DE659083C - Vorrichtung zur Konzentration und Scheidung der Komponenten gas- oder dampffoermiger Gemische - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konzentration und Scheidung der Komponenten gas- oder dampfförmiger Gemische, bei welcher eine um eine senkrechte Achse umlaufende Trommel durch gebogene Wände in Kammern unterteilt ist, deren jede zwei nebeneinander uad in verschiedener Höhe angeordnete Öffnungen aufweist, aus denen- die schwereren und leichteren Bestandteile getrennt abgeführt werden. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. In ihnen wird zur Scheidung der einzelnen Komponenten - sowohl die Fliehkraft als auch die Schwerkraft ausgenutzt, von denen erstere in den Kammern eine Schichtung des Gemisches nach leichteren und schwereren Bestandteilen, während die Schwerkraft den Austritt der schwereren Bestandteile aus den unteren Öffnungen bewirkt.

ao Das Neue an der Erfindung liegt darin, daß jede Kammer durch eine Scheidewand in zwei Räume geteilt ist, welche sich von dem Rande der Einlaßöffnung in die Kammer zu einem Punkt an der Außenwand der Trommel erstreckt, der zwischen den beiden Auslaßöffnungen liegt, und daß in der Scheidewand angenähert radial zur Achse verlaufende Kanäle vorgesehen sind, die sich aus einem Innenzug und einem Außenzug zusammensetzen; die beiden Züge verlaufen in einer zur Drehachse der Zentrifuge senkrechten Ebene und bilden miteinander einen nahezu gestreckten Winkel.

Durch diese Anordnung wird zur Herbeiführung . der Konzentration und Scheidung neben der Fliehkraft und der Schwerkraft auch die Molekularexpansion in neuer und eigenartiger Weise herangezogen. Denn im Gegensatz zu einer vorbekannten Einrichtung, bei welcher in den Kammern ebenfalls Scheidewände vorgesehen sind, kommen bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die leichteren der durch die Fliehkraft erhaltenen Schichten an die Scheidewand zu liegen, und auf sie wird durch die Kanäle hindurch der Sog in einer Richtung wirken gelassen, welche mit der Fliehkraftrichtung in jeder Ebene mit großer Annäherung einen gestreckten Winkel bildet.

Die Schichtung durch Fliehkraft ist insofern eine verhältnismäßig rohe, als auch in den leichteren Schichten noch schwerere Bestandteile verstreut sind. Da die Fliehkraft mit dem spezifischen Gewicht des ihr unterworfenen Körpers steigt, die Expansionsenergie als Funktion der Molekulargeschwindigkeit hingegen mit dem spezifischen Gewicht des Stoffes abnimmt, so ergibt sich bei Absaugen der leichteren Schichten radial nach innen, wie es bei der Vorrichtung nach

der Erfindung eintritt, folgende Erscheinung: Die leichten Bestandteile der leichteren Schichten werden im Vergleich zu ihrer hohen Expansionsenergie nur wenig von der Flieh* kraft beeinflußt., so daß sie bevorzugt durc|t die Kanäle der Scheidewand abwandern. D|e schwereren Bestandteile werden hingegen stark von der Fliehkraft beeinflußt, während ihre Expansionsenergie nur gering ist, und daher ίο wandern sie trotz des durch die Kanäle wirkenden Soges nicht durch diese hindurch ab. Als Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen leine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. ι ist ein achsrechter Schnitt.

Fig. 2 ist in ihrem oberen Teil ein Schnitt nach Linie A-A, in ihrem unteren Teil ein Schnitt nach Linie £?-£? der Fig. i.

