DE2157444A1 - Verfahren zur Abtrennung von in Flüssigkeiten suspendierten Teilchen und dynamische Trenneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Hirrn Lucian. Bsnfe, Justin BOURDfttE

"Verfahren zur Abtrennung von in Flüssigkeiten suspendierten Teilchen und dynamische Trenneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens¹¹

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von in Flüssigkeiten suspendierten Teilchen, wobei die mit den Teilchen verunreinigte Flüssigkeit Zentrifugalkräften unterworfen ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine dynamische Trennvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem in einer abgedichteten {(•«•er engeordneten Rotor der einen im wesentlichen zylindriechen Filtereinsatz trigt, welcher auf der Rotationsachse des Rotors zentriert ist, wobei im Gehäuse eine Eintrittsöffnung für die mit Teilchen beladen« Flüssigkeit, eine Auetrittsöffnung für die gereinigte Flüssigkeit und eine weitere, im unteren Teil angeordnete Auetrittöffnung für die Teilchen vorgesehen ist.

-2-

20*824/0650

BAD ORIGINAL

Ois ausschließlich mit Zentrifugalkräften arbeitenden Trennverfahren, haben im Allgemeinen keinen vollkonwenan Wirkungegrad. Diee iat beispielsweise bei den aogenannten Zyklontranneinrichtungen der Fall. Ulli man eine absolute Trennwirkung erzielen, muß »an notwendigerweise auf Filterplatten oder Filterwände zurückgreifen, Dabei ergibt eich aber auf der anderen Seite das Problem der Bildung von Schichten oder "Kuchen" der abzutrennenden Teilchen, deren Dicke den Druckabfall bestimmt. Die bekannten mit Filtereineätzen vereehenen Trennzentrifugen ermöglichen es jedoch nicht im Dauerbetrieb und bei praktisch konstanten Druckabfall unter ulrtechaftlicheten Bedingungen sine Flüssigkeit von den in ihr euapendierten Teilchen abzutrennen. In allen diesen bekannten Geräten folgen sowohl die Flüssigkeit ale auch die Teilchen in einen vorgegebenen Augenblick entgegengesetzten Trajektorien und verureachen dadurch einen zusätzlichen Druckabfall.

Unter gewiesen, aue Reaonanxrphanomenenreeultierenden Umständen, konst ee sogar vor, daß der Druckabfall enetatt konstant zu bleiben mit einer großen Geschwindigkeit anwächst, eo daß man gezwungen ist, periodisch die Zirkulation der Flüssigkeit anzuhalten, um aue der rotierenden Anordnung einen wesentlichen Teil dar anwachsenden und an dsr Rotation teilnehmenden Taiichenmassa zu entfernen, üb auf diese Uleiee auf einsn normalen UJiderstandewart für die

-3-

209824/0659 bad original

FlUesigkait auf deren Zentripetal-Trajektorie zurUckzukehr9n. Käufig muß man sogar den Filtereineatz reinigen oder durch ·1η·η η·α·η ersetzen. Dies ist beispielsweise bei sogenannten Rotationsfiltern der Fall. Schließlich ist man sogar häufig gezwungen zusätzliche Reinigungsschritte anzuwenden, wie beispielsweise eine Vibrationsabtrennung, ein Gegenstromblasen, ein Auswaschen das Einsatzes oder dergleichen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten der bekannten Verfahren zu verbessern oder zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Filtarverfahran gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daQ quer zu einer, rotierend mit dar Flüssigkeit mitgenommenen Filterwand eine Saugwirkung erzeugt wird, die divergierend zu der Bewegungsrichtung verläuft, die den Teilchen durch da? Zentrifugalkraftfeld aufgezwungen wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine dynastisch« Trennvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehen, mit einem in einem ebgedichteten Genauso angeordneten Rotor, der einen im wesentlichen zylinderf'örmigan, auf der Drehachse das Rotors zentrierten Filtereinsatz umfaßt, wobei iir> Gohäuee ein Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit, ein Flüsaigkeitsauslaß für die gereinigte

