DE1769636C3 - Zentrifuge zum Trennen eines Gemische von Phasen verschiedener Dichte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Trennen eines Gemischs von Phasen verschiedener Dichte, bestehend aus einer drehbaren Schleudertrommel und einem in dieser gelagerten Trennteller-Paket, dessen in axialem Abstand voneinander angeordnete, zur Trommelachse symmetrische Trennteller mit etwa radial verlaufenden Schlitzen versehen sind, die bei benachbarten Trenntellern in Umfangsrichtung derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß die Schlitze eines Trenntellers jeweils vollwandigen Bereichen der beiden benachbarten Trennteller gegenüberliegen.

Eine solche Zentrifuge, bei der die im wesentlichen axiale Strömung auf ihrem Weg ständig abgelenkt wird, ist aus der US-PS 5 40 528 bekannt. Bei dieser bekannten Bauart sind die Trennteller konisch ausgebildet. Das erschwert ein schnelles Abführen der schweren Phase aus der Trennzone; die von der Zentrifugalkomponente an der Innenfläche der konischen Trennteller zur Anlage gebrachten schweren Ablagerungen können nur relativ langsam nach außen abwandern oder werden gar klebenbleiben. Das wirkt sich vor allem bei Vorliegen schwieriger Abscheidebedingungen nachteilig aus.

Einem ständigen Richtungswechsel wird die im wesentlichen axiale Strömung auch bei der Zentrifuge nach der GB-PS 125 502 unterworfen. Bei dieser bekannten Bauart erstrecken die Trennteller sich rechtwinklig zur Trommelachse und weisen keine Schlitze auf, was zu völlig anderen Strömungsverhältnissen als im Falle der Bauart nach der US-PS 5 40 528 führt; die Strömung verläuft vom Zentrum über die Peripherie der Trennteller hinaus, von dort wieder zum Zentrum zurück usw., wobei die schwere Phase Draktisch bis zuletzt in der Trennzone verbleibt und zumindest teilweise — durch die zentripetalen Radialbewegungen der Strömung wieder in diese einbezogen werden kann.

Schließlich ist aus der GB-PS 8 19 714 eine Vorrichrung bekannt, bei welcher ein Wasser-Luft-Gemisch einem Rotor in axialer Richtung zugeführt wird, dessen Schaufeln die Funktion der Trennteller bei den vorbeschriebenen bekannten Bauarten zukommt Beim Auftief fen des Wasser- Luft-Gemischs auf diese Schaufein erfolgt zwar eine schlagartige Umlenkung des Gemischstroms, ohne daß dabei jedoch eine schnelle Abscheidung der schweren Phase erreicht wird; die leichte und die schwere Phase folgen derselben mittleren radialen Bahn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Zentrifugen der hier in Rede stehenden Art die Trennteller so auszubilden, daß die schwerste Phase auch unter schwierigen Bedingungen möglich schnell aus der Trennzone heraustransportiert werden kann.

2» Ausgehend von einer Zentrifuge der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennteller eben ausgebildet sind, d. h. sich etwa rechtwinklig zur Trommelachse erstrecken.

2'< Durch die ebene Ausbildung und rechtwinklig zur axialen Strömungsrichtung erfolgende Anordnung der Trennteller wird das Gemisch nach dem Durchtritt durch jeden Schlitz derart schlagartig umgelenkt, daß im Bereich der Umlenkung eine tote Zone entsteht, in

Ji) welcher sich die schweren Teilchen außerhalb des Gemischstroms ansammeln und somit nicht mehr der Mitnahmewirkung der Strömung unterliegen.

Um die Sammlung der schweren Teilchen noch zu verbessern und zu verhindern, daß diese auf ihrem Weg

)"i zur Peripherie der Trennteller etwa in deren Schlitzbereich und damit wieder in den Gemischstrom gelangen, kann es zweckmäßig sein, wenn die Ränder der Schlitze entgegen der axialen Strömung zu axial gerichteten Einfassungen umgebördelt sind. Auch kann es sich

w zwecks Ausbildung von Wirbelkanälen empfehlen, die Trennteller zwischen den Schlitzen in Umfangsrichtung nach Art eines aufrechten flachen V zu profilieren.

In der Zeichnung sind einige Beispiele erfindungsgemäßer Trennteller-Ausgestaltungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 eine Seitenansicht zu F i g. 1,
F i g. 3 eine Draufsicht auf das Trennteller-Paket,
F i g. 4 und 5 der F i g. 3 entsprechende Ansichten •in weiterer Ausführungsbeispiele,

F i g. 6 und 7 der F i g. 2 entsprechende Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele und

Fig.8 und 9 schematische Axial-Halbschnitte erfindungsgemäß ausgestalteter Zentrifugen.
->^r) In der — nicht dargestellten — Schleudertrommel einer Zentrifuge sind deren Rotationsachse konzentrisch umgebende Trennteller 8 angeordnet, die sich in bezug auf diese Achse rechtwinklig erstrecken und drehstarr mit ihr verbunden sind. Die Trennteller 8 sind w) im Abstand voneinander gehalten und bilden Ringräume, die von dem zu behandelnden Gemisch durchströmt sind. Jeder Trennteller 8 ist mit Schlitzen 9 versehen, die bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1—3 radial verlaufen; die Schlitze 9 benachbarter Trennteller 8 sind winklig versetzt zueinander angeordnet.

Auf diese Weise bilden die Ringräume zwischen den Trenntellern 8 und deren versetzt zueinander angeordnete Schlitze Zick-Zack-Durchlässe, deren Hauptrich-

tung genau parallel zur Trommelachse der Zentrifuge verläuft Daraus folgt, daß der Gemischstrom aus seiner axialen Hauptrichtung 10 jeweils nach dem Durchtritt durch einen Schlitz 9 abgelenkt wird (s. Fig. 1 und 2). Als Folge dieser Ablenkung entsteht im Bereich der Krümmungen 11 und 12 des Gemischstroms ein Fliehkrafteffekt »/«, der bestrebt ist, die schweren Teilchen aus den Krümmungen herauszutragen, d. h. in Richtung auf den gegenüberliegenden Trennteller 8 gemäß der; Flugbahnen 13 mitzunehmen. ι ο

Im Betrieb wird das zu behandelnde Gemisch der Wirkung eines Fliehkraftfelds F ausgesetzt, wobei der Gemischstrom auf seiner genau axialen Wegstrecke mehrfach schlagartig abgelenkt wird. Dabei werden also mit den Wirkungen der auf die schweren Teilchen des Gemischs angewendeten Zentrifugalkraft F( = Zentrifugalkraft, die aus der Drehung der aus Schleudertrommel und Trenntellern 8 bestehenden Einheit resultiert) die Wirkungen der bei den plötzlichen Riohtungswechseln des Gemischstroms auftretenden Zentrifugalkraft / vereinigt

Die noch im Gemischstrom befindlichen schweren Teilchen haben bei jedem plötzlichen Richtungswechsel des Stroms das Bestreben, ihren Weg in axialer Richtung fortzusetzen, was dazu führt, daß sie gegen den in Strömungsrichtung nächsten Trennteller 8 stoßen. Nun schaltet sich das Hauptfliehkraftfeld Fein und bewirkt die Wanderung aller schweren Teilchen in Richtung auf die Peripherie des Trenntellers 8, wobei keine Behinderung durch einen schrägen bzw. anstei- jo genden Verlauf der Trennteller wie im Falle der US-PS 5 40 528 erfolgt; selbstverständlich wirkt das Hauptfliehkraftfeld F jedoch auch auf die noch im Gemischstrom befindlichen schweren Teilchen. Wenn die Hauptfliehkraft F rechtwinklig zu der Ablenkung wirksam ist, auf die sie übrigens keinerlei unmittelbar störenden Einfluß ausübt, zeigt sie ein optimales Trennvermögen.

Unter den eben beschriebenen Bedingungen vergrößert das Ansammeln der schweren Teilchen aufgrund der Ablenkung das Verhältnis Volumen/Außenoberfläche dieser Teilchen und erhöht so deren Abscheidegeschwindigkeit Wesentlich ist, daß das Ansammeln der schweren Teilchen in einer toten Zone erfolgt, so daß diese Teilchen nicht mehr der Mitnahmewirkung des Gemischstroms ausgesetzt sind, was die Leistungsfähigkeit des Fliehkraftfelds steigert Darüber hinaus begünstigt der Durchgang des Gemischstroms durch die Schlitze 9 und zwischen den Trenntellern 8 das In-Drehung-Versetzen des Gemischs entsprechend der so Winkelgeschwindigkeit der Trommel derart, daß ein Gleiten der einzelnen Gemischschichten relativ zueinander, und zu der Trommel verringert bzw. sogar gänzlich vermieden wird.

Während die Schlitze der Trennteller 8 bei dem ^r. Ausführungsbeispiel der F i g. 1 — 3 als gerade radial verlaufende Schlitze 9 ausgebildet sind, sind sie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4 als gerade, jedoch zur radialen Richtung rechtwinklig verlaufende Schlitze 9 und beim Ausführungsbeispiel der F i g. 5 als gekrümmte fao spiralig verlaufende Sch'i':'c r? ausgebildet; auf diese Weise kann einem etwaigen Gleiten der Gemischschichten Rechnung getragen werden. Auch können die Schlitze 9 am umfangsseitigen Rand der Trennteller 8 (s. F i g. 3) oder an deren zentralem Rand (s. F i g. 5) oder an h5 keinem dieser beiden Ränder münden. Darüber hinaus können die Trennteller 8 anstelle langgestreckter Schlitze 9 auch Serien von Löchern beliebiger Form aufweisen. Die Schlitzbreite wird im allgemeinen gleichbleibend sein; sie kann jedoch auch vom Zentrum der Trennteller 8 in Richtung auf deren Peripherie unterschiedlich sein, um Durchfiußveränderungen des Gemischstroms Rechnung zu tragen.

Wie Fig.9 zeigt besteht ein einfaches Mittel zur Anbringung der Trennteller 8 in der Schleudertrommel 1 der Zentrifuge darin, sie in der Nähe ihres zentralen Rands mittels eines Rings 14 zu verankern und das auf diese Weise gebildete Paket z. B. mittels Zugankern auf einer unteren Erweiterung 5 eines zentralen hohlen Nabenteils 2 zu befestigen, wobei zusätzlich strahlenartig verlaufende Arme 15 den oberen Trennteller 8 mit dem Nabenteil 2 verbinden können. Auf diese Weise erhält man eine vollkommen starre und sehr leicht herzustellende Gesamtvorrichtung.

Der Abstand der Trennteller 8 ist im allgemeinen konstant; er kann jedoch auch von einem Ende der Schleudertrommel 1 zu deren anderem Ende in Abhängigkeit von den erzielten Verdichtungen und den daraus evtl. resultierenden Druckverlusten variieren.

Wie oben beschrieben, bilden sich auf den den Schlitzen 9 gegenüberliegend angeordneten Bereichen der Trennteller 8 »tote Zonen« 16 (s. F i g. 2) aus, in denen sich die schweren Teilchen aufgrund der Ablenkung sammeln und der Mitnahme durch die Zick-Zack-Strömung des Gemischstroms entzogen werden. Um die Wirkung dieser Ablenkung zu steigern und zugleich die »toten Zonen« zu stabilisieren, sind die Trennteller 8 mit Einfassungen 17 (s. Fig. 6 und 7) versehen, die sich entlang den Schlitzen 9 erstrecken und der axialen Strömung entgegengerichtet sind. Die Einfassungen 17 können durch Tiefziehen der Trennteller 8 hergestellt werden; ihr Rand kann scharfkantig ausgebildet sein.

Die Wirkung der Ablenkung läßt sich noch verbessern, wenn die Bereiche 18 der Trennteller 8, welche die Schlitze 9 trennen (s. F i g. 7), als nach oben gerichtetes flaches V profiliert sind. Diese Profilgebung kann außerdem noch derart dimensioniert werden, daß sie in den »toten Zonen« 16 lokalisierte feine Teilchen entstehen läßt und bestrebt ist, die Sammelwirkung und das Austragen schwerer Teilchen zu vergrößern.

Die Einfassungen 17 sowie die profilierten Bereiche 18 umgrenzen somit rinnenartige Ausbildungen, in denen die gesammelten schweren Teilchen unter der Wirkung der Ablenkung zusammengeführt und unter der Wirkung der Fliehkraft F in Richtung auf die Peripherie der Trennteller 8 abgeführt werden.

