DE2850690C2 - Verfahren und Vorrichtung zur zentrifugalen Behandlung von Fluiden oder Gasen zur Abscheidung von Verunreinigungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtrennen von in Fluiden suspendierten Verunreinigungen im Zentrifugalfeld einer in einsr vorzugsweise zylindrischen Wirbeikammer stationären, potentialwirbelartigen Strömung, wobei das Fluid am zuströmseitigen Ende der Wirbelkammer wandnah tangential in diese einströmt, diese in einer im wesentlichen zylinderringförmigen Schicht durchströmt und am abströmseitigen Ende aus der Wirbelkammer austritt, wobei eine erste, mit Verunreinigungen angereicherte Fluidfraktion wandnah und eine zweite weitgehend von Verunreinigungen befreite Fluidfraktion achsnah entnommen werden und wobei ein Teil der zweiten Fluidfraktion abgezweigt, zur Zuströmseite zurückgeführt und dort in das Fluid eingespeist wird, sie betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführupg dieses Verfahrens, bestehend aus einer zylindrischen Wirbelkammer, die an ihrem zuströmseitigen Ende mit mindestens einer ausgerichteten Haupteintrittsdüse für das zu behandelnde Fluid und mit mindestens einer Hilfsdüse für das zurückgeführte Fluid versehen ist und die an ihrem ausströmseitigen Ende eine Austrittsöffnung für die mit Verunreinigungen angereicherte Fluidfraktion und mindestens eine AustriVtsöffnung für die von Verunreinigungen weitgehend befreite Fluidfrp.ktion aufweist und in c!er Mittel zum Wiedereinspeisen für den zurückgeführten Teil der zweiten Fluidfraktion über die Hilfsdüse vorgesehen sind.

Zum Abscheiden von in Fluiden suspendierten Verunreinigungen werden häufig die in einer potentialwirbelartigen Strömung wirkenden, nach außen treibenden Zentrifugalkräfte benutzt. Typische Beispiele dafür sind Zyklone und Hydrozyklone. Bei diesen Geräten wird das Fluid tangential in die Wirbelkammer eines derartigen Gerätes eingeleitet, wodurch die Abscheidung der Verunreinigungen begünstigt wird. Wandreibungseinflüsse verhindern jedoch die geordnete Ausbildung einer für die Abscheidung günstigen Strömung. Aus der FR-PS 12 46 818 ist ein Verfahren zur zentrifugalen Behandlung eines Gasgemisches bekannt, bei dem das in eine zylindrische Kammer eingeführte Gas mittels Schaufeln in Rotation versetzt und bei dem ein die schwere Fraktion angereichert enthaltender Teil des Gasgemisches aus dem äußeren Umfang der Strömung abgenommen und abgeleitet wird. Der Kern der Strömung — seinerseits in mehrere Fraktionen unterteilt — wird getrennt abgesaugt Eine Zwischenfraktion aus dem mittleren Strömungsbereich wird entnommen und in den äußeren Strömungsbereich zurückgeführt, wobei das Einführen ebenfalls in axialer Richtung erfolgt Abgesehen von der für dieses Verfahren notwendigen Leit-