20982W06S9

BAD ORIGINAL

FlUssigkeit und ein Teilchenauslaö im unteren Teil für die abgetrennten Teilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Filtereinsatz in seinem Zentruai einen dicht mit dem FlüesigkeitseinlaO verbundenen stromaufwärtigen Raum enthält und aus einer Folge von derart angeordneten Filteruanden besteht, daß einerseits direkt in einen stromabwärtigen Raum außerhalb des Rotors führende radiale Kanals gebildet sind und andererseits durch die Filterwände von den radialen Kanälen getrennte transversale Ka* näle, aus denen - nach Durchqueren der Filterwände - infolge einer Druckdifferenz zwischen Flüssigkeits- Ein- und -Auslaß, die gereinigte Flüssigkeit abgezapft uird, wobei diese transversalen Kanäle in einen otromabwärtigen Raum des Rotors münden, der dicht mit dem FlüssigkeitsauslaG des Gehäuses verbunden ist.

Dank dieser Anordnung sind die in der verunreinigten Flüssigkeit suspendierten Teilchen nicht nur der Mitnahmeu/irkung der Flüssigkeit unterworfen, sondern darüber hinaus dar Trägheitekraft infolge des Zentrifugalkraftfeldes» Sie werden somit direkt von der Achse bis zu Peripherie de3 Rotors quer zu den radialen Kanälen mitgenommen, un sich anschiie3end infolge der Schilferkraft im unteren Bereich des Gehäuses in Höhe des Teiichenauslaeees zu earnmaln.

BAD ORIGiNAL "⁵"

200824/ÖSS9

üJas die gereinigte Flüssigkeit anlangt, so folgt diese anfänglich einer Zentrifugaltrajektorie, die zunächst in etwa parallel zu den Filterflächen verläuft und sich anschließend in etwa dort rechtwinklig krümmt, wo die Flüssigkeit die Filterflachen schneidet, um so in den stromabwärtigen Raum zu gelangen.

Als Folge davon verlaufen die Flüssigkeit und die Teilchen niemals gegeneinander, wie es bei den bislang bekannten Einrichtungen der Fall war, so daß dadurch eine permanente Reinigung der Filterflachen erleichtert wird. Eine erfinduncjSgemäGe Trennvorrichtung kann deshalb kontinuierlich mit einer praktisch konstanten Druckdiffercnz arbeiten.

Bei einer speziellen Ausführungsforni der vorliegenden Erfindung, sind die Filteruände in Ebenen senkrecht zur Rotationsachse des Rotors angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Filtereinsatz aus einer Mehrzahl quaderförmiger Filterblöcke besteht, die regelmäßig am Rotorurr.fang angeordnet sind und untereinander durch Zwischenräume in Form von Prismen mit dreieckigen Grundflächen getrennt sind, in die die transveraalon Kanäle einmünden und daO die Zwischenräume mit einer ringförmigen Kammer des Rotors kommunizieren, dia dicht

209824/0659 *

BAD ORIGINAL

mit dem FlüssigkBitsauslaß für die gerainigte Flüssigkeit verbunden ist.

Anhand das in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten AuafUhrungsbaispielas soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Dsbsi zeigen:

Figur 1: einen vertikalen Axialschnitt durch eine erfindungsgamäße Vorrichtung,

Figur 2i ainen Schnitt II - II durch dia Anordnung nach Figur 1,

Figur 3: einen Teilschnitt längs der Linie III - III der Anordnung nach Figur 1,

Figur 4; eine vergrößerte perspektivische Teilaneicht eines Filterblocks einer Anordnung nach den Figuren 1-3.

