DE2147124A1

DE2147124A1 - Verfahren und vorrichtung zum entgasen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2147124A1
Application number: DE2147124A
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof Dr Ing Leschonski; Hans Prof Dr Ing Rumpf; Helmar Dipl Ing Schubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1973-03-29
Also published as: FR2153375A1; CH547656A; US3856483A; JPS4857273A; NL7212717A; DE2147124C3; DE2147124B2; FR2153375B1; GB1408869A; IT965440B

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten in einem am inneren Umfang eines Zentrifugenrotors strömenden Film, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum.

Viele Produkte der chemischen, der pharmazeutischen, der Lebensmittel- und verwandten Industrien, insbesondere hochviskose Flüssigkeiten, Pasten, Suspensionen, Emulsionen oder dergl, .enthalten Luft oder Gase gelöst oder in Form von kleinen Blasen, die bei der Herstellung unvermeidbar in die Flüssigkeit eingearbeitet werden, im Endprodukt jedoch nicht enthalten sein sollen oder dürfen. So beeinträchtigen beispielsweise die

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in Salben der pharmazeutischen Industrie vorhandenen Gasblaeen das Aussehen der abgefüllten Salbe und verhindern eine einwandfrei, stets gleichbleibende Füllung der Packungen. Pasten oder Emulsionen der Lebensmittelindustrie dürfen vielfach keine Luft enthalten, um ein vorzeitiges Altern bzw. Verderben zu verhindern, gleiches gilt für viele normalviskose Flüssigkeiten,

■ Verfahren zum Entgasen von Flüssigkeiten in einer Zentrifuge, bei dem die Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht einer möglichst senkrecht auf sie wirkenden Radialbesehleunigung bei einem oberhalb des Dampfdrucks der flüssigen Phase liegenden Umgebungsdruck ausgesetzt wird, sind bekannt. Im Zentrifugalfeld wirkt auf die in der Flüssigkeit enthaltenen Gasblasen ein nach innen gerichteter Auftrieb, der diese von außen nach innen transportiert. Als besonders zweckmäßig hat sich die Entgasung in einem am inneren Umfang eines Zentrifugenrotors strömenden Filmes erwiesen. Dies hat vor allem den Vorteil, daß sich in der Flüssigkeit nur ein verhältnismäßig kleiner Überdruck gegenüber dem an der Filmoberfläche herrschenden Außendruck des Gasraumes einstellt. Dadurch wird nur wenig Gas in der Flüssigkeit zusätzlich gelöst, das bei der anschliessenden Abführung der entgasten Flüssigkeit wieder frei gesetzt wird. Bei Entgasungszentrifugen mit höherem Flüsssigkeitsstand, wie sie aus der Patentliteratur bekannt sind und in der Technik angewandt werden, ist dieser Umstand offensichtlich nicht beachtet, was die nachteilige Folge hat, daß insbesondere die feinen Teilchen durch Lösung und anschließende wieder stattfindende Blasenbildung dem Entgasungsvorgang entzogen werden.

Aus diesen Gründen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die bekannte Zentrifugalabscheidung von Gasblasen im J¹IUssigkeitsfilm zugrunde gelegt. Es hat sich aber gezeigt« daß die Abscheidung im Flüssigkeitsfilm nicht ganz die erwartete

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und der Abscheidungstheorie entsprechende Wirkung hat. Es wurde vielmehr festgestellt, daß die im feststehenden Teil der Zentrifuge wieder aufgefangene Flüssigkeit den gleichen oder gegebenenfalls auch einen noch größeren Gasblasengehalt besitzen kann als die aufgegebene Flüssigkeit. Deshalb haben sich Entgasungszentrifugen mit Filmströmung bis jetzt in der Technik noch nicht durchgesetzt. Die negative Wirkung beruht auf zwei Erscheinungen. Erstens können, selbst wenn Vakuum ausgeübt wird, feinere aasblasen in der verfügbaren Zeit die Flüssigkeitsoberflache nicht verlassen, weil sich von einer bestimmten Blasengröße ab ein Gleichgewicht zwischen dem Auftrieb der aus der Flüssigkeitsschicht herausragenden Blase und der Grenzflächenspannung einstellt. Zweitens nimmt der von dem Zentrifugenrotor abgeschleuderte Flüssigkeitsfilm beim Auftreffen auf die Gehäusewand wieder Gasblasen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entgasung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Flüssigkeit vor Verlassen des Rotors in einen blasenarmen und einen blasenhaltigen Flüssigkeitsanteil getrennt wird und daß der blasenarme Flüssigkeitsanteil entweder ohne Gasberührung oder nach vorheriger Verminderung seiner Umfangsgeschwindigkeit von dem Rotor abgezogen wird. Man verzichtet dabei zwar auf den zunächst einleuchtenden Vorteil, daß zum Abtransport der Gasblasen keinerlei besondere Maßnahmen zu treffen sind, da diese durch die Flüssigkeitsoberfläche hindurch in den Gasraum austreten. Wegen der großen Einfachheit eines solchen Ga3austritts arbeiten daher alle bekannten Entgasungszentrifugen nach diesem Verfahren, wobei offenbar in Unkenntnis der wahren Zusammenhänge in Kauf genommen wird, daß selbst bei Anlegung eines Vakuums nur verhältnismäßig große Blasen aus der Jb¹J üiiaigkei t entfernt werden können.

