen innerhalb der Trommelwelle 11 in Verbindung stehen,
und zwar die Kanäle 30 mit dem Wellenkanal 17 und die Kanäle 31 mit dem Wellenkanal
19. Bei dieser Anordnung dienen die Einlaufrohre 24 zum Zuführen der leichteren
Phase zur Kammer 12 und die Einlaufrohre 25 zum Zuführen der schwereren Phase.
-
Die Schleudertrommel 10 weist einen zylindrischen Mantel
10 a sowie Stirnwände 10 b und 10c auf. Die Stirnwände
10 b und 10 c sind in Nuten in den äußeren Enden des Mantels
10 a und an der Trommelwelle 11 befestigt.
-
Die überlaufscheibe 26 ist kleiner als der Innendurchmesser
des Mantels 10 a und befindet sich im Abstand von der Stimwand
10 b unter Bildung eines Kanals 32 zum Ablauf der schwereren Phase, wobei
der Kanal 32 so angeordnet ist, daß er in den Wellenkanal 21 mündet. Radiale
Kanäle 33 verbinden den Kanal 3'2 mit dem Kanal 21. Der Wellenkanal
23, welcher zum Abführen der leichteren Phase dient, mündet in den innersten
Teil der Kammer 12 über die radialen Kanäle 34.
-
Eine Gruppe von koaxialen zylindrischen Trennwänden 28 ist
so angeordnet, daß sie eine Zone außerhalb der Trommelwelle 11 und innerhalb
des Mantels 10 a bilden. Diese Trennwände bilden zwischen sich Kanäle 35,
die sich in Achs- und Umfangrichtung erstrecken. Die zylindrischen Trennwände
28 weisen längs radialer Bahnen öffnungen für die Flüssigkeitsströme auf,
so daß die Flüssigkeiten in den innersten und äußersten Raum 35 zwischen den Wänden
eintreten und dann die von den Trennwänden besetzte Zone durchqueren können. Die
zylindrischen Trennwände 28 sind mit einer Vielzahl von Löchern 36 versehen (Fig.3).
Sie werden dadurch an ihrem Platz gehalten, daß ihre äußeren Enden in Rillen in
der einen Stirnwand 10 c und in der überlaufscheibe 26
befestigt sind.
-
Die von den zylindrischen Trennwänden 28 besetzte Zone bildet
den Verteiler- und Mischteil der Kammer 12. Beim Ausführungsbeispiel wird
dieser Teil durch fünf der zylindrischen Trennwände 28 gebildet. Selbstverständlich
können noch weitere Trennwände vorgesehen werden, und die Zone kann entsprechend
größer sein. Die in Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsform eignet sich insbesondere
zur Bearbeitung zweier flüssiger Phasen, wobei das Hauptgewicht in der Klärung der
leichteren Phase besteht, die in verhältnismäßig großer Menge gegenüber der schwereren
Phase vorhanden ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Klärungsbereich für die leichtere
Phase die von den ebenen Trennwänden 27 besetzte Zone, während der Klärungsbereich
für die schwerere Phase durch die von den ebenen Trennwänden 29 besetzte
Zone gebildet wird. Bei der Bearbeitung von flüssigen Phasen, in denen die schwerere
Phase in größerer Menge als die leichtere Phase vorhanden ist, wird das Ausmaß der
von den ebenen Trennwänden 29 besetzten Zone entsprechend vergrößert, während die
von den ebenen Trennwänden 27 besetzte Zone entsprechend verkleinert wird. Wenn
außerdem eine Mischung erwünscht ist, beispielsweise wenn eine Vielzahl von Stufen
benötigt wird, wird die von den zylindrischen Trennwänden 28 besetzte Zone
entsprechend vergrößert. Es ist selbstverständlich, daß die relative Größe der verschiedenen
Zonen innerhalb der Kammer 12, wie sie durch die Trennwände 27, 28
und 29 gebildet werden, beträchtlich schwanken kann, ohne das Grundprinzip
der Erfindung zu verlassen.