Di* Filtervorrichtung gemäß dsn Figuren 1-3 besteht im wesentlichen aus ainsni Rotor 1, der im Inneren eines abgedichteten Gehäuses 2 untergebracht ist, welches bei horizontaler Achse im wesentlichen Zylinderfarn aufweist. Der Rotor 1 der gleichfalls Zylindarforrr, besitzt, ist auf einer horizontalen Achse 3 mit kreuzförmigen Querschnitt befestigt, die ihrerseits an ihren-Enden drehbar in KuQSil^gern 4 ge-

-7-BAD ORIGINAL

209 824/0659

lagert ist, welche auf den seitlichen Flanschen dos Gehäusen 2 angeordnet sind. Eines der Enden der Uelle 3 mit krnuzfctrrnigem Querschnitt setzt sich außerhalb des Gehäuses in ΗΪηείίί Fortsatz fort und tragt eine Riemenscheibe um den Rntar 1 mit der grauiün sehten Geschwindigkeit über einen nicht darcjoptollten ffotar anzutreiben.

Das abgedichtete Gehäuse 2 ist mit 3 getrennten Öffnungen

uersehen, näp'lichi ei nein FlüssinkeitseinlaQ 0 für die mit g

TBilchen uerunreinigte, zu reinigenda Flüssigkeit, Cf FlössigkcitEauslae 7 für die gereinigte Flüsaigkeit und; einem Ttjilchennuslaß 8 für die abgetrennten; Teilchen.

Der FlÜGsiokeitseiinlaß G für die verenrsinigte Flüssigkeit mündet in eine ersta ringförmige Kammer 9_t die sogenannte stromaufwartige Kammery tiis auf einarr der seitlichen Flansche des Gehäuses ab Welltj 3 umge'.-end angeordnet ist, während dir FlüseigkeitsauslaB 7 in eine uEitere ringförmige Kammer 10, die strorvTaburärtige Kammer, fnündst, die in identischer Weise auf" dem anderen seitlichen Flansch dos Gehäuses angeordnet ist. ijJas den Teilchen-iuGlaO 8 anlangt, se liogt diasGr im untrarsn Abschnitt dec Gehäuses 2 am Ende eirn-.s Trichters 11.

Dar Roter ϊ i«t ;T.it einetti Filtereinsatz versehen, der hier

BAD ORIGINAL

-B-

aus 6 quaderförmigen Filterblöcken 12 besteht, die zui-

v sehen 2 Kreisflanschen 13 und 14 montiert sind. Diese 6 Filterblöcke sind regelmäßig in Form eines Hexagons an der Peripherie des Rotors angeordnet und bilden somit in ihrem Zentrum einen stromaufuärtigon Reum 15 der die Welle 3 umgibt. Der Flansch 13, d.h. der am Flüssigkeitseinlaß 6 gelegens Flansch, ist über eine kreisförmige Öffnung 16, die praktisch in der Plitte liegt auf der Weife 3 befestigt, so daß durch diese Öffnung eine Verbindung zwischen der stromaufuärtigen Kammer 9 des Gehäuse« mit dem stromaufuärtigen Raum 15 des Rotor· besteht. Der zweite Flansch 14 trägt in gleicher üJeise eine zentrale Kreisöffnung um die Welle 3, die jedoch durch eine Scheibe 17 abgedichtet ist, welche starr am Flansch befestigt ist und gleichzeitig dazu dient, den Rotor drehfest mit der Uelle zu verbinden.

Zwischen dem Flansch 14 und dem entsprechenden Flansch das Gehäuses 2 befindet sich ein dritter Kreisflansch 18, der über die zylindrische Wand 19 des Rotors mit den beiden erstgenannten Flanschen verbunden ist. Der dritte Flansch 18· begrenzt zusammen mit dem Flansch 14 oine ringförmige stromabwärtige Kammer 20, deren Funktion ueiter unten noch näher erläutert uerdan soll. Die so im Rotor gebildete etromabuärtige Kammer 20 cteht in direkter Verbindung mit der

— 9—

2Q9824/0659 „ '

BAD ORiGiMAL

stromabuärtigen Kammer 10 des Gehäuses 2_S da dia Walle 3 mit kreuzförmigem Querschnitt den Flansch 18 in einer kreisförmigen Öffnung 21 des Flansches 13 durchsetzt.

In Höhe der Kugellagar 4, ^υΠ(^ gleichzeitig zwischen den Flanschen 13 und 18 und den entsprechenden Flanschen des Gehäuses 2 sind Qichtungsolemento 22 vorgesehen um eine perfekto Abdichtung zum einen zwischen dem Flüssigkeitseinlaß 6 und den* strornaufwärtigen Raum 15 des Rotors über die stromaufuärtige Kammer das Gehäusos, und zum anderen zwischen der strornabwärtigen Kammer 20 des Rotors und dem Flüssigkeitsauslaß 7 über die stromabwärtige Kammer des Gehäuses sicherzustellen.

Man erkennt iiti Übrigen, daß der Flansch 13 lösbar am zylindrischen Rand 19 des Rotors Mit Hilfe eines Bafestigungsflanaches 23 befestigt ist, um das Einsetzen der Filterblccke 12 ins Innere des Rotors und eine eventuelle Ersetzung zu ermöglichen.

Uio man am besten aus Figur 2 ersehen kann, sind die 6 FiI-terblücko 12 untereinander durch Zwischenräume 24. in Form von Prismen mit dreieckiger Grundfläche aetrsnnt. Die pris-

matischen Räume 24 kommunizieren direkt mit der etromabuartigan Kammer 20 des Rotors übor dreieckige Öffnungen

-10-

2098 2 4/0659

BAD ORIGINAL

dss Flansches 14, dessen sich daraus ergebende Form man in Figur 3 erkennen kann, Man erkennt darüber hinaus, daß die zylindrische Uand 19 des Rotors in Höhe der Filterblöcke 12, wie durch die Bszugezeichen 2ö in Figur 2 angedeutet, durchbrochen ist, wobei die Funktion dieser Durchbrücfta weiter unten näher erläutert wird. Zwischen den beiden Flanschen 13 und 14 existiert die Wand 19, bot mit nur iss Bereich dar prismatischen Räume 24, die lediglich auf der Seite des Flansches 14 gegen die Kammer 20 geöffnet sind.

Bezugnehmend auf die Figur 4 soll im folgenden dar Aufbau der Filterblöcke 12 einer erfindungsgemäöen Filtervorrichtung beschrieben tier den.

Zunächst ist fsetzustellen, daü die Filterblöcka 12 im wesentlichen durch aufeinanderstapeln rschteckförmigar Filterplatten 27 gebildat sind, die sankrecht zur Rotationsachse das Rotors 1 angeordnet sind, wobei d8r Aufbau und dia Ausgestaltung dar Filterplattan entsprechend dar zu reinigenden Flüssigkeit und der in ihr enthaltenen Teilchen gauiählt ist. Diese Filterphtten 27 sind voneinander durch Streben getrannt, die so ancjeordnet sind, daß sie einmal die radialen Kanäle 28 bilden, diß dsn strom-

BAD ORIGINAL "^M"

209824/0659

aufwärtigen Raum 15 des Rotors über die Öffnungen 26 mit dem Raum außerhalb des Rotors verbinden und andererseits zur Bildung der transversalen Kanäle 29 dienen, uiolcha dirokt in dio prismatischen Räume 24 münden. Die Kanäle 20 und 29 wechseln sich regelmäßig ab und stehen untereinander ausschließlin h quer über die FilterpLatten 27 in Verbindung. Clan erkennt nus Figur 4, daß jeder radiale Kanal 28 gegenüber den benachbarten prismatischnn Räumen durch 2 seitliche Streben 3D abgeschlossen ist, während jeder transversale Kanal 29·.durch zwei seitliche Streben gegen den stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors und die Öffnungen 25 abgeschlossen iat_f

Eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung der beschriebenen Art funktioniert in feinender L/eise:

'«JIB bei allen Filtervorrichtungen erfolgt die Strömung der Flüssigkeit von tier stromaufwärtigen Sexta zur stxomabujärtigen Seits, d.h. vom FlüsE-igkeitseinlsQ 6 zum Flüssigkeitsauslaß 7 durch nine Druckdifferenz zwischen dissen beiden Öffnungen, die _mn Hilfe irgand eines bekannten geeigneten Mittels srzGugt luird. Ort Rotor 1 uird über dia auf der liinlle 3 verkailto Riomerisnheibe 5 nit einer bestimmten Umdrehungsnsschujindigkeit in Rotation versetzt, wodurch das angesprochnnp. Zentrifutjalkraftfeld entsteht.

