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Verfahren und Einrichtung zum Entschäumen
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einer Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Entschäumen einer Flüssigkeit gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner bezieht
sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
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Übliche Verfahren zum Entschäumen von flüssigem Material können zwei
verschiedene Grundverfahren zugeordnet werden.
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Bei dem ersten Verfahren wird das flüssige Material von oben in einen
unter sehr geringem Druck stehenden Entschäumungszylinder eingeleitet, in dem schräg
stehende Bleche angeordnet sind, über die die Flüssigkeit von oben nach unten läuft
und während des langsamen Fließens auf den schräg stehenden Flächen einen dünnen
Film bildet. Bei diesem Verfahren fließt die Flüssigkeit in einem dünnen Film langsam.
über eine große Fläche, wodurch die darin befindlichen Blasen sich ausdehnen und
aufgrund des geringen Druckes platzen. Allerdings wird für dieses Verfahren eine
sehr umfangreiche Einrichtung benötigt, und auch die Fließgeschwindigkeit muß sehr
langsam sein, um eine möglichst vollständige Abscheidung zu erreichen. Weiter muß
die Zuleitung der Flüssigkeit sorgfältig gesteuert werden, da bei zu schneller Zuleitung
eine übermäßig dicke Flüssigkeitsschicht entsteht, die die Abscheidung behindert.
Weiter muß bei diesem bekannten Verfahren das Absaugen von Luft und demnach der
Abscheidevorgang überhaupt unterbrochen werden, wenn entschäumte Flüssigkeit in
einer solchen Menge sich in dem Bodenbereich des Abscheidebehälters angesammelt
hat, daß die Flüssigkeit abgezogen werden muß. Ein wirklich kontinuierlicher Betrieb
ist auf diese Weise nicht möglich.
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Bei dem zweiten bekannten Verfahren wird das zu entschäumende
Flüssigkeitsmaterial
in einen geschlossenen Behälter gegeben und mit einem mit Flügeln oder dergleichen
bestückten Quirl gerührt. Das führt dazu, daß sich die Schaumbiasen ausdehnen, an
die Oberfläche der Flüssigkeit steigen und aufplatzen, wodurch die Entschäumung
erreicht wird. Aber auch hier ist es erforderlich, Abscheidegefäße mit großem Volumen
vorzusehen, wobei die Abscheidungsgeschwindigkeit sehr langsam und die Abscheidungswirkung
nicht befriedigend ist. Insbesondere tritt eine Abscheidungswirkung nicht in dem
Raum ein, in dem der Rührflügel arbeitet. Weiter ist unter bestimmten Bedingungen
nicht zu erwarten, daß die Schaumblasen aufreißen, wenn nämlich Flüssigkeiten mit
hoher Viskosität von dem oberen Abschnitt des Rührflügels bewegt werden. Die Oberflächenspannung
der Blasen ist in einer solchen Flüssigkeit ausreichend, um dem Druckunterschied
zwischen innerem und äußerem Druck der Blasen entgegenzuwirken.
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Dadurch schwimmt ein seifenschaumartiges Material über der oberen
Schicht der Flüssigkeit. O. h., daß dieses Verfahren für hochviskose Flüssigkeiten
von vornherein nicht brauchbar ist.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung die Schaffung seines Verfahrens
und einer Einrichtung, mit denen im selbsttätig ablaufenden, kontinuierlichen Betrieb
eine verbesserte Abscheidungsleistung erreichbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist im wesentlichen im Anspruch 3
gekennzeichnet.
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Nach der Erfindung ist demnach vorgesehen, daß in den Mittelabschnitt
eines mit hoher Geschwindigkeit drehenden, zylindrischen Gefäßes, in dem ein sehr
niedriger Druck, nahezu Vakuum,herrscht, die Flüssigkeit zugeführt wird, die dann
auf spiraligen.Wegen von der Mitte aus nach dem äußeren Rand des sich drehenden
Gefäßes in einer dünnen Schicht fließt. Die Drehwirkung zusammen mit dem Fließen
in dünner Schicht veranlaßt die Ausdehnung von Schaümblasen unter niederem Druck,
so daß sie in dem dünnen Film der sich unmittelbar am Boden kriechenden Flüssigkeit
mitrollen. Die Blasen können daher vom Flüssigkeitsmaterial allmählich abgeschieden
werden. Da die schwerere Flüssigkeit nach dem Außenbereich des Gefäßes fließt, werden
die sich unter dem niederen oder nahezu Vakuumdruck ausdehnenden Schaumblasen leichter
von dem Flüssigkeitsmaterial abtrennen.-Wenn der Druck in der Entschäumungskammer
durch eine Vakuumpumpe entsprechend verringert ist, kann das zu entschäumende Material
durch ein Zuflußrohr, das in den Mittelbereich des Gefäßes reicht, in die Entschäumungskammer
eingeführt werden.
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Dabei kann der Zulauf durch ein Steuerventil im Zufluß rohr überwacht
werden.
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Durch die spiraligen Strömungswege wird die Flüssigkeit in der Abscheidekammer
innerhalb der dünnen Schicht über eine maximale Strecke geführt, über die die Abscheidung
der Gasblasen von der Flüssigkeit aufgrund der Massenunterschiede wesentlich besser
und einfacher als bisher verwirklicht wird.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es
zeigen: Fig. 1 vereinfacht zwei bekannte Einrichtungen zum Ent-und 2 schäumen, Fig.
3 eine vereinfachte Darstellung des Grundprinzips der Erfindung mit einem spiralförmigen
Strömungsweg des flüssigen Materials nach Zufluß in den axialen Bereich des Abscheidegefäßes,
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung der Verteilung von flüssigem Material in einem
sich drehenden Gefäß, Fig. 5 veranschaulicht die Bedeutung der Zeichen r, h, P1
und PO in der Entschäumungskammer,
Fig. 6 einen Axialschnitt durch
eine Entschäumungseinrichtung nach der Erfindung, Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht
des Hauptteiles einer Entschäumungseinrichtung gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine schaubildliche
Ansicht eines S-förmig gebogenen Rohres zur Verwendung in der Einrichtung gemäß
Fig. 6, Fig. 9 zwei Ausführungsformen einer in der Einrichtung und 10 gemäß Fig.
6 zu verwendenden Abteilungswand und Fig. 11 einen Axialschnitt durch eine weitere
Ausführungsform der Erfindung.
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Wie bereits oben kurz erwähnt, arbeitet eine bekannte Entschäumungseinrichtung,
Fig. 1, derart, daß in einem unter sehr geringem Druck stehenden Entschäumungszylinder
das flüssige ~Material unter Bildung einer dünnen Schicht entlang der Oberfläche
einer schräg stehenden Platte 101 nach unten fließt.
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Ein zweites bekanntes Verfahren arbeitet mit einem Rührwerk, Fig.
2. Das zu entschäumende, flüssige Material wird
in einen unter
niedrigem Druck stehenden, geschlossenen Behälter eingeführt und mit einem Flügel
102 aufweisenden Rührwerk umgerührt, wodurch eine Ausdehnung der Schaumblasen und
deren Aufstieg an die Flüssigkeitsoberfläche ausgelöst wird.
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Das diesem bekannten Verfahren gegenüberstehende Verfahren nach der
Erfindung ist in Fig. 3 vereinfacht dargestellt.
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In ein zylindrisches Abscheidegefäß, das in Richtung des Pfeiles R
gedreht wird, fließt in Richtung des Pfeiles I die zu entschäumende Flüssigkeit
ein, so daß entlang dem spiralförmigen Weg P die Flüssigkeit auf dem Boden sich
nach außen ausbreitet und abfließt. In der Darstellung der Fig. 4 fließt die Flüssigkeit
entlang dem Pfeil I zu und entlang dem Pfeil O ab. Der Zulauf geht durch das obere
zentrale Zuflußrohr 1 in das zylindrische Gefäß 7, das durch eine waagerechte Abteilungswand
10 in eine obere Abscheidekammer und eine untere Ablaufkammer unterteilt ist, wobei
in der Ablaufkammer ein S-förmig gebogenes Ablaufrohr 8 waagerecht angeordnet und
mit seinem mittleren Abschnitt an das zentrale Ablaufrohr 15 angeschlossen ist.
Die Flüssigkeit ist mit 100 bezeichnet.-Die Flüssigkeit läuft demnach in den Mittelteil
eines mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden, zylindrischen Gefäßes, das fast
unter Vakuum steht, zu, so daß die
Flüssigkeit sich vom Mittelabschnitt
aus spiralig nach dem äußeren Randbereich des sich drehenden Gefäßes ausbreitet.
Die Drehwirkung zusammen mit der in dünner Schicht verlaufenden Strömung der Flüssigkeit
nach außen sorgt dafür, daß die in der Flüssigkeit enthaltenen Blasen sich unter
dem niedrigen Druck ausdehnen und in dem dünnen Film der spiralig fließenden Flüssigkeit
rollen. Dadurch werden die Blasen allmählich von dem flüssigen Material abgesondert.
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Da die schwere Flüssigkeit nach dem äußeren Rand des Gefäßes fließt,
trennen die Blasen unter dem niedrigen oder fast Vakuum betragenden Druck sich leichter
von dem flüssigen Material.
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Für die Ausbreitung der Flüssigkeit in dem sich drehenden Gefäß, Fig.
4, gelten die nachstehend angegebenen Bedingungen, wobei auch auf Fig. 5 Bezug genommen
wird: P1 - PO p r S 2/2 hierin ist P1 der Druck im Abstand r von der Drehachse,
d. h. der Achse des Gefäßes 7, PO der Druck im Mittelbereich, die Dichte der Flüssigkeit,
r der Radius des Gefäßes 7, w die Winkelgeschwindigkeit.
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In der vorstehenden Formel wird der Druckfaktorrgh, der auf den Höhenunterschied
des flüssigen Materials im Randbereich des Entschäumungsraumes (21 in Fig. 6) beruht,
nicht besonders berücksichtigt, da der Entschäumungsraum nach der Erfindung nicht
sehr hoch ist (h in Fig. 5) und die Dichte des flüssigen Materials gewöhnlich im
Bereich derjenigen vom Wasser liegt. Daher kann der Beitrag des Druckesvogh, etwa
15 cm Wassersäule, vernachlässigt werden im Vergleich zu dem Druckunterschied, der
durch die Drehung des Gefäßes entsteht und etwa 3 at beträgt, wie aus der nachfolgenden
Betrachtung hervorgeht.
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Bei einer Ausführung der Erfindung mit h = 17,5 cm, /0= 1 g/cm3, einer
Drehgeschwindigkeit des Gefäßes von 1.200 Upm, einem Druckunterschied von P1 - Po
: 2,5 kg/cm2 und Po=o20 mm Hg aufgrund der Luftabsaugung in der Entschäumungskammer
ist der Flüssigkeitsdruck am Rand des Gefäßes ungefähr#2,3 bis 2,5 kg/cm2, d. h.
etwa 1,3 bis 1,5 at größer als der äußere Luftdruck. Dieser Druckunterschied treibt
das flüssige Material durch kleine Öffnungen am Umfang der Trennwand 10, d. h. der
Bodenwand der Entschäumungskammer, in eine darunter befindliche Kammer, wo es von
dem S-förmig gebogenen Auffangrohr aufgenommen und abgeleitet wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird das flüssige
Material
über ein Zulaufsteuerventil 22 in das Einlaufrohr 1 eingeführt und gelangt dadurch
in die Entschäumungskammer 21 des zylindrischen Gefäßes 7. Die Flüssigkeit wird
auf den mittleren Bereich der waagerechten Trennwand 10 aufgegeben, die die Entschäumungskammer
21 von dem unteren Teil des zylindrischen Gefäßes 7 abtrennt. Das zylindrische Gefäß
7, eine obere Buchse 12 und eine untere Buchse 11 sind durch Schrauben oder dergleichen
zu einem einheitlichen Körper verbunden, und die untere Buchse 11 ist mit einem
Keil 13 oder dergleichen an einer Riemenscheibe 14 befestigt, die in Antriebsverbindung
mit einem Motor steht. Daher ist das zylindrische Gefäß 7 mit der unteren Buchse
11, der oberen Buchse 12 und der Riemenscheibe 14 als Einheit in Drehung, wenn die
Einrichtung eingeschaltet ist.
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Ein S-förmig gebogenes Rohr 8 ist in seinem mittleren Bereich an das
obere Ende eines Ablaufrohres 15 angeschlossen und wird dadurch feststehend gehalten,
so daß es sich nicht dreht.
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Bei Drehung des zylindrischen Gefäßes 7 kriecht die Flüssigkeit auf
der Platte 10 spiralig nach außen zum äußeren Rand der Entschäumungskammer 21. Im
Bereich des Randes erreicht der Druckunterschied in der Flüssigkeit etwa 2,3 bis
2,5 kg/cm2.
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Dadurch wird die Flüssigkeit durch kleine Öffnungen 9 getrieben, die
am Rand der Abteilungswand 10 ausgebildet sind
und in den Randbereich
der unteren Kammer des zylindrischen Gefäßes 7 führen. Von dort gelangt die Flüssigkeit
in das S-förmig gebogene Rohr 8, das mit Eintrittsöffnungen in die Nähe der kleinen
Durchgänge 9 reicht-und an den Umgebungsdruck angeschlossen ist, d. h. einen Druck
von 1 at.
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Aufgrund des Druckunterschiedes wird das Flüssigkeitsmaterial, das
durch die kleinen Öffnungen 9 hindurchgeht, selbsttätig nach außen abgeführt. Ein
Rückschlagventil 23 ist in der Öffnung des Ablaufrohres 15 angeordnet. Das Rückschlagventil
23 ist bei der anfänglichen Einschaltung der Einrichtung geschlossen. Dadurch kann
der Druck in der Abscheidekammer langsam auf ein Niveau verringert werden, das in
der Nähe eines Vakuumdruckes liegt, so daß das flüssige Material selbsttätig in
die Entschäumungskammer gesaugt wird. Die Absaugung der Luft geht durch das Rohr
6, das an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist und einen Druckmesser 20 enthält.
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Das Rohr 6 ist an den Ringspalt angeschlossen, der zwischen dem Zuflußrohr
1 und der oberen Buchse 12 besteht.
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Inden Fig. 7 - 10 sind wesentliche Teile der Einrichtung nach Fig.
6 noch einmal im einzelnen dargestellt, und zwar das zylindrische Gefäß 7, die waagerechte
Abteilungswand 10 mit den kleinen Durchlässen 9, das S-förmig gebogene Rohr 8, die
obere Buchse 12 und die untere Buchse 11 mit dem Ablaufrohr 15.
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Das Zulaufrohr 1, Fig. 6, ist fest mit einem Achslagersitz 2, einer
oberen Abdeckhaube des äußeren Zylinders 26, dem äußeren Zylinder 26 und dem Maschinenrahmen
24 verbunden.
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Dieser Maschinenrahmen 24 ist durch eine feste Stange 25 mit dem Ablaufrohr
15 verbunden, um dieses dadurch fahzuhalten.
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Der Zwischenraum zwischen der oberen Buchse 12 und dem zugehörigen
Achslagersitz 2 ist durch das Lager 3 und die Dichtung 4 abgedichtet. Ebenso sind
Lager und Dichtungen vorgesehen zwischen der Buchse 11 und dem Ablaufrohr 15.
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Aufgrund der Drehung des flüssigen Materials im zylindrischen Gefäß
7 entsteht wegen der Viskosität in der Flüssigkeit Reibungswärme. Um die Einrichtung
zu schützen und einen Temperaturanstieg in dem abfließenden Material zu verhindern,
bildet der feststehende, äußere Zylinder 26 mit dem Gefäß 7 eine Kühlkammer 19,
in das Kühlwasser, gewöhnliches Leitungswasser, von einem Einlaß 17 aus in den unteren
Bereich der Kammer 19 einfließt.
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Dabei sorgt ein gebogenes Blechstück 18, das über der Zulauföffnung
17 befestigt ist, dafür, daß das Kühlwasser in Richtung auf die Drehachse zugeführt
wird. Das Kühlwasser breitet sich in der Kammer 19 aus aufgrund der Zentrifugal
wirkung, die durch die Drehung des zylindrischen Gefäßes 7 verursacht sind, und
tritt dann am Auslaß 16 im oberen Teil des äußeren Zylinders 26 aus der Kühlkammer
wieder aus.
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Für die hier beschriebene Ausführungsform kann z. 8. ein zylindrisches
Gefäß benutzt werden, das eine Entschäumungskammer 21 mit einem Durchmesser von
350 mm und einer Höhe von 40 mm und eine untere Kammer mit einer Höhe von 40 mm
aufweist. Die Einrichtung kann verwendet werden z. 8. zum Entschäumen eines viskosen
DFM-Materials (etwa 1,2 x 104 cps).
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Versuche haben gezeigt, daß die Entschäumungsgeschwindigkeit bei einer
solchen Einrichtung etwa 5 1 pro min beträgt.
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Bei einer üblichen Apparatur mit einer Kapazität von 50 1 werden zum
Entschäumen von 20 1 durch Umrühren etwa 2 1/2 std gebraucht, d. h. etwa 0,133 1
pro min. Das zeigt, daß bei vergleichbaren Einrichtungen die Erfindung das Dreißigfache
und mehr des üblichen Verfahrens leistet.
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Es ist für den Betrieb der vorstehend beschriebenen Einrichtung auch
nicht erforderlich, diese in beträchtlicher Höhe über den Boden zu installieren.
Die Drehung des zylindrischen Gefäßes sorgt für einen ausreichenden Druckanstieg
in dem zum Rand fließenden, flüssigen Material, so daß die entschäumte Flüssigkeit
selbsttätig und schnell abfließt.
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Dagegen ist es bei bekannten Einrichtungen erforderlich, sie in Höhe
von 30 m aufzustellen, damit die Flüssigkeiten aufgrund der Schwere nach unten abfließen.
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Die in Fig. 11 dargestellte weitere Ausführungsform unterscheidet
sich von der Ausführungsform nach Fig. 6 hauptsächlich
dadurch,
daß das entschäumte Material durch einen am äußeren Zylinder befestigten Trichter
36, der unter dem zylindrischen Gefäß 35 liegt, das die Abscheidekammer enthält,
nach dem Abflußrohr 37 fließt. Allerdings muß diese Entschäumungseinrichtung in
einer Höhe von etwa 10 m über dem Boden installiert werden, um einen fortlaufenden
Betrieb mit automatischem Abfluß durchzuführen. Falls die Höhe geringer als 10 m
ist, muß eine Pumpe am Abfluß angeordnet werden, damit ein kontinuierlicher Entschäumungsvorgang
ablaufen kann. Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt darin, daß auf das S-förmig
gebogene Sammlerrohr mit den zugehörigen Teilen verzichtet werden kann und daß auch
die Reibungswärme vermieden wird, die sonst aufgrund der Viskosität zwischen dem
umlaufenden flüssigen Material- und dem feststehenden S-fõrmigen Rohr vermieden
wird. Dementsprechend kann auch auf die Kühleinrichtung bei dieser Ausführungsform
verzichtet werden. Für den Betrieb mit dem Ablauftrichter 36 wird der Boden des
zylindrischen Gefäßes 35 so ausgeführt, daß er bis auf den an den Rand angrenzenden
Abschnitt offen ist. Außerdem können ein Motor 31, ein Motorritzel 32 und ein die
Drehzahl verringerndes Zwischengetrieberad 33 in der dargestellten Weise angeordnet
werden, um damit die obere äußere Buchse 38 und das scheibenförmige Gefäß 35 anzutreiben,
anstelle von einem Antrieb mit Riemen und Riemenscheibe.
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A n s D r ü c h e