!0 schaufel-Anordnung wird die Kernströmung, in der vorwiegend nur noch die leichte Fraktion des Gases vorhanden ist, direkt abgesaugt und ohne nochmalige Behandlung der weiteren Verwendung zugeführt
Die US-PS 40 17 390 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von in einem Fluid suspendierten Feststoffteilchen, bei dem aus dem Fluid in einer ersten Wirbelkammer eine mit Feststoffteilchen angereicherte Fraktion abgetrennt und einer weiteren Trennkammer i'igeführt wird, wobei zusätzlich eine aus der ersten Wirbdkammer abgezogene »Mittelfraktio. _r< dieser Trennkammer zugeht Die in der ersten Wirbelkammer von Verunreinigungen weitgehend befreite Kernströmung wird direkt abgeführt In der Trennkammer erfolgt eine Nachbehandlung der hoch angereicherten Fraktion, die wandnah tangential in die zylindrische Trennkammer einströmt. Eine aus der ersten Wirbelkammer abgezogene »Mittelfraktion« wird nahe einem inneren Zylinder ebenfalls in tangentialer Richtung in die Drehströmung der Trennkammer eingespeist, wobei die Dreh- strömung wegen des inneren Zylinders nicht potentialwirbelartig sein kann. Aus der Trennkammer wird ein mehr oder weniger agglomerierter Schlamm abgezogen, während die gereinigte Fraktion über ein zentrales Filterrohr axial abströmt. Bei nicht hinreichend eingedicktem Schlamm wird flüssiger Schlamm zum Eintritt in die erste Wirbelkammer zurückgeführt und gemeinsam mit dem zu reinigenden Fluid wieder in diese eingespeist. Abgesehen davon, daß bei diesem Verfahren zwei Kammern, eine erste Wirbelkammer und eine Trennkammer gebraucht werden, wird die Mittelfraktion gemeinsam mit der angereicherten Fraktion nachbebandelt, wobei letztendlich eine Filterstufe für die Nachreinigung sorgt.
Schließlich betrifft die DE-AS 12 44 120 einen Drehströmungswirbler zum Abscheiden fester oder flüssiger Teilchen aus Gas. Bei diesem Drehströmungswirbler strömt das zu reinigende Gas durch eine zylinderrohrförmige Wirbelkammer, wobei ein dazu koaxiales Einströmrohr und ein gegenüberliegender axialer Reingasauslaß vorhanden sind und wobei durch tangentiale, dem einströmenden Rohgas schräg entgegengerichtete Zweitluftdüsen im Wirbelkammermantel eine Drehströmun» irr äyßeren Wandbereich durch Einblasen eines Hilfsgases erzeugt wird, die sie sonst wirksam werdenden Wandeinflüsse vesringem und die Abscheidewirkung verbessern soll. Der aus der Kernströmung abgezogene, weitgehend gereinigte Gasanteil wird nicht zur nochmaligen Reinigung im gleichen Gerät zurückgeführt. Ein wandnah abgezogener, Verunreinigungen enthaltender Teilstrom wird dem dem Drehströmungswirbler zugeführten Gas vor der Drallerzeugunp beigemischt und gemeinsam mit ihm nochmals im Drallfeld behandelt.
Hieraus ergibt sich dW der Erfindung zugrundeliegen-

«5 de Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem aus einem inneren Teilbereich der potentialwirbelartigen Strömung ein Teilstrom des Fluids entnommen und zur nochmalizen Reinisune im i

Gerät so zurückgeführt wird, daß die potentialwirbelartige Strömung nicht nur ungestört bleibt sondern begünstigt wird; darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, mit der das Verfahren vorzugsweise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der zurückgeführte Teil der Fluidfraktion unabhängig vom Einströmen des Fluids in die Wirbelkammer und in geringerem Abstand zur Wirbelkammerachsc unmittelbar in die potentialwirbelartige Strömung tangential eingespeist wird, daß die Einspeisegeschwindigkeit der Einströmgeschwindigkeit sowie dem Verhältnis der Abstände des Einströmens und des Einspeisens von der Wirbelkammerachse entspricht, wobei eine einheitliche potentialwirbelartige Strömung mit einer äußeren, im wesentlichen aus eingeströmten, zu reinigendem Fluid gebildeten Schicht (A) und einer inneren, im wesentlichen von eingespeistem, zurückgeführten Fluid gebildeten Schicht (B) stationär existiert, daß der zurückgeführte Teil der zweiten Fiuidfraktion am abströmseitigen Ende der Wirbelkammer gegenüber der Entnahme der mit Verunreinigungen angereicherten ersten Fluidfraktion zur Wirbelachse hin verlagert, unabhängig vom abzuführenden Teil der zweiten Fluidfraktion direkt der Strömung entnommen wird und daß der Abstand der Entnahme von der Wirbelkammerachse mindestens gleich dem Abstand der Wiedereinspeisung von der Wirbelkammerachse ist.

Durch dieses Verfahren wird es möglich, drei Fraktionen aus einer Wirbelkammer abzuziehen, bei der die außen entnommene Fraktion mit den abzutrennenden Verunreinigungen angereichert und die innere Fraktion praktisch von Verunreinigungen befreit ist In dem zur Zurückführung entnommenen Teil des Fluids, der Mittelfraktion, können aufgrund der Strömungsverhältnisse erlaubt das Einspeisen dieser Mittelfraktion in die Potentialwirbelströmung, unabhängig vom Einspeisen des zu reinigenden Fluids. Es versteht sich von selbst, daß dabei die Gesetzmäßigkeit der Geschwindigkeitsverhältnisse der Strömung beachtet werden, so daß Einströmen und Einspeisen ohne wesentliche Störung der Strömung erfolgen kann.

Die weiteren Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 5 bis 12 beschrieben.

