DE2147124C3

DE2147124C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2147124C3
Application number: DE2147124A
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof.Dr.Ing. 7501 Moersch Leschonski; Hans Prof.Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Rumpf; Helmar Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Schubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2153375A1; FR2153375B1; DE2147124B2; CH547656A; IT965440B; GB1408869A; NL7212717A; DE2147124A1; JPS4857273A; US3856483A

Description

)ie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine richtung zum Entgasen einer insbesondere visko- oder hochviskosen Flüssigkeit in einer Zentri- :, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum, welchem die Flüssigkeit an der Innenwandung Rotors zu einem strömenden Film ausgebreitet

:l und einen blasenarmen und einen blasenreichcn eil bildet.

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

strie vorhandenen Gasblasen 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

»5 bzw. Verderben zu verhindern, gleiches gilt für viele normalviskose Flüssigkeiten.

Verfahren zum Entgasen von Flüssigkeiten in einer Zentrifuge, bei dem die Flüül^cit in Form einer dünnen Schicht einer möglichst senkrecht auf

»«< sie wirkenden Radialbeschleunigung bei einem oberhalb des Dampfdrucks der flüssigen Phase liegenden Umgebungsdruck ausgesetzt wird, sind bekannt. Im Zentrifugalfeld wsrkt auf die in der Flüssigkeit enthaltenen Gasblasen ein nach innen gerichteter Auf-

»5 trieb, 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 Außendmck des Gasraumes einstell!. Dadurch wird nur wenig Gas in der Flüssigkeit zusätzlich gelöst, das bei der anschließenden Abführung der entgasten Flüssigkeit wieder freigesetzt werden muß. Bei Entgasungszentrifugen mit höherem Flüssigkeitsstand, 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 anschließend wieder stattfindende Blasenbildung dem Entgasungsvorgang entzogen werden.

Aus diesen Gründen geht auch das erfindungsgemäße Verfahren von der bekannten Zentrifugalabscheidung von Gasblasen im Flüssigkeitsfilm aus. Es hat sich aber gezeigt, daß die Abscheidung im Flüssigkeitsfilm nicht ganz die erwartete und der Abschcidungsthcorie 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 Gasblasen in der verfügbaren Zeit die Flüssigkeitsoberfläche nicht verlassen, weil sich von einer be- stimmten Blasengröße ab ein Gleichgewicht zwischen dem Auftrieb der aus der Flüssigkeitsschicht herausragcndcn Blase und der Grenzflächenspannung einstellt. Zweitens nimmt der von dem Zentrifugenrotor abgeschleuderte Fiiüssigkeitsfilm beim Auftreffen auf die Gehäusewand wieder einige Gasblasen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abscheidung von Gasblasen bei der Entgasung von Flüssigkeiten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der blasenarme vom blasenreichen Flüssigkeitsanteil vor Verlassen des Rotors abgetrennt wird und daß der blasenarme Flüssigkeitsanteil entweder ohne Gasberührung oder erst nach vorheriger Verminderung seiner Umfangsgeschwindigkeit von dem Rotor abgezogen wird. Eine besonders gute Trennung erzielt man, wenn der blasenreiche vom blasenarmen Flüssigkeitsanteil durch Abschälen abgetrennt wird. ίο

Wesentlich ist, daß die Geschwindigkeit des blasenannen Flüssigkeitsanteils vermindert ist, bevor ein Gas- bzw. Luftkontakt möglich ist. Diese Verminderung kann sowohl in der Flüssigkeit anschließend an das Abziehen vom Rotor als auch noch im Rotor erfolgen. Man verzichtet dabei zwar auf den zunächst einleuchtenden Vorteil, daß zum Abtransport der Casblasen keinerlei besondere Maßnahmen zu treffen sind, da diese durch die Flüssigkeitsoberfläche hindurch in den Gasraum austreten. Wegen der gro- ao ßen Einfachheit eines solchen Gasaustritts arbeiten daher alle bekannten Entgasungszentrifugen nach diesem Verfahren, wobei offenbar in Unkenntnis der wahren Zusammenhänge in Kauf genommen wild, daß selbst bei Anlegung eines Vakuums nur verhallnismäßig große Blasen aus der Flüssigkeit entfernt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll aber gerade zur Abscheidung feiner Gasblasen dienen. Hierfü.-wird nach der Erfindung bewußt in Kaui genommen, daß ein Teil 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 blasenreiche Flüssigkeitsanteil nach Teilabscheidung der Gasblasen wieder in die Zentrifuge zurückgeführt. Diese Teilabscheidung 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 vorteilliaft erwiesen.