Die Trennteller 8 können gleich dimensioniert sein, so daß sie ein zylindrisches Paket bilden (s. Fig.9). Für gewisse Anwendungsfälle kann das Trennteller-Paket jedoch auch eine davon abweichende Fcrm aufweisen,' um die Zentrifuge für mögliche Sonderaufgaben geeignet zu machen. So können die Trennteller 8 einen unterschiedlichen Außendurchmose- -"lfweisen derart, daß z. B. das Paket eine in der mittleren Zone ausgebauchte Doppelkegelstumpfform besitzt; diese besondere Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für Zentrifugen mit automatisch erfolgendem umfangsseitigen Austrag der schweren Phase, d. s. Zentrifugen, deren Schleudertrommel 1 bei 19 Austragsdüsen, -ventile, -öffnungen od. dgl. besitzt. Ebenso kann natürlich auch der Innendurchmesser der Trennteller 8 unterschiedlich sein.

Andererseits lassen sich dank dieser Durchmesserveränderungen oder Aussparungen bevorrechtigte Zonen 20 (s. Fi g. 9) vorsehen, die z. B. dazu bestimmt

sind, die Sammlung der leichten kompakten Ablagerungen sicherzustellen, d. i. eine Zone, in der bekannte Mittel die Entfernung dieser leichten, kompakten Ablagerungen möglich machen.

Darüber hinau besteht bei Schlitzen 9, die in radialer Richtung eine ausreichend große Erstreckung besitzen, keine Schwierigkeit mehr bezüglich der Regelung der Abscheideoberfläche von zwei Flüssigkeiten. Tatsächlich kann sich diese Oberfläche auf jeden Durchmesser einstellen unter der Bedingung, daß sie stets quer durch die Schlitze hindurchgeht.

Vorstehend ist stets davon ausgegangen worden, daß die Trennteller 8 untereinander und mit der Schleudertrommel 1 fest verbunden sind derart, daß ihre Winkelgeschwindigkeit genau gleich derjenigen der Trommel 1 ist. In gewissen Fällen kann es jedoch von Vorteil sein, die Trennteller 8 mit einer Geschwindigkeit mitzunehmen, die von der der Schleudertrommel 1 leicht abweicht, um auf diese Weise eine Drehbewegung der Trennteller 8 relativ zu der der Trommel 1 hervorzurufen. Zu diesem Zweck sind sämtliche Trennteller 8 auf einem Drehgestell montiert, das vor der Trommel 1 getrennt und mit einer entsprechend angepaßten Geschwindigkeit bewegt wird. Diese Ausführungsform ist dann interessant, wenn die Trommel 1 einen umfangsseitig angeordneten Schnekkenförderer für die Abförderung der abgeschiedener

ίο schweren Produkte aufweist. In diesem Fall ist dei Förderer mit dem Trennteller-Paket fest verbunden.

Es versteht sich, daß die Trennteller 8 mit versetzl angeordneten Schlitzen 9 gemäß der Erfindung nichi allein auf Zentrifugen anwendbar sind, die vollwandig« Schleudertrommeln 1 aufweisen, sondern gleichermaßen auch auf Schleudern mit durchbrochenen Körben um die zentrale Strömung großer Flüssigkeitsmenger zu erleichtern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zentrifuge zum Trennen eines Gemischs von Phasen verschiedener Dichte, bestehend aus einer drehbaren Schleudertrommel und einem in dieser gelagerten Trennteller-Paket, dessen in axialem Abstand voneinander angeordnete, zur Trommelachse symmetrische Trennteller mit etwa radial verlaufenden Schlitzen versehen sind, die bei benachbarten Trenntellern in Umfangsrichtung derart versetzt zueinander angeordnet s-nd, daß die Schlitze eines Trenntellers jeweils vollwandigen Bereichen der beiden benachbarten Trennteller gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennteller (8) eben ausgebildet sind, d. h. sich etwa rechtwinklig zur Trommelachse eistrecken.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (9) zum Umfang der Trennteller (8) offen sind.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Schlitze (9) entgegen der axialen Strömung (10) zu axial gerichteten Einfassungen (17) umgebördelt sind.

4. Zentrifuge nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennteller (8) zwischen den Schlitzen (9) in Umfangsrichtung nach Art eines aufrechten flachen V profiliert sind.