DE2007474A1

DE2007474A1 - Centrifuge for performing reverse osmosis

Info

Publication number: DE2007474A1
Application number: DE19702007474
Authority: DE
Inventors: Carl-Göran Tullinge Nilson (Schweden)
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1969-02-25
Filing date: 1970-02-18
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2035698A5; FR2035699A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Durchführen einer umgekehrten Osmose, wobei Flüssigkeit unter einem hohen Druck, welcher durch die Zentrifugalkraft erzeugt ist, durch ein Diaphragma gedrückt wird, auf dessen anderer Seite ein geringer Druck vorherrscht, wobei in der Zentrifuge das Diaphragma vollständig einen Teil einer Drehkammer von einem anderen Teil trennt, das eine Teil der Drehkammer einen Flüssigkeitseinlass, welcher nahe an der Drehachse angeordnet ist, und zusätzlich einen Flüssigkeitsauslass aufweist, und wobei das andere Teil der Drehkammer einen Flüssigkeitsauslass aufweist, welcher in Abstand von der Drehachse angeordnet ist, und wobei der Teil der Drehkammer, welcher mit einem Flüssigkeitseinlass versehen ist, angeordnet ist, um Flüssigkeit dem Disphragma von innen zuzuführen, radial gesehen. Eine solche Zentrifuge ist aus der US-Patentschrift 3 400 074 bekannt.The present invention relates to a centrifuge for performing reverse osmosis in which liquid is pressed through a diaphragm under a high pressure generated by centrifugal force, on the other side of which a low pressure prevails, in which centrifuge the diaphragm is completely part a rotary chamber separates from another part, which part of the rotary chamber has a liquid inlet which is arranged close to the axis of rotation, and additionally has a liquid outlet, and wherein the other part of the rotary chamber has a liquid outlet which is arranged at a distance from the axis of rotation, and wherein the part of the rotary chamber which is provided with a liquid inlet is arranged to supply liquid to the disphragma to be supplied from the inside, seen radially. Such a centrifuge is known from US Pat. No. 3,400,074.

Die Erzeugung von Frischwasser aus Salzwasser kann mit Hilfe der bekannten Zentrifuge durchgeführt werden, wobei das Salzwasser unter hohem Druck längs dem Diaphragma strömt und entsalzenes Wasser durch letztere tritt. Der notwendige Druck kann ungefähr 100 Bar sein. Je höher der Salzgehalt des Salzwassers ist, muss ein um so höherer Druck verwendet werden, um so die gewünschte Produktionsmenge von entsalzenem Wasser zu erhalten.The production of fresh water from salt water can be carried out with the aid of the known centrifuge, the salt water flowing under high pressure along the diaphragm and desalinated water passing through the latter. The necessary pressure can be around 100 bar. The higher the salt content of the salt water, the higher the pressure must be used in order to obtain the desired production volume of desalinated water.

Bei der bekannten Zentrifuge wird das Salzwasser begleitender und von diesem Wasser getrennter Schlamm auf der Innenseite des Diaphragmas angesammelt und demzufolge der Osmose entgegenwirken. Weiterhin wird auf der Innenseite des Diaphragmas eine Schicht von Salzwasser ausgebildet, welche einen erhöhten Salzgehalt aufweist, wobei dieser Umstand ebenfalls der gewünschten Osmose entgegenwirkt. Diese Nachteile werden nun gemäß Erfindung dadurch vermieden, dass die Entfernung des Diaphragmas von der Drehachse in Richtung zum Flüssigkeitsauslass von dem Teil der Drehkammer hin zunimmt, welcher ebenfalls einen Einlass aufweist. Dadurch wird die Zentrifugalkraft dazu beitragen, das Diaphragma frei von Schlamm und hochkonzentriertem Salzwasser zu halten. Wenn das die Osmose erlaubende Diaphragma keine zufriedenstellendeIn the known centrifuge, the sludge accompanying the salt water and separated from this water is collected on the inside of the diaphragm and consequently counteracts the osmosis. Furthermore, a layer of salt water is formed on the inside of the diaphragm which has an increased salt content, this circumstance likewise counteracting the desired osmosis. These disadvantages are now avoided according to the invention in that the distance of the diaphragm from the axis of rotation increases in the direction of the liquid outlet from the part of the rotary chamber which also has an inlet. Thereby the centrifugal force will help to keep the diaphragm free of sludge and highly concentrated salt water. If the diaphragm allowing osmosis is not satisfactory

Festigkeit gegen den hohen Flüssigkeitsdruck aufweist, kann es gegen Wirkung dieses Druckes mit Hilfe eines permeablen Körpers gestützt werden, welcher beispielsweise aus einem Ring aus gesintertem Pulver bestehen kann.Has strength against the high liquid pressure, it can be supported against the action of this pressure with the help of a permeable body, which can for example consist of a ring made of sintered powder.

Gemäß einer Ausführungsform, welche in ihrer Konstruktion einfach ist, gemäß Erfindung kann das Diaphragma als ein stumpfer Kegel ausgebildet sein, welcher konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Hierdurch wird Salzwasser mit einem erhöhten Salzgehalt durch Wirkung der Zentrifugalkraft längs der Diaphragmaoberfläche zu dem breiten Ende des Kegels strömen und von dort abgeführt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Auslasses, welcher radial einwärts führt.According to an embodiment, which is simple in its construction, according to the invention, the diaphragm can be designed as a truncated cone which is arranged concentrically to the axis of rotation. As a result, salt water with an increased salt content will flow along the diaphragm surface to the broad end of the cone due to the effect of centrifugal force and will be discharged from there, preferably with the aid of an outlet which leads radially inward.

Wenn jedoch eine erhöhte Produktionskapazität gewünscht ist, kann dies dadurch erreicht werden, dass das Diaphragma als ein Körper ausgebildet ist, welcher sich axial erstreckende Falten aufweist und konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Diese Falten können dann in einem Abschnitt unter rechten Winkeln zur Drehachse eine sinusförmige Riffelung bilden.However, if an increased production capacity is desired, this can be achieved in that the diaphragm is designed as a body which has axially extending folds and is arranged concentrically to the axis of rotation. These folds can then form a sinusoidal corrugation in a section at right angles to the axis of rotation.

Da die Geschwindigkeit eines Osmosevorganges ansteigt, wenn die Geschwindigkeit, mit welcher eine Flüssigkeit längs einer Diaphragmaoberfläche strömt, zunimmt, ist es möglich, gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung ein solches Zunehmen der Strömungsgeschwindigkeit dadurch zu Wege zu bringen, dass wenigstens das eine Teil der Drehkammer eine Spirale bildet, welche sich von ihrem Mittelpunkt zu ihrem Umfang erstreckt.Since the speed of an osmosis process increases when the speed with which a liquid flows along a diaphragm surface, it is possible, according to an embodiment of the present invention, to bring about such an increase in the flow velocity in that at least one part of the rotary chamber forms a spiral which extends from its center to its circumference.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

Fig. 1 und 5 verschiedene Ausführungsformen im Axialschnitt undFig. 1 and 5 different embodiments in axial section and

Fig. 2, 3 und 4 die Ausführungsformen im Querschnitt.2, 3 and 4 the embodiments in cross section.

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass entsalzenes Wasser erzeugt wird.The following description assumes that desalinated water is produced.

In Fig. 1 ist ein Drehkörper 1 einer Zentrifuge, ein Zentrifugeneinlass 2, ein Auslass 3 für konzentriertes Salzwasser (in diesem Fall ein Überströmauslass) und ein Auslass 4 für entsalzenes Wasser gezeigt. Verglichen mit dem Strom des Salzwassers durch die Zentrifuge ist das Abführen von entsalzenem Wasser durch den Auslass 4 ziemlich gering, und aus diesem Grunde ist der Energieverlust durch diesen Auslass ebenfalls gering. Der Rotor wird von einer Welle 5 angetrieben, und in dem Rotor ist ein Spiegel 6 von Salzwasser ausgebildet. Ein konisches Diaphragma, welches Osmose erlaubt, wird von einem entsprechenden konischen, porösen Körper 8 getragen. Hierdurch ist das Innere des Rotors in einen inneren Teil 9 und einen äußeren Teil 10 getrennt. Ein Kanal 11 führt von dem breiten Kegelende zum Auslass 3.1 shows a rotating body 1 of a centrifuge, a centrifuge inlet 2, an outlet 3 for concentrated salt water (in this case an overflow outlet) and an outlet 4 for desalinated water. Compared to the flow of the salt water through the centrifuge, the discharge of desalinated water through the outlet 4 is quite small, and for this reason the energy loss through this outlet is also small. The rotor is driven by a shaft 5, and a mirror 6 of salt water is formed in the rotor. A conical diaphragm which allows osmosis is carried by a corresponding conical, porous body 8. As a result, the interior of the rotor is separated into an inner part 9 and an outer part 10. A channel 11 leads from the wide end of the cone to the outlet 3.

Die Zentrifuge arbeitet in folgender Weise:The centrifuge works in the following way:

Das Salzwasser, welches in die Drehkammer 9 eingeführt ist, wird durch Drehung unter hohem Druck zur Diaphragmaoberfläche gebracht, wobei entsalzenes Wasser durch das Diaphragma 7 und den Körper 8 tropft, wobei es zur Innenseite des Rotors ausgeworfen wird und längs dieser Innenseite zum Auslass 4 strömt, von wo es abgezogen wird. Gleichzeitig steigt der Salzgehalt des Wassers an der Innenseite des Diaphragmas 7 an. Hierdurch wird dessen spezifisches Gewicht erhöht, und entsprechend der Zentrifugalkraft wandert dieses schwerere Salzwasser zum breiteren Ende des Kegels, so dass neues Salzwasser die Diaphragmaoberfläche erreichen kann. Das Salzwasser, welches durch den Auslass 3 abgezogen wird, weist einen erhöhten Salzgehalt von beispielsweise 3 bis 4 % auf.The salt water introduced into the rotating chamber 9 is brought to the diaphragm surface by rotation under high pressure, with desalinated water dripping through the diaphragm 7 and the body 8, being ejected to the inside of the rotor and flowing along this inside to the outlet 4 from where it is withdrawn. At the same time, the salt content of the water on the inside of the diaphragm 7 increases. This increases its specific weight, and according to the centrifugal force this heavier salt water migrates to the wider end of the cone, so that new salt water can reach the surface of the diaphragm. The salt water which is drawn off through the outlet 3 has an increased salt content of, for example, 3 to 4%.

In Fig. 2 ist schematisch eine Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform gezeigt. Das Diaphragma 7a ist dort so geriffelt, dass die Riffelkanten sich axial erstrecken. Natürlich ist ein Stützkörper in der vorher beschriebenen Weise an der Außenseite des Diaphragmas angeordnet. Die Riffelung erhöht den wirksamen Osmosebereich.In Fig. 2, a modification of the embodiment shown in Fig. 1 is shown schematically. The diaphragm 7a is corrugated there so that the corrugated edges extend axially. Of course, a support body is arranged on the outside of the diaphragm in the manner previously described. The corrugation increases the effective osmosis area.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Bewegungsenergie des entsalzenen Wassers dazu verwendet wird, den Drehkörper 1 in dem Fall anzutreiben, wenn entsalzenes Wasser von dem Umfang des Drehkörpers oder der Nähe des Umfanges ausgeworfen wird. Das entsalzene Wasser wird an diesem Ende durch Reaktionsdüsen 12 ausgelassen.In Fig. 3, an embodiment is shown in which the kinetic energy of the desalinated water is used to drive the rotating body 1 in the case when desalinated water is ejected from the circumference of the rotating body or near the circumference. The desalinated water is discharged through reaction nozzles 12 at this end.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, gemäß welcher Salzwasser in der Drehmitte eingeführt und zu einem Raum 13 geführt wird, welcher sich spiralförmig von dem Mittelpunkt zum Umfang der Drehkammer erstreckt. Ein Raum 14, welcher mit Pappe gefüllt ist, erstreckt sich längs dem Raum 13. Diese zwei Räume sind mit Hilfe von Diaphragmen 7b voneinander getrennt. Das entsalzene Wasser, welches in dem Raum 14 dringt, strömt durch das sich spiralförmig erstreckende Pappenmaterial nach außen zu einem Auslass 15, und das zugeführte Salzwasser strömt, während seine Konzentration zunimmt, durch den spiralförmigen Raum 13 zu einem Auslass 16, welcher radial einwärts führen kann.In Fig. 4 an embodiment is shown according to which salt water is introduced in the center of rotation and guided to a space 13 which extends in a spiral shape from the center to the periphery of the rotation chamber. A space 14, which is filled with cardboard, extends along the space 13. These two spaces are separated from one another by means of diaphragms 7b. The desalinated water which penetrates into the space 14 flows out through the spiral-shaped cardboard material to an outlet 15, and the supplied salt water, while its concentration increases, flows through the spiral-shaped space 13 to an outlet 16 which lead radially inward can.

In Fig. 5 ist eine weitere Abänderung der spiralförmigen Ausbildung gezeigt, und zwar genauer die untere Hälfte eines axialen Abschnittes. Das Salzwasser wird von dem Einlass 2 durch einen spiralförmigen Raum 17 geführt, welcher von einem Streifen 18 gebildet ist, der in die Drehkammer eingesetzt ist und sich von dem Mittelpunkt zum Umfang der Drehkammer erstreckt. Der Raum 17 ist in axialer Richtung von zwei Diaphragmen 7c begrenzt. Die Diaphragmen bilden zusammen mit den Endwänden des Drehkörpers Räume 19, welche mit Pappe gefüllt sind. Der Raum 17 weist einen Auslass 20 auf, und jeder der Räume 19 hat einen Einlass 21. Der Auslass 20 kann radial einwärts führen. Es ist möglich, diese Anordnung der Räume 18 und 19 in axialer Richtung zu wiederholen, wodurch der Durchsatz der Zentrifuge erhöht werden kannIn Fig. 5, a further modification of the spiral design is shown, more precisely the lower half of an axial section. The salt water is led from the inlet 2 through a spiral-shaped space 17 which is formed by a strip 18 which is inserted into the rotary chamber and extends from the center to the circumference of the rotary chamber. The space 17 is delimited in the axial direction by two diaphragms 7c. The diaphragms, together with the end walls of the rotating body, form spaces 19 which are filled with cardboard. The space 17 has an outlet 20, and each of the spaces 19 has an inlet 21. The outlet 20 can lead radially inward. It is possible to repeat this arrangement of the spaces 18 and 19 in the axial direction, whereby the throughput of the centrifuge can be increased

Claims

1.) Centrifuge for performing reverse osmosis, in which liquid under a high pressure generated by centrifugal force is forced through a diaphragm, on the other side of which a low pressure prevails, the diaphragm completely part of the rotary chamber from another Part separates and one part of the rotary chamber has a liquid inlet in the vicinity of the axis of rotation and additionally a liquid outlet which is arranged at a distance from the axis of rotation, and wherein the part of the rotary chamber which is provided with the liquid inlet is arranged so that it can supply liquid to the diaphragm from the inside, viewed radially, characterized in that the distance of the diaphragm from the axis of rotation increases in the direction of the liquid outlet from the last-mentioned part of the rotary chamber.

2.) Centrifuge according to claim 1, characterized in that the diaphragm is supported against the action of the high pressure by a permeable body (8).

3.) Centrifuge according to claim 1, characterized in that the diaphragm (7) has the shape of a truncated cone which is arranged concentrically to the axis of rotation.

4.) Centrifuge according to claim 3, characterized in that the outlet (11) from the part (9) of the rotary chamber which is provided with the liquid inlet (2) leads radially inward from the wide end of the conical diaphragm (7).

5.) Centrifuge according to claim 1, characterized in that the diaphragm (7a) is a body which has axially extending folds and is arranged concentrically to the axis of rotation.

6.) Centrifuge according to claim 1, characterized in that the diaphragm folds form a sinusoidal corrugation (7a).

7.) Centrifuge according to claim 1, characterized in that at least one part (13, 14, 17) of the rotary chamber forms a spiral which extends from its center to its periphery.