-
Erfindungsgemäß sind die in axialem Abstand angeordneten ebenen Trennwände
27 und '29 in Kombination mit den radial im Abstand angeordneten zylindrischen
Trennwänden 28 vorgesehen. Soll die vollständige und rasche Klärung beider Phasen
begünstigt werden, so erfolgt dies zweckmäßig durch die Anordnung zweier Gruppen
von in axialem Abstand angeordneten ebenen Trennwänden, wie sie beim Ausführungsbeispiel
gewählt ist, wobei eine Gruppe innerhalb der in radialem Abstand angeordneten zylindrischen
Trennwände und die andere Gruppe außerhalb derselben sitzt. Jedoch kann die innerhalb
angeordnete Gruppe von ebenen Trennwänden unabhängig von der außerhalb angeordneten
Gruppe arbeiten. Wenn beispielsweise die schwerere Phase keine Schwierigkeiten hinsichtlich
ihrer vollständigen Klärung bietet, können die äußeren Trennwände 29 weggelassen
werden, während die inneren ebenen Trennwände 27 allein in Kombination mit
den zylindrischen Trennwänden 28 angeordnet werden.
-
Gemäß der Erfindung sind ferner bei den ebenen Trennwänden
27 und 29 Prallbleche od. dgl. angeordnet, die wenigstens teilweise die Umfangsströmung
der Flüssigkeiten zwischen den Trennwänden blokkieren, während sie eine Strömung
der Flüssigkeiten längs radialer Bahnen ermöglichen. Vorzugsweise sind mehrere solcher
Prallbleche zwischen den in axialem Abstand angeordneten ebenen Trennwänden vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel haben die ebenen Trennwände 27 die Form von Scheiben,
welche koaxial auf der Trommelwelle 11 angeordnet sind. Wie aus Fig. 2 zu ersehen,
weisen die Trennwände 27 eine Mittelöffnung 37 auf, durch die sich die Trommelwelle
11 erstreckt. Auf der einen Seite der Scheiben sind mehrere, sich in radialer
Richtung erstreckende Prallbleche 38 vorgesehen, die zwischen sich Segmente 39 bilden.
Beim Ausführungsbeispiel haben die Prallbleche 38 die Form gerader Schienen.
Die Prallbleche 38 brauchen jedoch nicht geradlinig zu sein, sondern können auch
Kurvenform aufweisen. Um in den Räumen 39 ungleichmäßige Drücke zwischen den Trennwänden
27 zu verhindern, sind in den Scheiben einige öffnungen 40 vorgesehen
(Fig. 2). Außerdem sind die Trennwände 27 um ihre Mittelöffnung
37 mit im Abstand voneinander angeordneten Einschnitten 41 versehen.
Hierdurch bilden sich Kanäle, durch die die geklärte Phase längs der Trommelwelle
11 in die radialen Kanäle 34 und damit .in den Kanal 23 strömen kann.
-
Die äußeren, in axialem Abstand angeordneten ebenen Trennwände 29
sind .in Fig. 4 dargestellt. Beim Ausführungsbeispiel haben diese Trennwände die
Form von flachen Ringen. Auf einer Seite der Ringe sind mehrere Prallschienen
42 angeordnet. Wie bei den ebenen Trennwänden 27 können die Prallschienen
die Form von geraden Stangen haben, die sich in radialer Richtung erstrecken und
Segmente 43 bilden. Auch hier brauchen die Prallschienen nicht geradlinig
zu sein, doch müssen sie radial verlaufen.
-
Die Außenkante der ebenen Trennwände 29 ist mit Einschnitten
44 versehen. Werden die Trennwände 29,
wie aus Fig.1 ersichtlich, derart
angeordnet, daß ihre
Außenkanten auf die Außenwand des Gehäuses
10
treffen, so bilden die Einschnitte 44 Kanäle, durch die die geklärte
schwere Phase axial aus den Räumen 45 zwischen den ebenen Trennwänden
29 zum Kanal 32
und zum Abzug durch den Wellenkanal 21 strömen kann.
-
Beide Seiten der überlaufscheibe 26 können mit nach außen verlaufenden
Prallschienen 38 und 42
versehen sein, die eine ähnliche Funktion wie
die anderen Prallschienen haben. Beispielsweise können die auf der Scheibe'26 angeordneten
Prallschienen in Berührung mit den benachbarten ebenen Trennwänden 27 und 29 stehen.
Ebenso können die sich auf der anderen Seite der überlaufscheibe 26 angeordneten
Prallschienen gegen die Innenfläche der Stirnwand 10 b abstützen.
-
Beim Ausführungsbeispiel dienen die Einlaufrohre 24 zum Einführen
der leichteren Phase, während die Einlaufrohre 25 zum Einführen der schwereren Phase
vorgesehen sind. Die leichtere Phase muß außerhalb der Einführungsstelle der schwereren
Phase eingeführt werden. Gemäß der Erfindung sind die Einlässe so angeordnet, daß
wenigstens ein Teil der in radialem Abstand angeordneten zylindrischen Trennwände
28 zwischen den entspechenden Einführungsstellen der leichteren und schwereren Phase
zu liegen kommen. Vorzugsweise wird wenigstens eine Phase innerhalb der durch die
im radialen Abstand angeordneten zylindrischen Trennwände bestimmten Zone eingeführt.
-
Die Einlaufrohre24 und 25 sind mit ihren inneren Enden in die Trommelwelle
11 eingeschraubt, während ihre äußeren Enden mit dem Mantel 10 a durch
Schweißen verbunden sind. Innerhalb der Rohre befinden sich drehbare Hülsen 46 und
47, welche zwei oder mehrere Gruppen von in radialem Abstand angeordnete Kanäle
bilden, die wahlweise mit den Kanälen der Einlaufrohre 24 und 25 in Flucht gebracht
werden können. Beim Ausführungsbeispiel liegen die Kanäle 48 der Einlaufrohre
24 und die Kanäle 49 der Einlaufrohre 25 mit den Kanälen
50 bzw. 51 in Flucht. Die Hülsen 46 und 47 bilden andere
Kanäle, die wahlweise mit den Kanälen 52 und 53 in den Einlaufrohren in Flucht gebracht
werden können. Beim Ausführungsbeispiel strömt die schwerere Phase vom Kanal
31 nach außen zu den Kanälen 49 und 51 in den Teil der Kammer
12, der gerade innerhalb der inneren Wände der Trennwände 28 liegt. In ähnlicher
Weise strömt die leichtere Phase von den Kanälen 30 durch die Kanäle
48 und 50 nach außen in den äußeren Kanal 35 innerhalb der
Trennwände 28. Soll die Stellung eines der beiden Kanäle geändert werden,
so erfolgt dies dadurch, daß die Verschlußstopfen 54 und 55 entfernt und
die Hülsen 46 und 47 so gedreht werden, daß die Kanäle 49 und 48 außer
Flucht mit den Kanälen kommen, mit denen sie bisher verbunden waren und andere Kanäle
mit den Kanälen 52 und 53
in Flucht gebracht werden. Die Stellung der
Einläufe für die schwerere und leichtere Phase kann auch unabhängig voneinander
geändert werden, vorausgesetzt, daß die schwerere Phase nicht außerhalb der leichteren
Phase zu liegen kommt, weil dann kein Kontakt zwischen ihnen bestehen kann.
-
Im allgemeinen ist es erwünscht, daß die Einführungsstellen der beiden
Phasen durch wenigstens eine der zylindrischen Trennwände 28 voneinander
getrennt sind, um eine vollständige Mischung und Verteilung der Phasen sicherzustellen.
In einigen Fällen können beide Phasen innerhalb desselben Raumes freigegeben werden.
Soll eine Vielzahl von Stufen vorgesehen werden, so können die Einführungsstellen
der Phasen durch eine Vielzahl von Trennwänden getrennt werden.
-
Die Mischung der Phasen wird durch die Umlaufwirbelbewegung begünstigt,
die innerhalb der Kanäle 35 zwischen den zylindrischen Trennwänden 28 auftritt.