Innerhalb -des Gehäuses ι ist die aus dem Boden 2, dem Deckel 3, der zylindrischen Außenwand 4 und der zylindrischen Innenwand 5 gebildete Trommel auf der senkrechten Welle 6 angeordnet, welche in dem aus einem Spur- und einem Radiallager zusammengesetzten Kugellager 7 gelagert ist. Der in der Trommel zwischen den Wänden 4 und 5 entstehende Ringraum ist durch gebogene Zwischenwände 8 in eine Reihe von Kammern unterteilt. Jede dieser Kammern stellt im Grundriß somit einen Ausschnitt aus einem zur Trommelachse konzentrischen Ring dar und steht mit dem innerhalb des Ringraumes liegenden Speisungsraum 9 durch je eine Öffnung 10 in der Innenwand 5 in Verbindung; die Ordnungen 10 sind jeweils in der Nähe derjenigen Zwischenwand 8 angeordnet, deren konkave Seite der betreffenden Kammer zugewandt ist. Mit dem Innenraum des Gehäuses 1 stehen die Ringkammern jeweils durch die Öffnungen 11 und 12 in Verbindung. Die Öffnungen 11 liegen in der Nähe des Deckels 3 und nahe derjenigen Zwischenwand, welche ihre konvexe Seite der betreffenden Kammer zuwendet. Die Öffnungen 12 liegen am Boden 2 und !ungefähr in der Mitte zwischen den beiden die Kammern begrenzenden Zwischenwänden. Die Öffnungen 11 und 12 sind aus der zylindrischen Außenwand 4 ausgespart; ihre lichte Weite ist in Richtung parallel zur Drehachse sehr gering, in Umfangsrichtung jedoch hinreichend groß, um den freien und vollkommenen Auslaß der konzentrierten Gase zu ermöglichen, ohne daß schädliche Gegendrucke auftreten. Die Ränder der Öffnungen· sind scharf ausgebildet, da es sich gezeigt hat, daß der Wirkungsgrad um so besser ist, je dünner die Ränder der Öffnungen sind. .

In jeder Kammer ist eine aus nebeneinandergesetzten kleinen senkrechten Säulen gebildete Scheidewand 13 vorgesehen, die sich von dem der betreffenden Zwischenwand 8 abgewandten Rande der Öffnung 10 zu einem Punkte der Außenwand 4 erstreckt, der zwi-"s'chen den Öffnungen 11 und 12 liegt. Es '^Ktsteht auf diese Weise in jeder Kammer »rein;'Einlaßraum 15 und ein Auslaßraum 16. -ffeide stehen über Kanäle 14 miteinander in . Verbindung, die durch entsprechende Schnitte der Säulen 13 gebildet und sowohl in radialer Richtung wie in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Sie bestehen aus einem radial verlaufenden Innenzug <& und einem zur Aufnahme der in der Kammer sich bewegenden Gas- oder Danxpifäden trichterförmig erweiterten Außenzug b, dessen Verlauf ein wenig von der radialen Richtung abweichen kann, so daß die beiden Züge/z und b in einer zur Drehachse der Zentrifuge senkrechten Ebene verlauf en und miteinander einen nahezu gestreckten Winkel bilden.

Der Speisungsraum 9 mündet oben in eine Schale 17, in welcher Saug- und Druckschaufeln 18 umlaufen, die auf der Welle 6 verkeilt sind.

Das Gehäuse 1 ist durch die waagerechte, kreisringförmige Zwischenwand 21 in zwei übereinanderliegende Kammern 19, 20 unterteilt. Die Wand 21 ist an der senkrechten Wand des Gehäuses 1 befestigt und greift mit geringem Spiel um den an der zylindrischen Außenwand 4 der Trommel befestigten Ring 25 herum. Diese Anordnung hat den Zweck, die Fliehkraft für den dichten Abschluß zwischen den Kammern 19 und 20 auszunutzen und die Biegungsbeanspruchungen der umlaufenden Teile zu verringern. Die Öffnungen 11 .münden in die Kammer 19, welche mit einem Auslaßkanal 22 versehen ist, während tue Öffnungen 12 in die Kammer

20 münden, die mit dem Auslaßkanal 23 versehen ist.

Wenn das Gemisch in mehr als zwei Komponenten geschieden werden soll, so muß man die Anzahl der Ringe 25, der Zwischenwände

21 und somit der Kammern 19,20 entsprechend vermehren.

Um auch bei hohen Drehzahlen Vibrationen der aus der Trommel, der Schale 17 und den Schrauben 18 bestehenden umlaufenden Masse zu verhindern, welche die Scheidung nachteilig beeinflussen könnten, erstreckt sich die Welle 6 unter das Kugellager 7 und trägt an ihrem unteren Ende das Schwungrad 24, welches derart bemessen ist, daß der Schwerpunkt der durch das Schwungrad ergänzten umlaufenden Masse in die Ebene der radialen Lagerreaktion fällt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:

Die Öffnung der Schale 17 wird mit einem das gas- oder dampfförmige Gemisch ent-

haltenden Vorratsbehälter verbunden. Die Scheidetrommel wird dann in Drehung versetzt, und die Schaufeln 18 fördern das Gemisch in den Speisungsraum 9; aus welchem es durch die Öffnungen 10 in die Einlaßräume 15 der Trommelkammer verteilt wird. In diesen Räumen wird die Mischung von den schaufeiförmigen Zwischenwänden 8 erfaßt und in Umlauf versetzt. Auf Grund der Fliehkraft streben die Bestandteile der Mischung von höherem spezifischem Gewicht stärker nach der Außenwand zu, und es entstehen daher konzentrische, ringförmige Schichten mit nach außen zu steigender Dichte. Die Schichten unterliegen infolge des / von den Schaufeln 18 erzeugten Druckes einer Vorwärtsbewegung in den Kammern 15 relativ zur Trommel. Die inneren, leichteren Schichten gelangen daher zu den Mündungen b der Scheidungskanäle 14.

Da die leichteren der in diesen Schichten vorhandenen Bestandteile eine größere Expansionsfähigkeit als die schweren Bestandteile haben, werden sie infolge des durch die Drehung der Trommel in den Räumen 16 erzeugten Soges unter Überwindung der Zentrifugalkraft bevorzugt die Leitungen 14 durchströmen und so in die Räume 16 der Kammern gelangen. Die Komponenten, welche ein höheres spezifisches Gewicht haben, bleiben in den Räumen 15 und gehen infolge ihrer Schwere nach dem Boden 2, treten durch die unteren Öffnungen 12 in die Kammer 20 des Gehäuses ι aus und werden von dort in einer an den Anschluß 23 anzusetzenden Leitung aufgefangen. Die Komponenten geringeren spezifischen Gewichts gelangen durch die oberen Öffnungen 11 in die Kammer 19, aus der sie durch den Anschlußstutzen 22 entnommen werden können.

Wenn die einzelnen Gemischkomponenten hinsichtlich ihres spezifischen Gewichts stark verschieden sind, so kann man die Scheidung durch einmalige Behandlung in der Vorrichtang erhalten. Wenn hingegen die spezifischen' Gewichte der einzelnen Bestandteile , vonein- * ander nicht sehr stark abweichen, so erhält man in der ersten Behandlung nur eine Konzentration der Komponenten, und man wiederholt dann die Behandlung unter jedesmaliger Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit der Trommel. Man gelangt dann nach einigen wenigen Behandlungen zu einer vollkommenen oder doch weitgehenden Scheidung der verschiedenen Mischungsbestandteile.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Konzentration und Scheidung der Komponenten gas- oder dampfförmiger Gemische, bestehend aus einer um eine senkrechte Achse umlaufenden Trommel, die durch gebogene Wände in Kammern unterteilt ist, von denen jede zwei nebeneinander und in verschiedener Höhe angeordnete Öffnungen aufweist, aus denen die schwereren und leichteren Bestandteile getrennt abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer durch eine Scheidewand (13) in zwei Räume (15 und 16) geteilt ist, welche sich von dem Rande der Einlaßöffnung (10) in die Kammer zu einem Punkt an der Außenwand der Trommel erstreckt, der zwischen den beiden Auslaßöfrnungen (11 und 12) liegt, und daß in der Scheidewand annähernd radial zur Achse (6) verlaufende Kanäle (14) vorgesehen sind, die sich aus dem Innenzug (a) und dem Außenzug (ö) zusammensetzen, die in einer zur Drehachse der Zentrifuge senkrechten Ebene verlaufen und miteinander "einen nahezu gestreckten Winkel bilden.

2. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (14) trichterförmig ausgebildet sind, z. B. derart, daß die eine Wandung annähernd radial verläuft, während die andere Wandung gebogen ist.

3. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand aus einer Reihe von Säulen (13) besteht.

4. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (11, 12) an der Peripherie niedrig und langgestreckt ausgebildet und von scharfen Rändern begrenzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen