DE3333777C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Apparatur zur Trennung von in Flüssigkeit enthaltenen Substanzen, wobei solche Substanzen eine nahe an der Dichte der Flüssigkeit liegenden Dichte haben. Die Apparatur eignet sich besonders zur Extraktion von Fett und Eiweißen aus Prozeßwasser der Nahrungsmittelindustrie.

Oft werden große Wassermengen bei der Verarbeitung in der Nahrungsmittelindustrie benötigt. Dieses Wasser enthält in vielen Fällen beachtliche Mengen an Fett und fettähnlichen Stoffen und Eiweiß und eiweißähnlichen Stoffen.

Die vorliegende Apparatur bezieht sich an erster Stelle auf die Beseitigung dieser Stoffe aus dem Prozeßwasser der fischverarbeitenden Industrie. Sie kann aber auch in anderen lebensmittelverarbeitenden Industrien und anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, bei denen flüssige Substanzen und in Flüssigkeit suspendierte Stoffe verschiedener Dichte und in nicht gelöstem Zustand verarbeitet werden sollen.

Fettabscheider der herkömmlichen Art sind nur in Ausnahmefällen imstande, den Fettgehalt des Wassers auf ein annehmbares Maß zu reduzieren. Falls die Herabsetzung des Fettgehalts niedrig ist, hat es zur Folge, daß auch die Minderung des bakteriologischen Sauerstoffverbrauchs im Wasser gering ist. Es ist eine charakteristische Eigenschaft der gewöhnlichen Fettabscheider älterer Ausführung, daß sie im wesentlichen mit horizontal durch den Fettabscheider strömendem Wasser arbeiten. Die Teilchen werden nur durch den vertikalen Geschwindigkeitsgradienten getrennt, der aus dem Unterschied der Dichte im Vergleich zur Dichte des Wassers entsteht.

Je kleiner der Dichteunterschied ist, um so kleiner wird der vertikale Geschwindigkeitsgradient der Teilchen sein, und um so schwerer wird es für die Teilchen sein, sich an der Oberfläche oder am Boden abzulagern. Um mit diesem Problem fertig zu werden, ist man auf die Möglichkeit zurückgekommen, Chemikalien oder dispergierende Luft beizumischen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und die Möglichkeit zur effektiven Trennung auch in Fällen zu schaffen, bei denen die Dichteunterschiede sehr gering sind. Die Eigenschaften der Erfindung werden durch die Patentansprüche offenkundig.

Die erfindungsgemäße Apparatur, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, umfaßt einen Fettabscheider, der so arbeitet, daß die Bewegung des Wassers im Abscheider im wesentlichen vertikal verläuft, und die Richtung an drei verschiedenen Stellen um 180° umgelenkt wird. Durch diese Anordnung werden schwere Teilchen in Richtung Boden und leichte Teilchen in Richtung Oberfläche beschleunigt. Schwere Teilchen werden durch die Bodenabschrägung abgeleitet und leichte Teilchen und die Flüssigkeit werden an der Oberfläche gesammelt, von wo sie abfließen oder abgeschöpft werden können.

Die Apparatur wurde einer gründlichen Bewertung in der fischverarbeitenden Industrie unterzogen. Die abtrennbaren Ausgangsmengen an Fett und die tatsächlich abgetrennten Mengen an Fett sind in vielen Fällen bei unterschiedlicher Beschickung gemessen worden. Der Grad der Trennung war sehr hoch, tatsächlich liegt er bei 90% bei einer Beschickung von über 5 m³/h. Als Folge der hohen Fettabscheidung wird der biochemische Sauerstoffverbrauch und der Suspensionsmittelverbrauch stark verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei sich die Bezugszeichen auf die Zeichnungen beziehen.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Apparatur.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Apparatur nach Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt der Apparatur entlang der Linie I-I in Fig. 2.

Fig. 4 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt der Apparatur entlang der Linie II-II in Fig. 3.

Fig. 5a ist eine vertikale Querschnittsansicht entsprechend Fig. 3 und zeigt den Strömungsweg durch die Apparatur.

Fig. 5b ist eine schematische Ansicht, die die äußeren Strömungsquerschnitte im Schnitt a-a in Fig. 5a zeigt.

Fig. 5c ist eine schematische Ansicht eines Strömungsquerschnitts im Schnitt b-b in Fig. 5a und

Fig. 5d zeigt die Strömungsrichtung des Mediums im Übergangsbereich zwischen den beiden durchflossenen Gebieten B und D in Fig. 5c.

Die in den Zeichnungen dargestellte Apparatur besteht aus einem Behälter 1 mit einem trichterförmigen Boden 2, dessen Spitze nach unten gerichtet ist. In der in den Figuren gezeigten Darstellung ist die Apparatur mit Füßen 3 ausgebildet. An dem nach unten zeigenden Ende des Bodens 2 ist ein Rohr 4 angebracht. Die Steigung der Wand des Bodens 2 ist so gewählt, daß Ablagerungen im Gefäß nach unten auf die Spitze des Bodens 2 zugleiten werden, von wo sie durch ein Rohr 4 abgeleitet werden können. Ein Einlaßrohr 5 ist mit dem Behälter 1 verbunden und ein Auslaßrohr 6 führt vom Behälter 1 zu einem Abflußschacht 7. Der Abflußschacht 7 ist mit einem Überlauf 8 versehen. Wenn das Wasser den Überlauf 8 passiert hat, wird es von einem Rohr 9 gesammelt und zu einem Behälter abgeleitet oder der weiteren Bearbeitung unterzogen.

Im Behälter 1 ist ein Trichter 10 untergebracht. Die Steigung der Trichterwand ist so gewählt, daß jede sich im Trichter bildende Ablagerung nach unten zur Spitze des Trichters 10 gleitet. Die Basis des Trichters 10 ist mit einem Ring 11 versehen, der seine Höhe steigert und nach innen offen ist. Im Ring 11 sind Trennwände 12 in winkelförmiger Anordnung angebracht. Die Trennwände 12 dienen dem Zweck, eine Rotation des Wassers im Trichter 10 zu verhindern. Die Spitze des Trichters 10 ist mit einem Rohr 13 verlängert, das sich fast bis zum Boden des äußeren Behälters erstreckt. Das im Trichter 10 enthaltene Wasser kann durch dieses Rohr 13 in Verbindung mit der Entleerung der Apparatur ausgeleitet werden. Das Rohr 13 ist so konstruiert, daß kein wesentlicher Wassertransport während des Betriebs der Apparatur durch dieses stattfindet. Der Trichter 10 ist auf seiner äußeren Mantelseite mit einem Leitring 14 versehen. Das Einlaßrohr 5 ist mit dem Leitring 14 verbunden oder so konstruiert, daß seine Auslaßöffnung von dem Leitring 14 umgeben ist. Der Leitring 14 hat einen oder mehrere Schlitze 15. Jegliche Luft, die mit dem Einlaßwasser mitgeführt wird, wird durch die Schlitzanordnung 15 abgeleitet.

Der Trichter 10 ist im Behälter 1 mit Hilfe von Verbindungselementen 16 aufgehängt. Diese Verbindungselemente 16 sind so gestaltet, daß sie die Rotation des Wassers im Behälter 1 hemmen.

Eine Rechen- oder Abstreicheinrichtung ist auf dem Behälter 1 angebracht. In der gezeichneten Darstellung besteht diese Einrichtung aus einem Träger 17, der sich auf Halter 18 stützt. Ein Antriebsmotor 19 und ein zur Verringerung der Geschwindigkeit benötigtes Untersetzungsgetriebe 20 sind auf dem Träger 17 angebracht. Ein Rechen 21 ist mit dem Untersetzungsgetriebe 20 verbunden. Der Rechen 21 ist am Untersetzungsgetriebe aufgehängt und außerdem mit einem Tellerrad 22 am Behälter 1 abgestützt, der an seiner Oberseite mit einem Rand 23 versehen ist, auf dem das Tellerrad 22 abrollt. Der Rechen 21 arbeitet gegen ein Gegenelement 24, das er beim Umlauf übersteigt. Das vom Rechen 21 gesammelte Material wird über Löcher im Mantel und den Abflußkanal 25 aus dem Behälter 1 herausgepreßt.

Die vorstehend beschriebene Apparatur wird vorzugsweise in zylindrischer Form gebaut, sie kann aber auch in quadratischer, rechteckiger oder anderer Form gestaltet sein. Die Apparatur kann auch so entworfen sein, daß sie auf dem Boden aufsteht oder im Boden aufgenommen wird.

Die Apparatur funktioniert in der folgenden Weise:

Flüssigkeit, die der Bearbeitung unterworfen werden soll, wird der Apparatur über das Einlaßrohr 5 zugeführt. Das Einlaßrohr 5 mündet innen in den Leitring 14, was bedeutet, daß die Flüssigkeit auf eine Art, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, nach unten gedrückt wird. Schwere Teilchen, d. h. Teilchen mit einer größeren Dichte als die Flüssigkeitsdichte werden dann zum Boden des Behälters 1 hin beschleunigt. Der Strom der Flüssigkeit wird danach um ungefähr 180° umgelenkt, und die Geschwindigkeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen wird verringert, und erreicht ihre niedrigste Geschwindigkeit in dem Bereich, der in Fig. 5 durch den Querschnitt a-a angedeutet ist, bei dem die wirksame Fläche des Behälters A ist. Steiggeschwindigkeit der Flüssigkeit in diesem Querschnitt ist

wobei Q ein Symbol für den Volumendurchsatz ist. Von diesem Querschnitt aus steigen sowohl die Flüssigkeit als auch die in ihr befindlichen Teilchen, die eine geringere Dichte als die umgebende Flüssigkeit haben, nach oben. Die Teilchen mit einer geringeren Dichte als die der umgebenden Flüssigkeit steigen schneller zur Oberfläche als die Teilchen der umgebenden Flüssigkeit; die Geschwindigkeit dieser Teilchen wird mit v₁′ bezeichnet.

Im Querschnitt b-b ist die Querschnittsfläche B zwischen der inneren Mantelfläche des Behälters 1 und der äußeren des Rings 11 kleiner als A; daher ist die Geschwindigkeit v₂ der Flüssigkeitsströmung im Querschnitt b-b größer als v₁ im Querschnitt a-a. Die Geschwindigkeit v₂′ derjenigen Teilchen, die leichter als die Flüssigkeit sind, ist höher als die Geschwindigkeit v₂ der umgebenden Flüssigkeit. Unter der Voraussetzung, daß die Strömung im laminaren Bereich gehalten wird, sind beide v₂ und v₂′ nach oben gerichtet.

Zwischen dem oberen Rand des Rings 11 und der Wasseroberfläche beträgt der Abstand h. Der kleinste Wert des Abstands h wird durch den Überlauf 8 festgelegt. Die durch die Anlage strömende Flüssigkeit soll durch den Querschnittsbereich C über den Umfang des Rings 11 laufen. Dieser Querschnittsbereich ist gleich dem Produkt aus dem Umfang des Rings 11 und der Höhe h.

Die Geschwindigkeit im Querschnittsbereich C wird mit v₃ angegeben und ist .

Wenn die Flüssigkeit den Querschnittsbereich C passiert hat, wird die Strömung in Richtung auf den Boden des Trichters 10 geführt, wo sich das Auslaßrohr 6 befindet. Die Strömungsrichtung wird somit erneut um 180° gedreht. Die Flüssigkeit wird dann die Basis des Trichters 10 und die Innenseite des Rings 11 passieren, der im Querschnitt b-b eine Querschnittsfläche D hat. Die Geschwindigkeit wird mit v₄ angegeben und ist .

Am Boden des Trichters 10 wird die Richtung der Strömung noch einmal um 180° umgelenkt und das Wasser wird über das Auslaßrohr 6 aus der Apparatur geleitet.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, werden die Flüssigkeit und die leichteren Teilchen in den Querschnitten a-a und b-b von der Geschwindigkeit v₁ auf v₂ bzw. von v₁′ auf v₂′ beschleunigt. Wenn ein Teilchen mit geringerer Dichte als die der Flüssigkeit gerade die Querschnittsfläche B verläßt, ist es einem horizontalen, in die Mitte des Behälters gerichteten Geschwindigkeitsgradienten ausgesetzt, was bedeutet, daß die Geschwindigkeitsresultierende des Teilchens von der vertikalen Richtung abweicht, die es im Schnitt b-b hatte. Vorausgesetzt, daß der Querschnittsbereich C so groß oder größer als die Querschnittsfläche B ist, wird die Bewegungsrichtung des Teilchens am Punkt direkt über dem Rand des Rings 11 eine Neigung haben, die weniger als 45° in bezug auf eine vertikale Ebene geneigt ist, da die Geschwindigkeit v₂ größer oder gleich der Geschwindigkeit v₃ ist und die wirkliche Teilchengeschwindigkeit im Querschnitt b-b v₂′ ist, die größer ist als v₂, d. h. v₂′ ist größer als v₃. Falls ferner die Fläche D größer oder gleich der Fläche C ist, wird sich ein Teilchen, das leichter ist als die umgebende Flüssigkeit, in Richtung auf die Oberfläche des Behälters zubewegen.

Aufgrund der Tatsache, daß das Teilchen diese Bewegungsrichtung hat, verläßt es den Querschnitt D, wobei der Geschwindigkeitsgradient in Richtung auf die Öffnung des Auslaßrohres 6 um so mehr verringert wird, je größer der Abstand zwischen der Öffnung des Auslaßrohres 6 über dem Boden des Trichters 10 und dem einzelnen Teilchen sein wird. Um zu vermeiden, daß Teilchen nach unten in den Trichter 10 gezogen werden, soll der Winkel zwischen der Öffnung des Auslaßrohres 6 an der Mittellinie des Behälters und dem oberen Rand des Rings 11 gleich oder weniger als 45° sein.

Die vorstehende theoretische Darstellung bezieht sich auf laminare Strömungsbedingungen, aber es hat sich gezeigt, daß die Funktionsfähigkeit auch für den Fall beibehalten wird, daß die Geschwindigkeiten größer sind als die theoretisch für laminare Strömungsbedingungen berechneten. Der mögliche Grad an Mehrgeschwindigkeit gegenüber der laminaren Strömungsgeschwindigkeit hängt im wesentlichen vom Dichteunterschied zwischen den Teilchen und dem Medium ab, indem sie schweben, sowie von der Größe der Teilchen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Apparatur zur Trennung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Substanzen, die eine Dichte haben, die nahe der der Flüssigkeit ist. Die Apparatur wird vorzugsweise für die Extraktion von Fett- und Eiweißstoffen aus dem Prozeßwasser der Nahrungsmittelindustrie verwendet.

Durch die vertikale Beschleunigungsrichtung und die Strömung in der in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen mit höherer und niedrigerer Dichte als Flüssigkeit, in der die Teilchen in der Schwebe sind, und durch die gleichzeitige Änderung der Strömungsrichtung werden sich Teilchen, die schwerer als die Flüssigkeit sind, am Boden des Gefäßes ablagern, von wo sie dann abgeleitet werden können, und werden Teilchen, die leichter als die suspendierende Flüssigkeit sind, an der Oberfläche gesammelt, von wo sie z. B. durch Abschöpfen entfernt werden können.

Die Beschleunigung und die Verzögerung werden durch Flächenänderungen in dem die Strömung führenden Behälter und durch Umlenkung um 180° an mehreren Stellen der im wesentlichen vertikalen Strömungsrichtung verursacht.

Claims (4)

1. Apparatur zur Trennung von in Flüssigkeit enthaltenen Substanzen, die eine nahe an der Dichte der Flüssigkeit liegende Dichte haben, wobei die Apparatur vorzugsweise zur Extraktion von Fett und fettähnlichen Stoffen und Eiweiß und eiweißähnlichen Stoffen aus Prozeßwasser verwendet wird und einen Behälter (1) aufweist, an dessen Oberseite eine Einrichtung (20-22) zum Entfernen des an der Oberfläche gesammelten Materials angebracht ist, und an dessen Boden sich eine Einrichtung zum Abfließen von am Boden abgelagerten Material befindet, gekennzeichnet durch ein Einlaßrohr (5), das im unteren Teil und auf der Außenseite eines Einsatzes (10-12) einmündet, der im wesentlichen mittig im Behälter angebracht ist und einen sich nach unten verjüngenden Abschnitt (10) hat, an dessen Boden ein Rohr (6) zur Ableitung der vorbehandelten Flüssigkeit anfängt, wobei das Rohr in einen Abflußschacht (7) einmündet, der so gestaltet ist, daß er mit einem Überlauf (8) ausgerüstet ist, der das niedrigste Flüssigkeitsniveau im Behälter bestimmt, wobei die kleinste Fläche (B) zwischen dem weitesten Teil des Einsatzes und der inneren Mantelfläche des Behälters kleiner oder gleich dem Bereich (C) ist, der gleich dem Produkt aus dem größten Umfang des Einsatzes mit dem Abstand (h) zwischen dem oberen Rand des Einsatzes und dem niedrigsten, durch den Überlauf aufrechterhaltenen Flüssigkeitsspiegel ist, und wobei die erste erwähnte Fläche ebenfalls kleiner oder gleich der oberen Fläche (D) der Öffnung des Einsatzes ist.

2. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr in einen Raum mündet, der von einem Leitring (14) oder einer anderen Begrenzungseinrichtung umgeben ist, die auf der Unterseite des verjüngten Abschnitts des Einsatzes angebracht ist, wobei der Leitring im oberen Teil mit Schlitzen (15) versehen ist und im wesentlichen vollständig nach unten offen ist.

3. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen eine vertikale Ebene gemessene Winkel, zu einer zwischen dem Mittelpunkt der Einlaßöffnung des Auslaßrohres und dem oberen Rand den zentrisch angebrachten Einsatzes gezogenen gedachten Linie gleich oder kleiner als 45° ist.

4. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des verjüngten Abschnitts des Einsatzes mit einem Rohr (13) verlängert ist, das über dem Boden des Behälters endet.