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Bas trfindungsgemäße Verfahren soll aber gerade zur Abscheidung feiner Gasblasen dienen. Hierfür wird nach der Erfindung bewußt in Kauf genommen, daß ein Seil der Flüssigkeit mit den in der Oberflächenschicht angesammelten Gasblasen abgeführt wird. Soweit für diese mit Gasblasen angereicherte Flüssigkeit keine besondere Verwendung besteht, wird in Ausgestaltung der Erfindung der größere Teil der Blasen abgeschieden und der Rest wieder in die Entgasungsfilmströmung zurückgeführt. Diese Teil- W abscheidung kann im Gegensatz zur Abführung des blasenarmen Flüssigkeitsanteils mit hinreichendem Erfolg durch Aufprall an einer feststehenden Wand im Vakuum erfolgen. !Trotz des zusätzlichen Aufwandes und der größeren Flüssigkeitsbelastung des Filmes hat sich dieses Verfahren wegen der guten Abscheideleistung als vorteilhaft erwiesen.

Die Entgasung der Flüssigkeit läßt sich bei Anwendung des beschriebenen Trennverfahrens oder, soweit es sich nur um die Abscheidung größerer Gasblasen handelt, auch ohne dieses, mit besonderem Erfolg anwenden, weil zur Abhilfe des zweiten grundsätzlichen Nachteils erfindungsgemäß der gasblasenarme Flüs-. sigkeitsanteil entweder ohne Gasberührung oder nach vorheriger ™ Verminderung seiner Umfangsgeschwindigkeit von dem Rotor abgezogen wird. Dadurch wird entgegen der seitherigen Ansicht der Fachwelt die Anwendung der Film-Fliehkraftentgaeung für feinere Gasblasen erst technisch möglich gemacht, weil die Wiederaufnahme von Gasblasen beim Auffangen der entgasten Flüssigkeit weitgehend verhindert wird.

Es hat sich gezeigt, daß die Wiederaufnahme von Gasblasen sehr entscheidend von der Relativgeschwindigkeit zwischen der abgeschleuderten Flüssigkeit und der feststehenden Gehäusewand abhängt. Je höher die Geschwindigkeit ist, umso mehr Gas wird unter turbulenter Vermischung und teilweiser Auflösung des

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Flüssigkeitsfilmes in diesen eingemengt. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch, vermieden, daß die Umfangsgeschwindigkeit des blasenarmen Anteils bereits im Rotor herabgesetzt wird, beispielsweise durch im Rotor angebrachte rückwärts gekrümmte Kanäle. Durch die Rückwärtskrümmung kann ein großer Teil der Umfangsgeschwindigkeit abgebaut werden, die den Hauptanteil der Relativgeschwindigkeit zwischen dem abströmenden Film und dem feststehenden Gehäuse liefert. Um die relativ zum Rotor rückwärts gerichtete Geschwindigkeitskomponente möglichst hoch zu machen, ist es zweckmäßig, die Abzugskanäle des Rotors mit sich verengenden Querschnitt auszuführen.

Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung des Einmischend von Luft in den abgeschleuderten blasenarmen Flüssigkeitsanteil besteht erfindungsgemäß darin, daß die Gasberührung überhaupt vermieden wird. Besonders zweckmäßig ist eine Entgasungszentrifuge, in der der Rotor an einen Flüssigkeitsraum angrenzt, der vollkommen mit Flüssigkeit gefüllt ist und in den somit der blasenarme Flüssigkeitsanteil ohne Gasberührung übertritt. Die Abdichtung zwischen Flüssigkeitsraum und Rotor kann beispielsweise durch eine am Rotor anliegende Dichtung oder durch eine Labyrinthdichtung bzw. eine Spaltdichtung erfolgen, die zweckmäßig von innen nach außen von Flüssigkeit durchspült wird.

Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Zentrifuge sieht vor, daß im Rotor hinter der Filmströmung ein ringförmiger Sammelraum für den blasenarmen Flüssigkeitsanteil vorgesehen ist, aus dem dieser ohne Gasberührung von einer feststehenden oder langsamer mitrotierenden Abzugsvorrichtung abgezogen wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ist an Ausführungsbeispielen anhand einer schematischen Zeichnung erläutert.

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Jig. 1 zeigt die Darstellung einer erfindungsgemäßen Entgasungszentrifuge zur Entgasung von Flüssigkeiten mit ringförmiger Schneide zur Trennung des blasenarmen vom blasenhaltigen Flüssigkeitsanteil, die Austrittskanäle für den blasenarmen Flüssigkeitsnateil und die feststehenden Auffangbehälter für beide Anteile.

t Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Zentrifuge, bei der zur Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit des blasenarmen Anteils im Eotor rückwärts gekrümmte Kanäle angebracht sind.

Fig. 5 zeigt eine Modifikation der erfindungsgemäßen Zentrifuge, bei der der Rotor an einen Flüssigkeitsraum angrenzt, in den der blasenarme Flüssigkeitsanteil ohne Gasberührung übertritt.

Fig. 4 stellt eine Entgasungszentrifuge dar, bei der die Entnahme des gasarmen und gashaltigen Flüssigkeitsanteils durch eine feststehende oder langsamer ψ mitrotierende Abzugsvorrichtung erfolgt.

Im folgenden wird zunächst das in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entgasungszentrifuge beschrieben und daran das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.

Die zu entgasende Flüssigkeit wird bei 1 in den Rotor einer Zentrifuge eingebracht, in Umfangsrichtung beschleunigt und auf der Innenwand des Rotors in Form eines dünnen Films ausgebreitet. Die Entgasung erfolgt beim Transport des Filmes auf der Innenwand des etwa 10 cm bis etwa 1 m langen Zentrifugenrotors, bis sich am oberen Ende eine blasenarme Flüssigkeits-

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schicht in Wandnähe und darüber eine blasenhaltige Schicht gebildet hat. Diese beiden Anteile werden nun durch eine einziehbare ringförmige Schneide 4 voneinander getrennt, die als Überlauf ausgebildet ist und über die der blasenhaltige Flüssigkeit santeil 5 an einen Auffangkanal 6 übergeben und aus diesem nach einer Teilabscheidung der Blasen im Kreislauf 7 erneut in die Entgasungsfilmströmung zurückgeführt wird. Die Seilabscheidung der Blasen kann beispielsweise durch Abwurf des blasenhaltigen FlüssigkeitBanteils rom horizontalen Teil eines Überlaufs 8 und durch Aufprall auf eine gegenüberliegende Wand 9 des Abzugskanals 6 unter Vakuum erfolgen.

Die blasenarme Flüssigkeit verläßt den Rotor durch rückwärts gekrümmte Abzugskanäle 10 und wird mit geringer Umfangs- und Radialgeschwindigkeit an einen feststehenden, schwach konisch ausgeführten Deckel 11 eines Abzugskanals 12 übergeben. Die Übergabe des blasenarmen Flüssigkeitsanteils soll möglichst stoßfrei erfolgen, weshalb die aus dem Abzugskanal 10 austretende Flüssigkeit möglichst tangential auf dem Deckel 11 auftreffen sollte. Ein Ausschnitt der Zentrifuge zur Übergabe des blasenarmen Flüssigkeitsanteils 13 und des blasenhaltigen Flüssigkeitsanteils 5 ist vergrößert in Fig. 2 dargestellt. Man erkennt in der unteren Hälfte der in Fig. 2 dargestellten DrauÄLcht die hier als Beispiele dargestellte Form der rückwärts gekrümmten Abzugskanäle 10, durch die die Umfangsgeschwindigkeit der blasenarmen Flüssigkeit verringert wird.

Die Zeichnung in der oberen Hälfte zeigt die Zentrifuge, deren Funktion bereits in Fig. 1 erläutert wurde, im Schnitt. Der schneidenförmige Oberlauf ist in beiden Figuren als ein mitrotierender Teil der Zentrifuge gezeichnet. Dies hat herstellungstechniache Vorteile, da die Filmdicke nur in der Grössenordnung von Millimetern liegt und der Abstand der Schneide

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yon der Rotorinnenwand der Filmdicke angepaßt werden muß. Prinzipiell ist jedoch auch die Verwendung eines feststehenden, nicht rotierenden Überlaufs möglich.