ίο Durch die Ausbildung mehrerer Zonen mit entsprechenden Entnahmedüsen und diesen zugeordneten Hilfsdüsen lassen sich mehrere Rückführungskreise mit der Wirbelkammer verbinden, so daß eine fraktionierte Rückführung möglich ist. Dabei wird das aus einer Schicht abgezogene Fluid der nächst inneren Schicht zugeführt. Die Umwälzung geschieht vorteilhaft mit einer Strahlpumpe mit Treibdüse, wobei für jede Rückführleitung eine eigene Strahlpumpe vorzusehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Düse für den Eintritt des zu reinigenden Fluids und die Hilfsdüse bzw. Hilfsdüsen für den Eintritt des zurückgeführten Fluidanteils/der zurückgeführten Fluidanteile radiale Breiten, die entsprechend dem Volumenstrom und dem Austrittsquerschnitt so gewählt sind, daß die Geschwindigkeitsbedingung eingehalten wird. Im allgemeinen schließen die Einströmdüse und die erste Hilfsdüse SOW(S die Hilfsdüsen untereinander aneinander an, wobei sie durch axiale Hülsen, die bis mindestens unter Eintrittsebene der benachbarten wandnahen Düse reichen, getrennt sind. Vorteilhaft ist es auch den Eintrittsquerschnitt jeder Düse zur Achse hin dadurch zu verengen, daß der Querschnitt ein Trapez bildet, dessen Höhe radial ausgerichtet ist und dessen kleinere Seite zur Achse hin liegt, wobei die obere Seite des Trapezes schräg zum Radius angestellt ist. Vorteilhaft kann es

Verunreinigungen wenn auch angereichert, vorhanden auch sein, die obere Seite dieses Trapezes konkav aus

sein. Diese Mittelfraktion wird einem Teil der Strömung entnommen und am zuströmseitigen Ende mindestens im gleichen Abstand zur Wirbelkam.nerachse mit einer Geschwindigkeit eingespeist, die größer als die tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit des Fluids ist und zwar umgekehrt proportional dem Verhältnis von Eintrittsradius und Einspeise-Radius. Durch dir ses Einspeisen bildet sich eine quasi-geschichtete Strömung aus, wobei die Strömungsbahnen des zurückgeführten Fluids einen kleineren Krümmungsradius aufweisen als die des außen eingespeisten, zu reinigenden Fluids. Durch diesen kleineren Krümmungsradius und die größere Tangentialgeschwindigkeit wirken größere Trägheitskräfte auf die suspendierten Verunreinigungen, die unter Wirkung dieser Kräfte bevorzugt nach außen getrieben werden. Dadurch gelingt die Abtrennung der suspendierten Verunreinigungen in einer Wirbelkammer und das abströmende Fluid ist hochgradig gereinigt

Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Eine Vorrichtung zur bevorzugten Durchführung des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß die Hilfsdüse für das einzuspeisende- zurückgeführte Fluid in einem geringeren radialen Abstand zur Wirbelkammerachse als die Hauptdüse angeordnet ist und daß am abströmseitigen Ende der Wirbelkammer eine besondere Austrittsöffnung für das zurückzuführende und ein zweites Mal in der Wirbelkammer zu behandelnde Fluid vorgesehen is J.

Das Einfügen einer Hilfsdüse für das einzuspeisende Fluid, das als Mittelfraktion abgezogen und zurückgeführt wird in einem Abstand zur Wirbelkammerachse zubilden.

Ist neben den Auslassen für die mit Verunreinigungen hoch angereicherte Fluidfraktion, die Mittelfraktion/ Mittelfraktionen noch ein zentraler Auslaß vorgesehen, lassen sich auch Trennvorgänge beherrschen, bei denen Verunreinigungen mit einer geringeren Dichte als die des Fluids, z. B. Gas- oder Luftbläschen in Wasser, vorliegen. Auch aufschwimmende Schäume u. dgl. können über den Zentralauslaß abgeleitet werden. Dieser Zentralauslaß kann so eingestellt sein, daß eine kleine Menge klarer Flüssigkeit überläuft, wodurch die möglicherweise vorhandenen leichteren Verunreinigungen mitgenommen werden. Wenn es sich bei dem der Strahlp-jnpe zugeführten Treibmittel um Luft handelt, kommt es, wenn das zurückgeförderte Fluid eine Flüssigkeit ist, zur Ausbildung von Blasen, die in das innere wandern und die Abscheidung leichter Verunreinigungen durch Aufschwimmen begünstigen, wobei die zentral abgeführte Flüssigkeit diese aufschwimmenden Teile mitnimmt

Andererseits kann, soll eine Zerstäubung der Flüssigkeit erreicht werden, der Auslaß für die gereinigte Flüssigkeitsfraktion in den zentralen Auslaß verlegt werden.

Bei einem angeschlossenen, sich erweiternden Rohrstutzen kann die gereinigte Flüssigkeit mit ihrem Drall auslaufen, wobei sie sich in Folge der Rotationsenergie in feine Tröpfchen auflöst 1st dies unerwünscht, wird der sich erweiternde Rohrstutzen durch eine einfache axiale Leitung ersetzt die, beispielsweise mit einer Verengung versehen, die Rotationsenergie durch Wandreibung aufzehrt
Bei einer Weiterbildung ist eine axiale Elektrode vor-

gesehen, die über die von ihr ausgehenden elektrischen Effekte eine Agglomeration oder Konglomeration der Partikel bewirkt und somit über Vergrößerung ihrer Masse ihre Abscheidung begünstigt.