209 82 4 /Of- S3 ..-,r-i-'.'-- ■■

BAD ORIGINAL

Oiβ am Flüeaigkeitsainlaß 6 ankommende mit Teilchan verunreinigte Flüssigkeit gelangt zunächst in die ringförmige stromaufuärtige Kammer 9 das Gehäuses 2 und von dort aus durch die kreisförmige öffnung 16 in den stromaufuärtigen Raum 15 des Rotors 1.

Anschließend dringt die Flüssigkeit in die radialen Kanäle 28 der Filterblöcke 12 ein, wobei sie einer Zentrifugaltrajektoria folgt, die in sttea par&lel zu den Filterplatten 2? verläuft. Diese Trajaktorie krümmt sich in etiiia rechtwinklig in dem Moment, wo die Flüssigkeit die

in
Filteruända durchsetzt, um/die stromabtuärtige Kammer 20 das Rotors 1 zu gelangen, wobei sie nacheinander die transversalen Kanäle 29, die prismatischen Zwischenräume 24 und die dreieckigen Öffnungen 25 das Flansches 14 durchsetzt. Uon dort aus gelangt die gereinigte Flüssigkeit in die stromabuärtigo Kammer 10 des Gehäuses durch die kreisförmige Öffnung 21 und wird durch den FlüssigkeitsaualaQ 7 abgenommen.

Die in dar Flüssigkeit suspendierten Teilchen, uielche die Filfcerpiatten 27 nicht durchsetzen können» warden nicht nur durch die Flüssigkeit mitgeschleppt, sondern sind darüber hinaus den Trägheitekräften des Zentrifugalkräftfeldes unterworfen. Diese Trägheitskraft trägt

20S824/0659

-c BAD ORIGINAL

im Übrifen auch verstärkt dazu bei, daß sich die Teilchen von der Rotorachse entfernen, nachdem die mitnehmende Wirkung durch die strömende Flüssigkeit abnimmt.

Durch die Wirkung dieser beiden Kräfte werden die Teilchen durch die radialen Kanäle 28 und die Offnungen 26 von der Rotorachse in den Raum außerhalb dee Rotors beuiegt und sammeln sich anschließend infolge der Schwerkraft in Trichter 11, von wo sie periodisch, oder auch durch aißt kontinuierlich arbeitende Einrichtung, am TeilchenauslaO β abgenommen werden.

Aue der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Teilchen und die Flüssigkeit niemals im Gegenstrom zueinander bewegt sind, uie es bei den bislang bekannten Vorrichtungen der Fall war. Daraus ergibt sich eine permanente und wirksame Reinigung dsr Filterplatten 27, so daß ein kontinuierlicher Betrieb einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung mit praktisch konstanter Druckdifferenz mäglichist.

die Plan erkennt gleioheriüsisa, daß din/Tsilchen mitnehmende Kraft der Flüssigkeit eine nützliche, parallel zu den Filterplatten gerichtete, Komponente souie eine senkrecht zu den Filterplatten gerichtete schädliche Komponente aufweist, wobei diese letztere Komponente danach trachtet, die Teilchen in Kontakt

-14-

^209824/0659 BADOR₁Q₁NAL

mit der Filterplatte zu halten oder zumindest mit dem sich darauf bildenden "Kuchen", da dia Bohrungen der Filterplatte kleine? sind als die Abmessungen der mitgeschleppten Teilchen, Ran wird daher danach trachten, den Wert dieser schädlichen Komponente der Mitnahmekraft der strömenden Flüssigkeit so klein uie möglich zu machen, uobei dieser Wert im wesentlichen von der Oberfläche der Filterplatten abhängt.

bias die Nutzkomponente der Mitnahmekraft der Flüssigkeit anlangt, so vermindert sich diese auch fortlaufend je waiter man sich von der Achse entfernt. Normalerweise verschwindet sie vollständig oder nahezu vollständig in der Nähe dar Peripherie des Rotors, da denn die gesamte Flüssigkeit durch die Filterplatten zur stromabuärtigan Seite gelangt ist. Plan kann indessen absichtlich ein gouissss Entweichen in den etromaufuärtigen Bereich denn ermöglichen, wenn die Träoheitakraft allein sich als unzuraichlich erweist um die Teilchen vollständig mitzunehmen. Dar dabei entweichende Teil kann anschließend eventuall zur, Filtereinnsng zurückgeführt werden oder auch in einfacher Meise in die Atmosphäre abgeleitet werden.

Gegebenenfalls kann einer srfindungsgsmäGan Filttiorvar-

-15-BAD ORIGINAL

209 82 4/0859

riehtung sine Uorabtrennungseinrichtung vorgeschaltet sein, um zu große Teilchen bereits vorab zu emiliieren» die infolge ihrer Größe die Gefahr mit sich brachten, die freien Kanäle 20 zwischen den Filterplatton 27 zu verstopfen.

-16-

7 0 9 8 2 U i 0-6 5 9i 3 3 ö \ -. ^BAD

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Λ1 Al/erfahren zum Abtrennen von in Flüssigkeiten enthaltenen Teilchen, bei dem die verunreinigte Flüssigkeit einem Zentrifugalkraftfeld ausgesetzt wird, dadurbh gekennzeichnet, daß quer zu einer, rotierend mit der Flüssigkeit mitgenommenen Filterwand eine Saugwirkung erzeugt wird, die divergierend zu der Bewegungsrichtung verläuft, die den Teilchen durch das Zentrifugalkraftfeld aufgezwungen wird.

   2· Dynamische Trennvorrichtung zur Durchführung dee Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem in einem abgedichteten Gehäuse angeorneten Rotor, der einen im wesentlichen zylinderförmigen, auf der Drehachse dee Rotors zentrierten Filtereineatz umfaßt., wobei im Gehäuse ein FlüssigkeiteeinlaS für die verunreinigte Flüssigkeit, ein Flüesigkeitsauslaß für die gereinigte Flüssigkeit und ein TeilchanauslaG im unteren Teil des Gehäuses für die abgetrennten Teilchen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinsatz 12 in seinem Zentrum einen mit dem FlüssigkeitseinleQ 6 verbundenen stromaufwärtgen Raum 15 enthält und aus einer Folge von derart angeordneten Filterwänden 27 besteht, daß einsr-

   20982U /0659 bad original

   seits direkt in einen stromabkiärtigen Raum außerhalb des Rotors 1 führende radiale Kanäle 28 gebildet sind und andererseits durch die Filteruand von den radialen Kanälen getrennte transversale Kanäle 29 aus denen - nach Durchqueren der Filteruändo 27 - infolga einer Druckdifferenz zwischen FlÜ8sigkaita- Ein- und -Auslaß 6,7, die ge. .„^ub Flüssigkeit abgezapft wird, uobei diese transversalen Kanäle 29 in einen stromabuärtigan Raum 24 des Rotars 1 münden, der dicht mit dem FlUssigkeitsauslaQ 7 des Gehäuses 2 verbunden ist.

   3. Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtaruände 27 in Ebenen senkrecht zur Achse des Rotars 1 angeordnet sind.

   4. Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinsatz aus einer Mehrzahl quaderförmiger Filterblöcke 12 besteht, die regelmäßig am Rotorumfang angeordnet sind und untereinander durch Zwischenräume 24 in Form von Prismen mit dreieckigen Grundflächen getrennt sind,

   • in die die transversalen Kanäle 29 einmünden und daß die Zwischenraums 24 mit einer ringeförmigen Kammer 20 des Rotors 1 kommunizieren, dio dicht mit dsm Flüssigkeitsauslaß für die gareinigte Flüssigkeit verbunden ist.

   4/0659 ^BAD original