In Fig. 3 ist eine Zentrifuge angegeben, bei der der Rotor an einen Flüssigkeitsraum" angrenzt, in dem der blasenarme Flüssigkeitsanteil ohne Gasberührung übertritt. Ein hierfür geeigneter Austrittsspalt 14 ist im einfachsten Fall ein ringförmi-

) ger Umfangsschlitz oder eine Sieblochreihe. Sie Umfangsgeschwindigkeit wird durch Reibung im anfänglich ruhenden Flüssigkeitsring 15 abgebaut. Im Flüssigkeitsring 15 stellt sich bei stationärem Betrieb eine nach außen abnehmende Umfangsgeschwindigkeit ein. Um die Übergabe der blasenarmen Flüssigkeit ohne Gasberührung erfolgen zu lassen, muß ein Eindringen von Gas aus dem äußeren Raum 16, siehe Fig. 3, verhindert werden. Aus diesem Grund ist gegen den Außenraum abzudichten. Die hierfür vorgesehene Abdichtung 17 kann beispielsweise durch eine am Rotor anliegende Dichtung oder durch eine Labyrinthdichtung bzw. eine Spaltdichtung erfolgen, wobei diese zweckmäßig von innen nach außen von Flüssigkeit durchspült werden, um ein Eindringen von Gas zu verhindern. Auch bei dieser Ausführung ist

" eine mitrotierende Sohneide 4 vorgesehen.

In Fig. 4 ist eine Entgasungszentrifuge dargestellt, bei der die Entnahme des gasarmen und des gashaltigen Flüssigkeitsanteils durch eine feststehende oder langsam mitrotierende Abzugsvorrichtung erfolgt. In dem hier dargestellten Beispiel handelt es sich um eine rotationssymmetrische Abzugsvorrichtung für den gasarmen Flüssigkeiteanteil und den gashaltigen Flüssigkeitsanteil. Bei dieser Zentrifuge werden die beiden Anteile wiederum durch eine Schneide 4 voneinander getrennt. Der blasenarme Anteil wird jedoch in einem ringförmigen Sammelraum 20 aufgestaut und aus diesem mittels der Abzugsvorrichtung ent-

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nommen. Die Abzugsvorrichtung 'besteht "beispielsweise aus übereinander angeordneten schwach konischen Blechen 21, die zwischen sich rotationssymmetrische Saume zum Abtransport der Flüssigkeitsanteile einschließen. Am äußeren Umfang befinden sich radiale oder gekrümmte Schaufeln 18, 19, die die Plüssigkeitsanteile abschälen. Statt der dargestellten rotationssymmetrischen Anordnung können auch einzelne Abzugsrohre verwendet werden, die an ihrem vorderen Ende spitz zulaufen und die Flüssigkeits^ateile abschälen.

In dem hier dargestellten Beispiel ist die Zentrifuge vertikal und nach oben offen angeordnet. In gleicher Weise sind Einrichtungen denkbar, bei denen beispielsweise die Zentrifuge nach unten offen betrieben wird. Dies kann für den Abtransport der Plüssigkeitsanteile vorteilhaft sein.

An sprüche

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Entgasen von Flüssigkeiten in einem am inneren Umfang eines Zentrifugenrotors strömenden Film, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit vor Verlassen des Rotors in einen blasenarmen und einen "blasenhaltigen Flüssigkeitsanteil getrennt wird und daß der blasenarme Flüssigkeitsanteil entweder ohne Gasberührung oder nach vorheriger Verminderung seiner Umfangsgeschwindigkeit von dem Rotor abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der blasenhaltige Flüssigkeitsanteil

| nach Teilabscheidung der Gasblasen in die Entgasungsfilmströmung zurückgeführt wird.

3. Entgasungszentrifuge zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Trennung des Flüssigkeitsfilms in einen blasenreichen Flüssigkeitsanteil (5) und einen blasenarmen Flüssigkeitsanteil (13) ein auf die Schichtdicke des blasenarmen Anteils einstellbarer, vorzugsweise schneidenförmiger Überlauf (4, 8) vorgesehen ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit des blasenarmen Anteils (13) im Rotor (2) rückwärts ge-

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krümmte Austrittskanäle (10) angebracht sind.

5. Zentrifuge nach. Anspruch 3/dadurch gekennzeichnet, daß der Eotor (2) an einen ihn ringförmig umschließenden Flüsssigkeitsraum (12) angrenzt, in den der blasenarme Flüesigkeitsanteil (13) ohne Gasberührung übertritt,

6. Zentrifuge nach Anspruch 3) dadurch gekennzeichnet , daß im Rotor (2) hinter der Filmströmung ein ringförmiger Sammelraum (15) für den blasenarmen Flüssigkeitsanteil (13) vorgesehen ist, aus dem dieser ohne Gasberührung von einer feststehenden oder langsamer mitrotierenden Abzugsvorrichtung (18) abziehbar ist.

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