Andererseits wird diese Wirkung in der Klärzone bzw. in den Klärzonen auf ein Minimum
reduziert. Beispielsweise bewegt sich die leichte Phase in Richtung der Trommelwelle
11, indem sie nach innen durch die Segmente 39 zwischen den ebenen Trennwänden
27 strömt. Gleichzeitig werden die innerhalb der Segmente 39 befindlichen Flüssigkeitsteile
eingefangen, wodurch eine Umfangsströmung der Flüssigkeiten verhindert wird. In
ähnlicher Weise befindet sich die schwerere Phase innerhalb der Segmente
43,
die durch die ebenen Trennwände 29 und die Prallschienen 42 gebildet
werden. Auf diese Weise wird sowohl die Klärung der leichteren als auch der schwereren
Phase begünstigt, und die Neigung der Phasen, sich infolge der Umlaufwirbel kontinuierlich
erneut zu mischen, wird im wesentlichen beseitigt.
-
Die beschriebene Anordnung kann auch zum Trennen von flüssigen Phasen
verwendet werden, die in die Schleudertrommel als Mischung eingeführt werden, statt
getrennt eingeführt und innerhalb der Schleudertrommel gemischt zu werden. Findet
die Zentrifuge ausschließlich für diesen Zweck Verwendung, so kann die gesamte Flüssigkeit
durch ein Einlaßrohr eingeführt werden.
-
Als Beispiel soll das Waschen von mit Alkali raffinierten pflanzlichen
Ölen mit Wasser erläutert werden. Nach der Alkaliraffinierung enthalten die pflanzlichen
Öle einen kleinen Anteil von Seife und Restalkali, der gewöhnlich durch Waschen
mit Wasser entfernt wird. Das zu behandelnde pflanzliche Öl kann durch die Einlaufrohre
24 eingeführt werden, während die Zuführung des Waschwassers durch die Einlaufrohre
25 erfolgt. Das Wasser wird mit dem Öl vollständig innerhalb der Zone durchgemischt,
die durch die zylindrischen Trennwände 28 gebildet ist, wobei die Seife und
das Restalkali in die Wasserphase übergehen, welche dann in die durch die äußeren
Trennwände 29 begrenzte Zone fließt und nach Klärung innerhalb dieser Zone durch
den Kanal 32 für die schwerere Phase abgezogen werden kann. Das Öl, welches
die Phase mit größerem Volumen bildet und schwieriger zu reinigen ist, fließt durch
die vergleichsweise große, durch die ebenen Trennwände 27 begrenzte Zone
nach innen und wird geklärt aus dem innersten Teil der Zone durch radiale Kanäle
34 abgezogen. Bei der Einwärtsströmung durch die Klärzone wirken die ebenen Trennwände
27 und die Prallschienen 38 derart, daß sie jede Neigung des Öls, sich mit der Wasserphase,
von der es eben getrennt wurde, wieder zu vermischen, verhindern, wobei die Trennwände
und die Prallschienen einen Rotationswirbel in der beschriebenen Weise verhindern.
-
In Abänderung des beschriebenen Verfahrens kann das Waschwasser durch
die gleichen Einlässe wie das Öl eingeführt werden, wobei das Waschwasser und das
Öl bis zu einem größeren oder kleineren Ausmaß außerhalb der Vorrichtung gemischt
wurden. Insbesondere kann eine Mischung aus Waschwasser und Öl durch die Einlaufrohre
25 eingeführt werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die Einlaufrohre
24
zu verwenden. Außerdem ist es nicht erforderlich, das
Waschwasser und das Öl vor der Einführung in die Schleudertrommel vollständig durchzumischen,
da die beiden Phasen innerhalb der durch die zylindrischen Trennwände
28 gebildeten Zone ausreichend durchgemischt und miteinander in Berührung
gebracht werden. Das Trennen der beiden Phasen erfolgt in der gleichen Weise wie
beschrieben, wobei die Seife und das Restalkali mit dem Wasser als schwerere Phase
entfernt werden und das gereinigte Öl als leichtere Phase anfällt.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt.