DE2552231C3 - Zentrifugalabscheider und seine Verwendung zum Entgasen von Flüssigkeiten - Google Patents
Zentrifugalabscheider und seine Verwendung zum Entgasen von FlüssigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider mit einem Rotor aus mehreren, zwischen zwei
Stirnwänden konzentrisch angeordneten Zylindern, wobei zwischen dem Ende des jeweils inneren und dem
Anfang des jeweils äußeren Zylinders Durchtrittsöffnungen für die zu behandelnde Flüssigkeit vorhanden
sind, mit einer den Rotor lagernden oberen Hohlwelle mit einem in den Rotor ragenden Zuführrohr, einem
innerhalb des innersten Zylinders befindlichen Verteiler und mit einem den Rotor umgebenden Gehäuse.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Zentrifugalabscheiders dieser Art
Ein Zentrifugalabscheider mit diesem Aufbau ist beispielsweise in der US-PS 20 03 621 beschrieben. Bei
diesem bekannten Zentrifugalabscheider befinden sich die Durchtrittsöffnungen zwischen zwei durch einen
Zylinder voneinander getrennten Ringkammern jeweils in einem erheblichen radialen Abstand von der
Innenwandung des Zylinders, und die Zylinder sind an ihren Stirnseiten mit sich radial nach innen erstreckenden Kragen versehen. Ferner liegen die Ablaufkanäle
für die voneinander getrennten Flüssigkeitskomponenten in der Nähe der Rotordrehachse. Diese Konstruktionsmerkmale bewirken, daß einerseits der Rotor
während des Betriebes mit Flüssigkeit gefüllt ist, und andererseits eine als Absetzzone für die sedimenlierende Komponente wirkende FlUssigkeitsschicht sich auf
der Zylinderwandung befindet, deren Dicke durch die radiale Höhe der Zylinderkragen bestimmt ist
Zentrifugalabscheider dieser Art finden als sogenannte »Mehrkammerklärseparatoren« für die Trennung
von Gemischen mit Flüssigkeits- und Feststoffkomponenten, oder von Gemischen mit zwei nüssigkeitskomponenten unterschiedlicher Dichte, Anwendung. Die
Ringkammera sind durch die alternierend angeordneten Durchtrittsöffnungen miteinander verbunden, se daß
das durch das Zuführrohr zugeführte Flüssig-Flüssig- oder FIüssig-Fest-Gemisch von innen nach außen im
Zick-Zack-Weg die Ringkammern nacheinander durchströmt Mehrkammerseparatoren dieser Art, die in
ähnlicher Form z.B. auch in der GB-PS 5 98 531
beschrieben sind, eignen sich grundsätzlich nicht zum
Entgasen von Flüssigkeiten.
Auf der anderen Seite ist es auch bereits bekannt, die Entgasung von Flüssigkeiten im Fliehkraftfeld vorzunehmen. Bei einem bekannten System dieser Art
(Zeitschrift »Chemie-Ingenieur-Technik« 1972, S. 497/503) wird die zu entgasende Flüssigkeit in einer
dünnen Schicht auf die innere Mantelfläche eines glockenförmigen, sich nach oben erweiternden Rotors
aufgebracht wo sie zum oberen Rotorrand hin
transportiert wird. Die sich auf der Innenseite der
Flüssigkeitsschicht bildende Schaumschicht wird dann von der entgasten Piüssigkeitsschicht am oberen
Rotorrand durch eine mitrotierende einstellbare Schneide getrennt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalabscheider der eingangs beschriebenen Art
so auszugestalten, daß er sich zum Entgasen von Flüssigkeiten eignet insbesondere zum Entgasen
solcher viskoser Flüssigkeiten, die mit den bekannten
Der erfindungsgemäße Zentrifugalabscheider zeichnet sich dadurch aus, daß die konzentrischen Zylinder
aus glatten Blechmänleln bestehen, daß der äußerste Zylinder des Rotors über den Umfang verteilt
öffnungen aufweist und das Gehäuse evakuierbar ausgebildet ist
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders ist wie folgt: Die in den Rotor
eingeführte Flüssigkeit bildet auf der Wand des
innersten Zylinders einen Flüssigkeitsfilm, dessen Dicke
stufenweise herabgesetzt wird, indem die Flüssigkeit gezwungen wird, der Reihe nach von innen nach außen
an den Innenwänden der konzentrisch angeordneten, im Durchmesser stufenweise zunehmenden Zylinder ent
langzufließen. Auf dem gesamten Fließweg steht der
stufenweise dünner werdende Flüssigkeitsfilm unter dein im Gehäuse herrschenden Unterdruck, aufgrund
dessen das gelöste Gas aus der Lösung geht und Blasen bildet. Diese werden durch die zentrifugalen Auftriebs
kräfte an die freie Oberfläche des Flüssigkeitsfilms
getrieben, wo sie zerplatzen. Aufgrund der Tatsachen, daß stufenweise von innen nach außen einmal die Dicke
des Flüssigkeitsfilm und damit die Steighöhe für die Blasen abnimmt, und zum anderen die zentrifugale
Auftriebskraft proportional zum Zylinderradius zunimmt, wird die Sepäfäliönswifkung zunehmend von
innen nach außen erhöht. Ferner wird der Flüssigkeitsfilm beim Übergang von dem einen auf den nächstfolgenden Zylinder umgelenkt und dabei gewissermaßen
hr. gewendet, d. h, die zuvor an der Wandung des
voraufgehenden Zylinders anliegende Oberfläche des Flüssigkeitsfilms bildet bei dem nächstfolgenden Zylinder die dem Unterdruck unmittelbar ausgesetzte freie
Oberfläche, so daß die wand- bzw. oberflächennahen
Schichten des Flüssigkeitsfilms abwechselnd der unmittelbaren Wirkung des Unterdrucks ausgesetzt werden.
Außer dieser stufenweisen Erhöhung der verschiedenen, die Entgasung beeinflussenden Größen führt
jedoch vor allem die durch den mehr oder weniger langen Zick-Zack-Fließweg der Flüssigkeit bedingte
große Verweilzeit der Flüssigkeit im Fliehkraftfeld zu einem hohen Wirkungsgrad des Zentrifugalabscheiders.
Während es in vielen Fällen genügt, die zu entgasende
Flüssigkeit an einem oder zwei konzentrischen Zylindern entlangfließen zu lassen, kann durch Erhöhung der
Anzahl der ineinandergeschalteten Zylinder der Entgasungseffekt entsprechend weiter erhöht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2
bis 6.
Gemäß Anspruch 7 eignet sich der beanspruchte Zentrifugalabscheider besonders zum Entgasen viskoser
Flüssigkeiten.
Anhand der Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im einzelnen beschrieben. Von den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer nach der
Erfindung aufgebauten rotierenden Trommel einer Zentrifugal-Entgasmngsanlageund
F i g. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße komplette Entgasungsanlage.
Der grundlegende Aufbau einer nach der Erfindung aufgebauten rotierenden Trommel ist in einer Schnittzeichnung
in Fig. 1 dargestellt Die Trommel umfaßt die als Trommelboden ausgebildete untere Stirnwand 1,
den äußeren, den Trommelmantel bildenden Zylinder 2, der fest mit dem Beiden 1 verbunden ist, die als Deckel
ausgebildete obere Stirnwand 3 sowie eine Reihe von im J5 Innern der Trommel konzentrisch zueinander angeordneten
weiteren Zylindern 4 bis 9. Die obere Stirnwand 3 ist über die Ringmutter 10 mit dem äußeren Zylinder 2
verschraubt. Die Trommel ist über den an der oberen Stirnwand 3 angeordneten Hohlwellenstumpf 11 und
über den an der unteren Stirnwand 1 angeordneten Wellenstumpf 12 drehbar gelagert, wobei der Antrieb
der Trommel über den Wellenstumpf 12 erfolgt.