Die Entgasung der Flüssigkeit läßt sich bei An-Wendung des beschriebenen Trernverfahrens 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 Flüssigkeiisameil 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-Fiiehkr.iftentgasung für feinere Gasblasen erst technisch möglich gemacht, weil die Wiederaufnahme von Gasblasen beim Auffangen der entgasten Flüssigkeit weitgehend verhindert wird.

Zur Durchführung dieses neuen Verfahrens eignet sich eine Entgasungszentrifiige, bei der erfindungsgcmäß zürn Abschälen des blasenarmen Flüssigkcitsanteiles ein auf die Schichtdicke dieses Anteiles einstellbarer, vorzugsweise schneidenförmiger Überlauf vorgesehen ist.

F.s hat · kh 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 Flüssigkeitsfilraes in diesen eingemischt Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Umfangsgeschwindigkeit des blasenarmen Anteils bereits im Rotor herabgesetzt wird, und dazu im Rotor rijckwärtsgekrümmte Austrittskanäle angebracht sind. Durch die Rückwärtskrümmung kann ein großer Teil der Umfangsgeschwindigkeit abgebaut werden, die den Hauptanteü 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 Einmischens von Luft i.i den abgeschleuderten blasenarmen Flüssigkeitsam. ;1 besteht erfindungsgemäß darin, daß die Gasberü':rung überhaupt vermieden wird. Hierzu ist eine Entgasungszentrifuge besonders zweckmäßig, bei der der Rotor überlaufseitig an einen ihn ringförmig umschließenden Flüssigkeitsraum angrenzt, der das Abziehen des blasenarrnen Flüssigkeksanteils ohne Gasberührung gestattet. Der Flüssigkeitsraum ist vollkommen mit Flüssigkeit gefüllt, so daß der blasenarme Flüssigkeitsanteil ohne Gasberührung übertreten kann. 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 erfindungsgemäDen Zentrifuge sieht vor, daß am überlaufseitigen Rand des Rotors ein ringförmiger Sammelraum für den blasenarmen Flüssigkeitsanteil ausgebildet ist. aus dem dieser ohne Gasberührung mittels einer feststehenden oder langsam rotierenden Abzugsvorrichtung abziehbar ist. Die Abzugsvorrichtung kann aus zwei mit Abstand vorgesehenen, zur Drehachse konzentrischen konischen Blechen, bestehen, an deren äußerem Umfang radiale oder gekrümmte Schaufeln befestigt sind, die den blasenarmen Flüssigkeitsanteil aus dem Ringraum heraus nach innen befördern.

Die Erfindung ist mit vorteilhaften Einzelheiten an Ausführungsbeispielen an Hand einer schematischen Zeichnung erläutert.

Fi g. 1 zeigt die Darstellung einer erfindungsgemaßcn Entgasungszentrifuge zur Entgasung von Flüssigkeiten mit ringförmiger Schneide zur Trennung de? blascnarmen vom blasenreicheii Fliissigkeitsanteil die Austrittskanäle für den blascnarmcn Flüssigkeitsanteil und die feststehenden Auffangbehälter füi br.de Anteile;

F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Entgasungszentrifiige, bei der zui Verringerung der Umfangsgeschwindigkeit des blasen armen Anteils im Rotor rückwärtsgekrümmte Ka näle angebracht sind;

F i g. 3 zeigt eine Modifikation der erfindungsge mäßen Entgasungszentrifuge, bei der der Rotor at einen Flüssigkeitsringraum angrenzt, in den der bla senarme Flüssigkeitsanteil ohne Gasberührung über tritt;

F i g. 4 stellt eine Entgasungsrcntrifugc dar, bei de die Entnahme des blascnarmen und des blasenrei

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chen Flüssigkeitsanteils durch eine feststehende oder Ordnung von Millimetern liegt und der Abstand der

langsam mitrotierende Abzugsvorrichtung erfoigt. Schneide 4 von der Rotorinnenwand der Filmdickc

Im folgenden wird zunächst das in Fig. 1 und 2 angepaßt werden muß. Prinzipiell ist jedoch auch die

dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- Verwendung eines feststehenden, nicht rotierenden

mäßen Entgasungszentrifuge beschrieben und daran 5 Überlaufs möglich,

das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. In F i g. 3 ist eine Lntgiisungszentrifuge dargestellt.

Die zu entgasende Flüssigkeit wird durch einen bei der der Rotor an einen Flüssigkeitsraum an-

Bodeneinlaß 1 in den schüsseiförmigen, sich leicht grenzt, in dem de r blasenarme Flüssigkeitsanlci!

konisch erweiternden Rotor 2 einer Entgasungszentri- ohne Gasberührung übertritt. Ein hierfür geeigneter

fuge eingebracht, in Umfangsrichtung beschleunigt io Austrittsspalt 14 ist im einfachsten Fall ein ringför-

und auf der Innenwand des Rotors in Form eines miger Umfangsschlitz oder eine Sieblochreihe. Die

aufsteigenden dünnen Films 3 ausgebreitet. Die Ent- Umfangsgeschwindigkeit wird durch Reibung in

gasung erfolgt bei der nach oben gerichteten Strö- einem den oberen Rotorrand ringförmig umschlie-

mung des Filrns auf der Innenwand des etwa 10 cm ßenden, anfänglich ruhenden Flüssigkeitsring 15 ab-

bis etwa 1 m langen bzw. hohen Zentrifugenrotors, 15 gebaut. Im Flüssigkeitsring 15 stellt sich bei stationä-

bis sich am oberen Ende eine blasenarme Flüssig- rein Betrieb eine nach außen abnehmende Umfangs-

keiitsschicht in Wandnähe und darüber eine blasen- geschwindigkeit ein. Um die Übergabe des blasenar-

reiche Schicht gebildet hat. Diese beiden Anteile men Flüssigkeitsanteils ohne Gasberührung erfolgen

werden nun durch eine einziehbare ringförmige und zu lassen, muß ein Eindringen von Gas aus dem die

etwa zylindrische Schneide 4 voneinander getrennt, »o Zentrifuge umgebenden äußeren Raum 16, s. Fig. 3,

die als Überlauf ausgebildet ist und über die der bla- verhindert werden. Aus diesem Grund ist gegen den

senhaltige Flüssigkeitsanteil 5 an einen Auffangka- Außenraum abzudichten. Eine hierfür vorgesehene

nal 6 übergeben und aus diesem nach einer Teilab- Abdichtung 17 kann beispielsweise durch eine am

scheidung der Blasen über eine Kreislaufleitung 7 er- Rotor anliegende Dichtung oder durch eine Laby-

neut durch den Bodeneinlaß 1 in die Zentrifuge bzw. »5 rinthdichtung bzw. eine Spaltdichtung erfolgen, wo-

die Entgasungsfilmströmung zurückgeführt wird. Die bei diese zweckmäßig von innen nach außen von

Teilabscheidung der Blasen kann beispielsweise Flüssigkeit durchspült wird, um ein Eindringen von

durch Abwurf oder Abschleudern des blasenidchen Gas zu verhindern. Auch bei dieser Ausführung ist

Flüssigkeitsanteils von einem horizontalen Teil eines eine mitrotierende Schneide 4 vorgesehen.

Überlaufs 8, der sich oben an die Schneide 4 an- ₃₀ In F i g. 4 ist eine Entgasungszentrifuge dargestellt,

schließt, und durch Aufprall auf eine gegenüberlie- bei der die Entnahme des gasarmen und des gasrei-

gende zylindrische Wand 9 des Abzugskanals 6 unter chen Flüssigkeitsanteils durch eine feststehende oder

Vakuum erfolgen. langsam mitrotierende Abzugsvorrichtung erfolgt. In

Der blasenarme Flüssigkeitsanteil veirläßt den Ro- dem hier dargestellten Beispiel handelt es sich um

tor durch rückwärtsigekrümmte Austrittskanäle 10 35 eine rotationssymmetrische Abzugsvorrichtung für

und wird mit geringer Umfangs- und Radialge- den gasarmen Flüssigkeitsanteil und den gasreichen

schwindigkeit an einen feststehenden, schwach ko- Flüssigkeitsanteil. Bei dieser Zentrifuge werden die

nisch ausgeführten ringförmigen Deckel 11 eines den beiden Anteile wiederum durch eine Schneide 4 von-

Rotor 2 ringförmig umschließenden Flüssigkeitsrau- einander getrennt. Der blasenarme Anteil wird je-

mes 12 übergeben. Die Übergabe des blasf-narmen 40 doch in einem ringförmigen Sammelraum 20 aufge-

Flüssigkeitsanteils soll möglichst stoßfrei enilgen, staut und aus diesem mittels der Abzugsvorrichtung

weshalb die aus den Austrittskanälen 10 austretende 18, 21 entnommen. Die Abzugsvorrichtung besteht

Flüssigkeit möglichst tangential auf dem Deckel Il beispielsweise aus übereinander angeordneten

auftreffen sollte. Ein Ausschnitt (Detail) der Entga- schwach konischen Blechen 21, die zwischen sich ro-

sungszentrifuge zur Übergabe des blasenarmen Flüs- 45 tationssymmetrische Räume zum Abtransport dei

sigkeitsanteils 13 und des blasenreichen Flüssigkeits- Flüssigkeitsanteile einschließen. Am äußeren Um-

anteils 5 ist vergrößert in Fi g. 2 dargestellt. Man er- fang befinden sich radiale oder gekrümmte Schaufeln

kennt in der unseren Hälfte der in Fig. 2 dargestell- 18, 19, die die Flüssigkeitsanteile abschälen. Statt det

ten Draufsicht die hier als Beispiele dargestellte dargestellten rotationssymmetrischen Anordnung

Form der rückwärtsgekrümmten Abzugskanäle 10, 50 können auch einzelne Abzugsrohre verwendet wer

durch die die Umfangsgeschwindigkeit des gas- oder den, die an ihrem vorderen Ende spitz zulaufen unc

blasenarmen Flüssigkeitsanteils verringert wird. die Flüssigkeitsanteile abschälen.

Die Zeichnung in der oberen Hälfte zeigt die Zen- In den her dargestellten Beispielen ist die Entga

trifuge, deren Funktion bereits in F i g. 1 erläutert sungszent>afuge lotrecht und nach oben offen an

wurde, im Schnitt. Der schneidenförmige Überlauf 55 geordnet. In gleicher Weise sind Entgasungszentrifu

4,8 ist in beiden Figuren als ein mitrotierender Teil gen denkbar, bei denen der Rotor beispielsweisi

der Zentrifuge gezeichnet. Dies hat herstellungstech- nach unten offen betrieben wird. Dies kann für dei

nische Vorteile, da die Filmdicke nur in der Größen- Abtransport der Flüssigkeitanteile vorteilhaft sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entgasen einer Flüssigkeit nut einer Zentrifuge, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum, bei dem die Flüssigkeit an der Innenwandong des Rotors zn einem strömenden FOm ausgebreitet wird und einen blasenarmen und einen blasenreichen Anteil bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der blasenarme vom blasenreichen Flüssigkeitsanteil vor Verlassen des Rotors abgetrennt wird und daß der blasenarme Flüssigkeitsanteil entweder ohne Gasberühnmg oder erst nach vorheriger Verminderung seiner Umfangsgeschwindigkeit von dem Rotor abgezogen wird.

2. Verfahren nach Ansprach I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der blasenreiche vom blasenarmen Flüssigkeitsanteil durch Abschälen abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der blasenreiche Flüssigkeitsanteil nach Teilabscheidung der Gasblasen in die Zentrifuge zurückgeführt wird.

4. Entgasungszentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschälen des blasenarmen Flüssigkeitsanteiles (13) ein auf die Schichtdicke dieses Anteiles einstellbarer, vorzugsweise schneidenföimiger, überlauf (4, 8) vorgesehen ist.

5. Entgasungszentnfuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 2 .r Verringerung der Umfargsgeschwindigkeit des blasenarmen Anteiles (12>) im Rotor (2) rückwärtsgekrümmte Austrittskanälc (10) angebracht sind.

6. Entgasungszentnfuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) überlaufseitig an einen ihn ringförmig umschließenden Flüssigkeitsraum (12) angrenzt, der das Abziehen des blasenarmen Flüssigkeitsanteiles (U) ohne Gasberührung gestattet.

7. Entgasungszentnfuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am überlaufseitigen Rand des Rotors (2) ein ringförmiger Sammelraum (20) für den blasenarmen Flüssigkeitsanteil (13) ausgebildet ist, aus dem dieser ohne Gasberührung mittels einer feststehenden oder langsam rotierenden Abzugsvorrichtung (18, 21) abziehbar ist.