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ZENTRIFUGE ZUM TRENNEN VON INHOMOGENEN FLÜSSIGEN STOFFGEMISCHEN Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zentrifugen zum Trennen von inhomogenen Stoffgemische@,
wie Emulsionen, Suspensionen, Hydrosole u.a. durch gleichzeitige Einwirkung von
Schallschwingungen und Fliehkraft.
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Zur Trennung von inhomogenen flüssigen Stoffgemischen sind Zentrifugen
bekannt, deren Hauptteile ein umlaufendes Gefäß mit senkrechter drehachse uad ein
auf der Innenseite des Gefäßdeckels angeordneter und über Schleifringe von einem
Hochfrequenzgenerator gespeister piezoelektrischer Schallschwinger sind (siehe beispielsweise
die deutsche Patentzchrift 959990 Klasse 826, 9).
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Das Zulaufrohr für das zu behandelnde flüssige Stoffgemisch befindet
sich in der Bodeninitte des Gefässes und wird Vom Ablaufrohr für die spezifisch
leichtere Komponente Umgeben. Die spezifisch schwerere Komponente wird durch Öffnungen
in den Gefäßwandungen abgeführt.
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Das Behandlungsgefäß wird mit dem zu treanendon .inhOm genen flüssigkeitsgemisch
bis zum Deckel gefüllt. i;er piezoelektrische Schwinger wandelt die vom Hochfrequenzgenerator
ankommenden elektrischen Hochfrequenzschwingungen in Ultraschall um, der auf das
Stoffgemisch wirkt.
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Im Raum des Behandlungsgefäßes entstehen dabei starke stehende Schwingungen,
insbesondere dann, wenn die Höhe des Gefäßes ein ungeradzahliges Vielfaches der
sich in der Blüssigkoit ausbildenden Wellen beträgt. Die dispersen Teilchen des
Gemisches sammeln sich in den Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten der stehenden
Wellen und nehmen auf Grund der Ultraschallkoa@ulation in ihrem Durchmesser zu.
Durch die Fliehkraftwirkung werden die spezifisch leichterex und spezifisch schwereren
Komponenten des Stffgemisches voneinander gotrennt und darauf aus dem Gefäß herausgeführt.
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Die Anordnung des Schwingers auf dem Gefäßdeckel ist aber ungünstig
in Hinsicht auf die Erreichung der größmöglichen Trennfähigkeit der Zentrifuge,
weil sich dabei die Energie des Ultraschalls ungleichmäßig im 3ehandlungsraum verteilt
und rasch mit der Entfernung vom Schwinger abnimmt.
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Dadurch wird das Stoffgemisch ungleichmäßig behandelt.
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Wie erwähnt, erfolgt die Koanulation von dispersen Teilchen bei der
beschriebenen Zentrifuge in den Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten der stehenden
Wellen, wo der Ultraschall seine höchste Energiedichte hat. Nun wird aber das Zustandekommen
der stehenden Schwingungen gegebenfalls durch laufende Änderung der Zusammensetzung
des flüssigen Gemisches (bzw. der örtlichen Konzentration der Komponent@n) gestört,
weil diese die Fortp@lanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls beeinflussen. Dadurch
wird das Trennvermögen der Zentrifuge noch weiter herabgesetzt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Zentrifugen dieser Art liegt
darin, daß man beim Wechseln des zu behandelnden Gutes auch die Gefäßhöhe ändern
muß, weil die Portpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls in verschiedenen Medien
verschieden groß ist. Diese Umstellung erschwert die Handhabung des Gerätes.
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Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zum Trennen
von inhomogenen flüssigen Stoffgemischen mit einem Ultraschallschwinger anzugeben,
der eine gleichmäßige Verteilung der Energie des Ultraschalls im ganzen Behandiungsraum
bei hoher Energiedichte erreichen läßt. Ein solcher Schwinger steigert die Trennfähigkeit
(.tr Zentrifuge.
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Diese Aufgabe wird bei einer Zentrifuge zum Trennen
von
inhomogenen flüssigen Stoffgemischen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwinger'
Ringform hat und an den Gefäßwandungen angebracht ist.
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Bei Flaschenzentrifugen wird der Schwinger erfindungsgemäß unmittelbar
an @@@ Behälterwandungen angebracht.
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Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen
mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar Fig. 1
eine Zentrifuge zum Trennen von inhomogenen flüssigen Stoffgemischen nach der Erfindung,
teilweise im Längsschnitt.
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Fig. 2 den Läufer einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zentrifuge
mit Behältern, teilweise im Längsschnitt.
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Wie man aus der Zeichnung sehen kann, sind die Hauptteile der Zentrifuge
zum Trennen der inhomogenen flüssigen Stoffgemische ein fliegend auf der Welle 2
in Kugellagern 3 angeordnet es Gefäß 1 und ein Antriebsmotor 4. An den Gefäßwandungen
ist ein auf verschiedene Resonanzen einstellbarer und gegen die Gefäßwandungen durch
Isolierleisten 6 aus Kunststoff isolierter ringförmiger Ultraschallschwinger 5 angebracht.
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Der Schwinger 5 wird im vorliegenden Palle von einen Piezoelektrischen
oder magnetostiktiven Ringwandler gebildet. Er kann sowchl unteilbar als auch mehreren
Segmenten zusammengesetzt sein. Die vom Schwinger erzeugten Schallwellen pflanzen
@i@@ in Radialrichtung durch den Raum des Behandlungsgefässes
1
fort.
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Die Zentrifuge ist weiter mit einem Stromabnehmer 7 zum Anschluß
eines Hochfrequenzgenerators (nicht gezeigt) am Schwinger versehen. Die Verbindungsleitungen
zwischen Stromabnehmer 7 und Schwinger 5 sind durch das zentrale Bohr 8 hindurchgeführt,
das zugleich als Kühlwasserzulaufrohr des Schwiners dient. Das Kühlwasser wird nach
Umspülen des Schwingers durch Öffnungen in Gefäßwandungen in den Austrittskasten
9 im Schutzmantel 10 abgeleitet. Das Zulaufrohr 12 für das zu behandelnde Inhomogene
Stoffgemisch dü@r@ durch den Deckel des ßchutzmantels 10 in den Behandlungsraum.
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Die in Fig. 2 gezeigte Zentrifuge besitzt zunächst einen Läufer 13
mit Zellen zur Auinnhma der Behälter 14 mit dem zu trennenden Gut. Man verwendet
solche Zentrifugen in Labors.
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Die Zellen des Läufers 13 können einen beliebigen Neigungs-Winkel
zur Läuferdrehachse haben.
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Bei Zentrifugen dieser Art sind die Ultraschallschwinger unmittelbar
an den Behältern 14 angebracht. Man erreicht dadurch eine gleichmäßige Verteilung
der Schallenergie im Raum der Behälter sowie eine hohe Schallenergiedichte.
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Die von einem Hochfrequenzgenerator (nicht gezeigt) ) erzeugte Rochfrequenz
wird den Schallschwingern 15 über einen unten am Läufer 13 angebrachten Stromabnehmer
16 zugeführt.
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Die Energiezuführung zu den Schwingern erfolgt tiber Kabel.
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Und Kontakte 17 am Läufer.
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Die beschriebene Zentrifuge hat folgende Wirkungsweise.
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Man füllt das Gefäß 1 (Fig.1) mit dem zu trennenden Gut durch das
Zulaufrohr 12 voll. Alsdann setzt man das Gefäß in Drehung schaltet den Hochfrequenzgenerator
ein.
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Der Schwinger wandelt die elektrischen Schwingungen in Ultra-Schall
um. Damit wird das zu behandelnde Gut gleichzeitig dem Ultraschall und der Fliehkraft
ausgesetzt. Unter solchen Verhältnissen trennen sich die Gemisebkomponenten voneinander.
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Der spezifisch leichtere Anteil wandert über die ganze Länge des Gefäßes
und gelangt in den Sammler 18, während die spezifisch schwerere Komponente bzw.
die feste Phase in einer an sich bekannten Weise aus dem Gemaß herausgeführt wird.
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Bei der Zentrifuge nach Fig. 2 füllt man das zu trennende inhomogene
Stoffgemisch in die Behälter 14 ein, die dann ebenfalls der gleichzeitigen Einwirkung
von Ultraschall und Fliehkraft ausgesetzt werden, um die Gemischkomponenten voneinander
zu trennen. Nach Stillsetzung der Zentrifuge nimmt man die Behälter aus den Läuferzellen
heraus und gießt zunachst die flüssige Phase und dsnn den Niederschlag ab.
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Das vom Schwinger 5 bzw. 15 erzeugte akustische Feld ist gleichmäßig
und hat im Benandlungsraum eine hohe kergiedichtet da sich die Behandlung des flüssigen
Stoff gemisches in der Nähe des Schwingers vollzieht bzw. die Dicke der behandelten
Stoffschicht kleiner als die Wellenlänge der Schallschwingungen ist. Unter solchen
Verhältnissen regt der Ultraschall eine intensive Koanulation im behandelten Stoffgemisch
an,
die die Trennung erleichtert.
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Während der Drehung des Behandlungsgefäßes 1 (Fig.l) wandert das
Stoffgemisch über die genze Länge des Schallschwineers 5. Dadurch wird eine gleichmäßige
und dauernde Einwirkung des Ultraschalls auf das behandelte Gut gewährleistet, was
die Trennwirkung steigert.
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Die angegebene Zentrifuge eignet sich vorzüglich zur Behandlung von
Latices, die bekanntlich feindispergierte wässrige Suspensionen von Polymeren mit
Teilchengräße von etwa 1 km sind. Während des Trennvorganges erfolgt zunächst die
Koanulation durch Ultraschallwirkung und dann die Abscheidung der opeziitsch schwereren
Teilchen durch Fliehkraftwridung.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die angegebene Zentrifuge
bietet die Kla@sierung von, Stoffen Die Zentrifuge ermöglicht zum Beisp@el die restlose
Ausscheidung aller Teilchen mit der Größe 1 bis 3 @m aus den Korundsuspensionen
mit der Teilchengröße 1 bis 15µm . Die Ultraschallschwingungen verhindern in diesem
Falle das Niederschalgen von feinen Teilchen, da diese sehr geringe Masse haben
und zusammen mit der flüssigen Phase schwingen.