Die zu entgasende Flüssigkeit wird durch die Hohlwelle 11 zugeführt. Sie gelangt zunächst auf den
Verteilerteller 13, der mitrotiert, wocijrch die Flüssigkeit
infolge der Fliehkräfte gegen den innersten Zylinder 4 geschleudert wird.
Der innerste Zylinder 4 in Form eines zylindrischen Blechmantels ist an seinen; oberen Ende an der oberen
Stirnwand 3 befestigt. Er ist etwas kürzer als das innere Höhenmaß der Trommel, so daß er nicht bis auf die
untere Stirnwand 11 reicht, sondern zwischen dieser und der Stirnfläche des Zylinders 4 ein Ringspalt 14
verbleibt. Durch diesen Ringspalt 14, d.h. über die freistehende Ringkante des Zylinders 4 hinweg, strömt
die Flüssigkeit in Richtung der eingezeichneten Pfeile und wird gegen den nächstfolgenden Zylinder 5
geschleudert. Der Zylinder 5, ebenfalls in Form eines Blechmantels, ist seinerseits an der unteren Stirnwand 1 w>
befestigt und bildet an seinem oberen Ende mit der oberen Stirnwand 3 einen Spalt 15, durch den die
Flüssigkeit gegen den nächstfolgenden Zylinder 6 geschleudert wird. Die Zylinder 6,7,8 und 9 sind wie die
Zylinder 4 und 5 jeweils abwechselnd an der oberen und >.,
an der unteren Stirnwand befestigt, so daß sich der beschriebene Vorgang so rft wiederholt, wie konzentrische
Zylinder inner halb der Trommel vorhanden sind.
Die Zylinder 5 bis 9 können an den Stirnwänden, an denen sie befestigt sind, fest angeordnet, beispielsweise
angeschweißt sein. Die konstruktive Ausführung kann aber auch so getroffen sein, daß die Zylinder in
entsprechende Nuten in den Stirnwänden einschiebbar sind, wobei dann aber darauf zu achten ist, daß die
Zylinder an ihrer freien Ringkante entlang ihrem Umfang mit einigen Distanzstegen 16 versehen werden,
mit denen sie sich gegen die andere Stirnwand abstützen. Außerdem ist dann zweckmäßigerweise
jeder Zylinder mit einigen radial ausgerichteten Distanzstegen 17 versehen, mit denen er sich gegen den
benachbarten Zylinder abstützt. Eine so aufgebaute Trommel kann zum Zweck ihrer Reinigung leicht in ihre
Einzelteile zerlegt werden.
In dem äußeren Zylinder 2 sind, über den Umfang verteilt, neben der Stirnwand 1 eine Reihe von
Bohrungen 18 angebracht, durch die die entgaste Flüssigkeit aus der rotierenden Trommel herausgeschleudert
wird. In den Stirnwände" 1 und 3 sind alternierend oben und unten eine Reihe von Bohrungen
19 angebracht, durch die die Gase und Dämpfe aus der Trommel abgesaugt werden.
Wie bereits oben erwähnt, fließt die Flüssigkeit, v, enn
sie über den Verteilerteller 13 gegen den Umfang des inneren Zylinders 4 geschleudert ist, entlang der
Wandung des Zylinders vertikal nach unten bis zur unteren Ringkante des Zylinders. Sie wird dort über
diese Ringkante nach außen geschleudert und trifft auf den nächstfolgenden Zylinder, an dessen innenwand sie
infolge des hydrostatischen Zentrifugaidruckes nunmehr nach oben getrieben wird, wo sie über die obere
Ringkante wiederum nach außen abgeschleudert wird und auf den nächsten Zylinder 6 auftrifft, an dessen
Wand entlang die Flüssigkeit wiederum auf Grund des hydrostatischen Zentrifugaidruckes als dünne Schicht in
jeweils noch geringerer Dicke als in der vorhergehenden Stufe wiederum nach unten fließt.
In Fig. 2 ist eine vollständige Anordnung zum kontinuierlichen Entgasen einer Flüssigkeit dargestellt.
Kernstück der Anordnung ist wiederum die Zweikammertrommel, bestehend aus den Stirnwänden 32,33,
dem äußeren Trommelmantel 34 und dem inneren Zylinder 35, der mit der Stirnwand 33 den 3palt 36
bildet. Am oberen Ende des Trcmmelmuntels 34 sind, über den Umfang verteilt, Durchbrechungen 37
vorgesehen, durch die die Flüssigkeit aus der rotierenden Trommel gegen die feststehende Innenwand des
Zylinders 38 geschleudert wird. An dieser Wand entlang fließt die Flüssigkeit sodann infolge der Schwerkraft in
Richtung der dargestellten Pfeile und sammelt sich in dem Bodemeil 39 der Vorrichtung, von wo sie als
entgaste Flüssigkeit durch die Leitung 40, gegebenenfalis mit Hilfe des Regelventils 41 in geregelter Menge,
abgezogen wird.
Um den Zylindermantel 38 ist im Abstand ein weiterer Zylinder 43 angeordnet, der mit dem Zylinder
38 einen Doppelwandzylinder bildet, dessen Zwischenraum 44 von einer Heizflüssigkeit durchströmt wird,
wobei der Rohrstutzen 45 für die Zuführung der Heizflüssigkeit und der Rohrstutzen 46 für die
Abführung der Heizflüssigkeit dient.
Die innerhalb dieses heizbaren Doppelzylinders rotierende Trommel ist oben über den Hohlwellenstumpf
47 drehbar tigert und sitzt unten auf der
Antriebswelle 48 des Motors 49. Im dargestellten Fall ist der Motor 49 ein in der Drehzahl stufenlos regelbarer
Luftmotor. Die erforderliche Preßluft wird durch die
Leitung 50 zu- und durch die Leitung 51 abgeführt.
Die zu entgasende Flüssigkeit wird durch den Hohlwellenstumpf 47 kontinuierlich auf den Verteilerteller
53 aufgegeben, wobei die zufließende Menge durch das Regelventil 54 geregelt wird.
Der Rohrstutzen 55 ist an eine Vakuum| angeschlossen, so daß das gesamte Gehäuse
Vakuum steht und die aus der Flüssigkeit entwe den Gase und Dämpfe durch den Stutzen 55 abg
werden.
Hierzu 2 Bliitt Zeichnungen
Claims (7)
1. Zentrifugalabscheider mit einem Rotor aus mehreren, zwischen zwei Stirnwänden konzentrisch
angeordneten Zylindern, wobei zwischen dem Ende des jeweils inneren und dem Anfang des jeweils
äußeren Zylinders Durchtrittsöffnungen für die zu behandelnde Flüssigkeit vorhanden sind, mit einer
den Rotor lagernden oberen Hohlwelle mit einem in den Rotor ragenden Zuführrohr, einem innerhalb
des innersten Zylinders befindlichen Verteiler und mit einem den Rotor umgebenden Gehäuse,
dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Zylinder aus glatten Blechmänteln (2,4 bis
9, 34, 35) bestehen, daß der äußerste Zylinder des
Rotors über den Umfang verteilt öffnungen (18,37) aufweist und das Gehäuse evakuierbar ausgebildet
ist
2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler als
großflächigerTeller(13.53) ausgebildet ist.
3. Zentrifugalabscheider nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor über
öffnungen (19) im den Stirnwänden evakuierbar ist
4. Zentrifugalabscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager und der
Antriebsmotor (49) für den Rotor innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
5. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (49)
ein mit Preßluft betriebener Motor ist
6. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse beheizbar ist
7. Verwendung des Zentrifugal, ascheiders nach
den Ansprüchen 1 bis 6, zum Entgasen von viskosen Flüssigkeiten.
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