Schließlich können mehrere Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu einer Anlage zusammengefaßt sein, dabei ist es vorteilhaft, daß die gleichen Zu- uiiii Ableitungskreisläufe der einzelnen Vorrichtungen mit einer gemeinsamen Rückführungsleitung zusammengefaßt sind. Das Fördern des zurückgeförderten Fluids geschieht dann für alle zu dieser Anlage zusammengefaßten Vorrichtungen durch jeweils in der gemeinsamen Rückführungsleituni; vorgesehenen Fördereinrichtung.

Das Wesen der Erfindung wird beispielhaft anhand der F i g. 1 —5 dargestellt, dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt der Vorrichtung mit zwei aufeinanderfolgenden eine potentialwirbelartige Strömung bullenden Schichten,

Fig.2 Querschnitt der Vorrichtung, gemäß H-Il (Fig. 1).

Fig.3 Querschnitt der Vorrichtung, gemäß IH-III

F i g. 4 Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung — Teilschniit Abströmseite,

F i g. 5 Längsschnitt einer Ausführungsform der Vorrichtung — Teilschnitt Zuströmseite.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit handelt. Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus ei.rer hohlzylindrischen, senkrechten Wirbelkammer 1, die an ihrem oberen Ende teilweise durch einen Boden, der aus zwei ringförmigen konzentrischen Teilen 2 und 3 besteht, abgeschlossen ist. Der äußere Teil 2 des Bodens befindet sich gegenüber dem inneren Teil 3 in einer niedrigeren Ebene und beide Teile sind durch eine axial erstreckte Hülse 4 gegeneinander abgegrenzt. Der äußere Teil 2 des Bodens ist mit einer öffnung versehen, die die Ausströmöffnung für die tangential gerichtete Haupteinströmdüse 5, die nach unten geneigt ist, bildet und deren sehr flacher Querschnitt die gesamte radiale Breite dieses Außenteils einnimmt. Zum inneren Teil gehört in gleicher Weise eine Hilfseinströmdüse 6. Aus Gründen der einfacheren Darstellung wurde die Haupteinströmdüse 5 und die Hilfseinströmdüse 6 in F i g. 1 als Schnitt in gleicher Ebene dargestellt, während sie aus konstruktiven Gründen — wie in F i g. 2 dargestellt — um die senkrechte Achse der hohlzylindrischen Wirbelkammer 1 im Winkel leicht versetzt angeordnet sind. Die zwischen dem äußeren ringförmigen Bodenteil 2 und dem inneren Bodenteil 3 angeordnete sich axial erstreckende Hülse 4 ist bis unterhalb des äußeren Bodenteils 2 geführt

Darüber hinaus ist eine zweite axial erstreckte Hülse 7 vorgesehen, die den inneren ringförmigen Bodenteil 3 nach innen begrenzt und die sich ebenfalls bis unterhalb des inneren ringförmigen Bodenteils 3 erstreckt, wobei die Erstreckung jedoch nicht so weit reicht wie die der äußeren Hülse 4. Das obere Ende der inneren Hülse 7 ist mit einem Isolierstück 8 zentral verschlossen. Durch das Isolierstück 8 ist eine axiale Elektrode 9 geführt, die als Zentralelektrode durch die gesamte hohlzylindrische, senkrechte Wirbelkammer 1 hindurchgeführt ist und unterhalb derselben endet

Das untere abströmseitige Ende der hohlzylindrischen, senkrechten Wirbelkammer 1 ist teilweise durch einen ringförmigen Boden 10 verschlossen, in dem drei tangential ausgerichtete und leicht nach unten geneigte Ausläße 11,12 und 13 vorgesehen sind, die wiederum in F i g. I als Schnitt in der gleichen radialen Ebene dargestellt sind und die, wie aus F i g. 3 zu erkennen, vorteilhafterweise im Winkel versetzt angeordnet werden. Der äußerste dieser Ausgänge 11 ist der Trübe-Auslaß; er besitzt eine reduzierte radiale Breite. Zusammen mit dem mittleren Auslaß 12 wird eine radiale Zone überdeckt, die identisch ist mit der Zone, die dem ringförmigen Bodenteil 2 des oberen Bodens entspricht und somit

ίο der radialen Breite der Haupteinlaßdüse 5. Anders formuliert: Die radiale Gesamtbreite von Trübe-Auslaß 11 und Auslaß 12 gleicht der radialen Breite, die zwischen der inneren Außenwand der hohlzylindrischen Wirbelkammer 1 und der äußeren Hülse 4 gegeben ist. Der dritte Auslaß 13 entspricht im wesentlichen der radialen Breite der Hilfseinlaßdüse 6 oder — wiederum mit anderen Worten — der radialen Breite zwischen den beiden Hülsen 4 und 7.
Die zentrale Öffnung des unteren Bodens 10 ist mit einem nach unten sich öffnenden Konus versehen, wobei der innere Durchmesser der öffnung im Boden 10 weitestgehend der Innendurchmesser der inneren Hülse 7 des oberen Bodens entspricht.
Bei der Haupteinströmdüse 5 handelt es sich um die Düse, über die die zu klärende Flüssigkeit entsprechend dem Pfeil 15 in die Wirbelkammer eingeleitet wird; sie ist mit einer geeigneten, nicht näher dargestellten Vorrichtung verbunden, die die zu klärende Suspension unter Druck fördert. Der Trübe-Auslaß 11 ist für den ausgeschiedenen Schlamm vorgesehen (Pfeil 16; Fig.3). Dieser Trübe-Auslaß 11 ist mit einem Ablaßbehälter verbunden, der mit einem Ventil oder einer entsprechenden Vorrichtung zur Einstellung der Ausströmmenge in Abhängigkeit von der Menge an ausgeschiedenem schweren Partikeln versehen ist, um so die begleitende Flüssigkeitsmenge reduzieren zu können. Der Auslaß J2 ist mit άετ Hilfsciniaßdüse β über eine Außenleitung 17 — gestrichelt angedeutet — verbunden, in der ein Venturirohr 18 angeordnet ist, in dessen Kehle sich eine Einspritzdüse 19 befindet. Mit einem Hilfsfluid (Pfeil 20) unter einem relativ hohen Druck, wird das Venturirohr als Fördermittel für den Umlauf der aus dem Auslaß 12 abgezogenen Flüssigkeit zur Hilfseinlaßdüse 6 betrieben. Aus Vereinfachungsgründen wird hier angenommen, daß es sich bei diesem Hilfsfluid um Luft handelt. Der dritte Auslaß 13 ist mit einer geeigneten — nicht näher dargestellten — Leitung verbunden, die zur Abführung der behandelten, gereinigten Flüssigkeit dient

so Im einzelnen verläuft die Klärung der zu reinigenden Flüssigkeit wie folgt: Die zu behandelnde Flüssigkeit wird entsprechend dem Pfeil 15 über die Haupteinlaßdüse 5 in die Wirbelkammer 1 eingespeist In dieser bildet die Flüssigkeit zunächst eine wandnahe, zylindrisehe Schicht A, die unter Bildung einer drehungsfreien Kreisbewegung in Form eines axialen — theoretisch hyperbolischen — Wirbels strömt, wenn die Einspeisegeschwindigkeit hoch genug ist Durch Zentrifugalkräfte wandern die schweren, in der Flüssigkeit suspendierten Verunreinigungen entsprechend ihrer Stokes-Geschwindigkeit nach und nach zur äußeren Wand. Durch die der Drehbewegung überlagerte zusätzliche Abwärtsbewegung kann am Trübe-Auslaß 11 ein mehr oder weniger konzentrierter Schlamm und am Auslaß 12 eine relativ klare Flüssigkeit aufgefangen werden. Der Schlamm wird abgelassen, während die relativ klare Flüssigkeit unter Wirkung des als Pumpe arbeitende Venturirohrs 18 durch die Rohrleitung 15 gefördert

wird, da das über die Einspritzdüse 19 eingeleitete Hilfsfluid den dynamischen und/oder statischen Druck der Flüssigkeit anhebt. Diese Flüssigkeit gelangt dann in die Hilfseinlaßdüse 6, wo sie wieder tangential in die hohlzylindrische Wirbelkammer 1 der Vorrichtung einströmt und in welcher sie eine zweite zylindrische Schicht B bilde., die ebenfalls in Art einer drehungsfreien Kreisbewegung, also eines Potentialwirbels strömt. Der äußere Strömungsbereich der inneren Schicht B grenzt dabei an den inneren Strömungsbereich der äußeren Schicht A, wobei sich diese beiden Bereiche wegen der Eigenschaften der Flüssigkeiten durchdringen. Bei richtiger Einstellung der Förderleistung des Ventunrohres 18 sowie der Gestaltung der Hilfseinlaßdüse 6 gelingt es, die Strömungsgeschwindigkeiten der Schichten A und B so anzugleichen, daß die linearen Geschwindigkeiten an den Grenzflächen beider Schichten weitestgfihenr! gleich sind. Dabei ist das Geschwindigkeitsfeld in diesen Schichten gegeben durch vr = k, wobei ν die Geschwindigkeit im Aufpunkt, r seine radiale Entfernung von der Achse und k eine Konstante ist, bestimmt. Damit beide Schichten A und B sich harmonisch in Art einer Potentialwirbelströmung drehen können, genügt es. wenn die Konstante k in beiden Fällen identisch ist. Dies ist bei einem einheitlichen Medium der Fall. Durch die Gestaltung der Wirbelkammer 1 wird dafür Sorge getragen, daß zumindest bei der Reinigung von Flüssigkeiten der Kernströmungsbereich C strömungsfrei bleibt. Die die beiden Einströmdüsen 5 und 6 trennende Hülse 4 trennt auch die beiden Schichten A und B im Bereich abklingender Einlaufstörungen, so daß diese nicht auf die Rotationsbewegung selbst durchgreifen können. Die innere Hülse 7 wirkt in gleicher Weise, so daß das Zentralgebiet des Wirbelkernes durch die Verlängerung dieser Hülse abgetrennt wird und — bei Flüssigkeitsreinigung — strömungsfrei bleibt, wobei sich in der Achse des Zentralgebietes die axiale Elektrode 9 angeordnet ist. Die noch in der zurückgeführten Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen gelangen so wieder in die potentialwirbelartige Strömung in der Wirbelkammer 1 up<izwar an einem Ort größerer Trägheitskräfte der inneren Schicht B; sie werden daher bevorzugt in die äußere Schicht A überführt und gelangen so in den Wandbereich und damit zum Trübe-Auslaß 11. Die geklärte Flüssigkeit wird am Auslaß 13 abgenommen.

Der Strom — Pfeil 21 - der geklärten Flüssigkeit aus dem Auslaß 13 kann so eingestellt werden, daß eine kleine Menge geklärter Flüssigkeit durch einen Rohrstutzen 14 überläuft, wodurch evtl. vorhandene leichtere Verunreinigungen, wie schwimmende Partikel und Schaum mitgenommen werden. Wenn — wie unterstellt — es sich bei dem über die Treibdüse 19 des Venturirohres 18 zugeführten Hilfsfluids um Luft handelt, kommt es in der Schicht B zur Bildung von feinen Blasen, die zum Zentralgebiet C hin wandern und somit die Ausscheidung dieser leichten Verunreinigungen durch Aufschwimmen begünstigen.

Die zentrale Axial-Elektrode 9 wirkt in bekannter Weise um die Verdichtung und Ausscheidung der Partikel zu begünstigen.

Wenn die zu reinigende Flüssigkeit keine leichten Verunreinigungen enthält, und wenn sie — beispielsweise zur Entstaubung — zerstäubt werden soll, wird der Auslaß 13 für die geklärte Flüssigkeit weggelassen bzw. verschlossen. Dann kann die geklärte Flüssigkeit durch den zentralen Rohrstutzen 14 vollständig auslaufen, wobei sie sich infolge ihrer Rotationsenergie in feine Tropfen zerteilt.

Die F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, die eingesetzt wird, wenn leichte Verunreinigungen ohne Zerstäubung der Flüssigkeit aufgefangen werden sollen.

In diesem Fall wird der Rohrstutzen 14 durch eine einfache axiale Leitung ersetzt, die aus einem ersten Teil 22 mit einem der Hülse 7 entsprechendem Durchmesser besteht und in welchem sich das untere Ende der axialen Elektrode 9 befindet. Diesem Teil ist ein weiterer Teil 23 kleineren Durchmessers nachgeschaltet, in welchem die Rotationsenergie im wesentlichen durch Wandreibung abgebaut wird.

Die Fig.5 zeigt wie die Haupteinlaßdüse 5 und die Hilfseinlaßdüse 6 zur Begünstigung der Ausbildung einer potentialwirbelartigen Strömung ausgebildet wer den können. Ihr Querschnitt hat, wie aus der Zeichnung entnommen werden kann, die Form eines rechtwinkligen Trapezes, das so liegt, daß die Höhe dieses Querschnitts zur Achse hin abnimmt, während die obere Trapezseite nachsinnen gekrümmt sein kann um somit eine gute Anpassung der Einströmgeschwindigkeit an das Geschwindigkeitsgesetz erreichen zu können.

Zum gleichen Zwecke können die Wandungen der ringförmigen Bodenteile 2 und 3 des oberen Bodens auch schraubenförmig ausgebildet sein und so der spiralförmigen Bewegung der einzuleitenden Flüssigkeit angepaßt sein, wobei sich der Ausgang aller Düsen in einer radialen Ebene befindet. Bei Verwendung von Düsen mit einer Gestaltung gemäß F i g. 5, muß sich der durch die spiralförmige Wandung gebildete, dem Profil der Düse entsprechende Strahl nach und nach auflösen, was zur radialen Anpassung der Geschwindigkeit führt. Es ist ebenfalls möglich unerwünschte Wirbelbildungen dadurch zu reduzieren, daß die Haupteinströmdüse

5 und die Hilfseinströmdüse 6 in Form von mehreren Teildüsen angeordnet werden. So können z. B. bei der Unterteilung der Haupteinströmdüse 5 in vier Düsen jeweils eine um 90 Grad versetzt im äußeren ringförmigen Teil 2 des Bodens als Haupteinströmdüsen vorgese-

hen sein, während die Hilfseinströmdüsen - auch hier wird eine Unterteilung in 4 angenommen — um 45" gegenüber ersteren versetzt auf dem inneren, ringförmigen Teil 3 des Bodens angebracht werden. Auf diese Weise werden die Turbulenzgebiete verteilt und verkleinen; sie können somit besser gedämpft werden.

In den F i g. 1 bis 5 wurde eine Vorrichtung vorgestellt, in der sich zwei konzentrische Schichten A und B als potentialwirbelartige Strömung drehen. Es ist jedoch naheliegend, daß die Anzahl dieser Schichten auch höher als zwei sein kann.

In der Beschreibung des Ausführungsbeispiels wurde davon ausgegangen, daß es sich bei dem zu reinigenden Fluid um eine Flüssigkeit handelt Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls für Gase geeignet; in diesem Falle entfällt die Bildung eines strömungsfreien Zentralgebietes Cund — sofern leichte Verunreinigungen nicht vorhanden sind — kann der untere Boden 10 der Wirbelkammer 1 dicht geschlossen werden. Die axiale Elektrode 9 endet dann oberhalb dieses Bodens. In diesem Falle ist es auch möglich, den Auslaß 13 für das gereinigte Fluid zentral vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen von in Fluiden suspendierten Verunreinigungen im Zentrifugalfeld einer in einer vorzugsweise zylindrischen Wirbelkammer stationären, potentialwirbelartigen Strömung, wobei das Fluid am zuströmseitigen Ende der Wirbelkammer wandnah tangential in diese einströmt, diese in einer im wesentlichen zyünderringförmigen Schicht durchströmt und am abströmseitigen Ende aus der Wirbelkammer austritt, wobei eine erste, mit Verunreinigungen angereicherte Fluidfraktion wandnah und eine zweite, weitgehend von Verunreinigungen befreite Fluidfraktion achsnah entnommen werden und wobei ein Teil der zweiten Fluidfraktion abgezweigt, zur Zuströmseite zurückgeführt und dort in das Fluid eingespeist wird, dadurch g e kennzelchnet, daß der zurückgeführte Teil der Fluidfraktioa unabhängig vom Einströmen des Fluids in die Wirbelkammer und in geringerem Abstand zur Wirbelkammerachse unmittelbar in die potentialwirbelartige Strömung tangential eingespeist wird, daß die Einspeisegeschwindigkeit der Einströmgeschwindigkeit sowie dem Verhältnis der Abstände des Einströmens und des Einspeisens von der Wirbelkammerachse entspricht, wobei eine einheitliche, potentialwirbelartige Strömung mit einer äußeren, im wesentlichen aus eingeströmten zu reinigendem Fluid gebildeter Schicht (A) und einer inneren, im wesentlichen von eingespeistem, zurückgeführtem Fluid gebildeten Sri.icht füfj stationär existiert; daß der zurückgeführte Teil der zweiten Fluidfraktion am abströmseitige.i Ende der Wirbelkammer gegenüber der Entnahme der mit Verunreinigungen angereicherten ersten Fluidfraktion zur Wirbelkammerachse hin verlagert, unabhängig vom abzuführenden Teil der zweiten Fluidfraktion direkt der Strömung entnommen wird und daß der Abstand der Entnahme von der Wirbelkammerachse mindestens gleich dem Abstand der Wiedereinspeisung von der Wirbelkammerachse ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zurückgeführten Teil der zweiten Fluidfraktion enthaltene Verunreinigungen mit einer Dichte geringer als die des Fluids am abströmseitigen Ende der Wirbelkammer zusammen mit einer geringen Fluidmenge einem achsnahen Bereich der inneren, zweiten Schicht (B) entnommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dais zwischen der äußeren, ersten Schicht (A) und der inneren, zweiten Schicht (B) der potentialwirbelartigen Strömung innerhalb der Wirbelkammer mindestens eine weitere, durch einen geschlossenen Zwischenkrcislauf gespeiste Zwischenumlaufschicht gebildet wird, wobei die Zwischeneinspeisung parallel zur Einspeisung des zurückgeführten Fluids und die Zwischenentnahme parallel zur Entnahme des zurückzuführenden Fluids erfolgt und wobei der Abstand sowohl von Zwischenentnahme eo als auch von Zwischenwiedereinspeisung zur Wirbelachse größer ist als der Abstand der Entnahme bzw. der Einspeisung des zurückzuführenden Teils der zweiten Fluidfraktion, wobei der Abstand der Zwischenentnahme immer mindestens so groß ist wie der Abstand der dazu korrespondierenden Wiedereinspeisung.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

nach den Ansprüchen 1 —3, bestehend aus. einer zylindrischen Wirbelkammer (1), die an ihrem zuströmseitigen Ende mit mindestens einer tangential ausgerichteten Haupteintrittsdüse für das zu behandelnde Fluid und mit mindestens einer Hilfsdüse für das zurückgeführte Fluid versehen ist und die an ihrem ausströmseitigen Ende eine Austrittsöffnung für die mit Verunreinigungen angereicherte Fluid! raktion und mindestens eine Austrittsöffnung für die von Verunreinigungen weitgehend befreite zweite Fluidfraktion aufweist und in der Mittel zum Wiedereinspeisen für den zurückgeführten Teil der zweiten Fluidfraktion über die Hilfsdüse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdüse (6) für das einzuspeisende, zurückgeführte Fluid in einem geringeren radialen Abstand zur Wirbelkammerachse (y) als die Hauptdüse (5) angeordnet ist tind daß am abströmseitigen Ende der Wirbelkammer ein Auslaß (13) für das zurückzuführende und ein zweites Ma! in der Wirbelkammer zu behandelnde Fluid vorgesehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am zuströmseitigen Ende der Wirbelkammer (1) mehrere aufeinanderfolgende Hilfsdüsen (6) vorgesehen sind, die in abnehmenden, radialen Abständen von der Wirbelkammerachse angeordnet sind und daß am abströmseitigen Ende der Wirbelkammer (1) mehrere entsprechende Austrittsöffnungen vorgesehen sind, wobei die Mittel zum Wiedereinspeisen das umzuwälzende Fluid der der entsprechenden Austrittsöffnung zugeordneten Hilfsdüse (6) zuführt

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Strahlpumpe arbeitendes Venturirohr (18) mit Düse (19) vorgesehen ist, der durch eine Leitung ein unter Druck stehendes Treibmittel zugeführt wird, deren Anfangteil mit der Entnahme einer Schicht verbunden ist und deren Austrittsdifusor mit der Hilfsdüse verbunden ist, die der nächst inneren der Entnahmeschicht zugeordneten Schicht angehört

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4—6, dadurch gekennzeichnet daß jeder tangential ausgerichtete Fluideingang mit Hilfe einer Düse bzw. Hilfsdüse (5; 6) gebildet ist, wobei der Querschnitt aller Düsen die Form eines liegenden, rechtwinkligen Trapezes hat, dessen kleine Grundseite zur Wirbelkammerachse hinzeigt und dessen Höhe der radialen Breite der Düse bzw. Hilfsdüse (5; 6) entspricht und höchstens gleich dem Abstand zweier benachbarter Düsen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der schräg zu den Grundlinien verlaufende Schenkel des Trapezes aller Düsenquerschnitte eine konkave Form aufweist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4—8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) an ihrem zuströmseitigen Ende mit Hülsen (4, 7) versehen ist, die mindestens unter die untere Düsenbegrenzung der niedrigeren der benachbarten Düsen reichen.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4—9, dadurch gekennzeichnet, daß das abströmseitige Ende der Wirbelkammer zusätzlich zu den jeweiligen Ausgängen für die mit Verunreinigungen angereicherte erste Fluidfraktion für den abgetrennten, zurückzuführenden Teil der zweiten Fluidfraktion und für den abzuführenden Teil der

zweiten Fluidfraktion mit einem Rohrstutzen (14) zur Ableitung von abgetrennten Verunreinigungen mit einer Dichte kleiner als die des Fluids zusammen mit einer kleinen Fluidmenge versehen ist

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4—10, gekennzeichnet durch eine axiale Elektrode (9), die sich über mindestens die gesamte Länge der Wirbelkammer (1) erstreckt und mindestens bis in den zentral angeordneten Rohrstutzen des Zentralausgangs (14) geführt ist

12 Anlage zur zentrifugalen Behandlung von Verunreinigungen enthaltenden Fluiden, mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 —3 sowie mit einer oder mehreren Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 4—11, wobei die Vorrichtungen mit gleichen Zu- und Ableitungskreisläufen parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die korrespondierenden Ausgänge alier Vorrichtungen für den zurückzuführenden Teil des Fluids zu einer gemeinsamen Rückführungsleitung zusammengefaßt sind, wobei die Rückfühningslcitung das Mitte! zum Fördern des Fluids enthält