DE968149C - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Fluessigkeiten, die schaumbildende Stoffe enthalten - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 16. JANUAR 1958

M 17366 III j82b

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Zentrifugierverfahren und -vorrichtungen, welche die- Anwendung einer durch Zentrifugieren bewirkten Trennung oder Konzentration auch solcher Stoffe ermöglichen, die bisher nur nach zeitraubenden und im allgemeinen wenig wirtschaftlichen Verfahren getrennt werden konnten.

Vor der Erfindung war es entweder unmöglich oder in hohem Maß unwirtschaftlich, durch Zentrifugieren gewisse Stoffe zu trennen, bei denen ein oder mehrere Bestandteile zur Schaumbildung neigen, wenn ihnen in Zentrifugen z. B. der Düsenbauart, bei denen der Ausfluß des Unter- und des Oberstromes über einen Luftspalt erfolgt, Luft oder ein anderes Gas zugemischt wird. Beim Betrieb belastet der gebildete Schaum den Rotor, und er verhindert ein genaues Trennen der Stoffe, woraus sich wiederum eine wenig wirksame Trennung ergibt. Die Schaumbildung wird besonders groß bei Zentrifugen mit Rücklaufstrom, da ein Teil des Schaum enthaltenden Unterstromes auf der Innenseite der Austrittöffnungen wieder dem Rotor zugeführt wird. Dabei tritt ein Verstopfen der Austrittöffnungen und eine Störung

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des normalen Abtrennvorganges innerhalb der Zentrifugentrommel ein. Die Erfindung bezieht sich demnach insbesondere auf die Verhinderung der Schaumbildung bei der auf Zentrifugierung beruhenden Trennung von Stoffen, welche schaumbildende Bestandteile haben.

Es wurden schon Trennverfahren vorgeschlagen, bei denen Luft oder ein anderes Gas von der Berührung mit einem der abgetrennten Bestandteile ausgeschlossen ist, um so eine Sättigung dieses Bestandteiles mit Luft oder Gas zu verhindern. Diese Verfahren sind jedoch nicht bei Zentrifugen anwendbar, bei welchen die abgetrennten Bestandteile von dem Zentrifugenrotor durch Öffnungen ausgeschleudert werden.

Beispiele für Verfahren, bei denen eine Abtrennung in mit Düsen versehenen Zentrifugen infolge der erwähnten Schaumbildung bisher nur unter Verwendung äußerst kleiner und verhältnismäßig weniger Düsen möglich war, sind: die kontinuierliche Abtrennung von mit Kalk versetztem Schlamm von zuckerhaltiger Flüssigkeit bei der Herstellung von Rübenzucker nach dem Kalkverfahren, die Konzentration von proteinhaltigem Stoff, wie z. B. Gluten, Kalziumsalz der Phytansäure, sowie die Abtrennung von aufgeschlossenem Ton aus Aluminiumsulfatflüssigkeit. und die Absonderung unlöslicher Karbonate aus Natriumaluminat bei der Herstellung von Aluminiumverbindungen.

Erfindungsgemäß werden der Zentrifugenrotor

und das flüssige Material während des Betriebes mit einem die Schaumbildung verhindernden, in dem schaumbildenden Stoff kondensierbaren Dampf umhüllt.

Um eine Verfälschung des Speisematerials und

der mit dem Ober- und Unterstrom abgeführten Komponenten zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen Dampf zu benutzen, der einer der nachfolgenden Bedingungen entspricht:

a) Der Dampf ist nach Kondensation in einem der Bestandteile der getrennten Komponenten löslich, oder einer der Bestandteile kann in ihm gelöst werden, oder

b) der Dampf besteht aus einem Stoff, der ein Bestandteil einer der getrennten Komponenten ist, oder

c) der Dampf besteht aus dem Stoff, der als Trägerflüssigkeit oder als Waschflüssigkeit benutzt wird.

Am besten- eignet sich zur Beseitigung der Schaumbildung Wasserdampf, weil dieser mit den geringsten Kosten herzustellen ist. Außerdem ist Wasserdampf mit in den meisten Verfahren verwendeten Stoffen, die beim Zentrifugieren Schaum bilden, verträglich. Schließlich ist Wasser entweder die Trägerflüssigkeit, des Speisematerials oder wenigstens darin enthalten, oder es findet bei Zentrifugen mit Rückführung des Unterstromes als Waschflüssigkeit Verwendung.

Es sind bereits Dämpfe in Zentrifugengehäuse eingeführt worden, jedoch nur zu Beheizungs-•zwecken oder zum leichteren Fortschaffen der Destillationsprodukte in Destillierzentrifugen. So hat man Wasserdampf in Zentrifugalseparatoren verwendet, um beim Entwachsen "von Petroleumdestillaten die Wachse zu erhitzen und so· ihre Verfestigung zu verhindern. Weiterhin hat man bei der Abtrennung von Melasse von Zuckerkristallen trocknen Wasserdampf verwendet, um die Melasse zu erhitzen und so ihr Fließvermögen zu erhöhen, wodurch ihre Trennung erleichtert wird. Auch hat man ein Schutzgas beim Zentrifugieren von Flüssigkeiten angewandt,· die möglichst wenig mit Luft in Berührung kommen sollen. Schließlich ist bereits vorgeschlagen worden, flüssige oder geschmolzene Stoffe in einer geschlossenen Zentrifuge, welche von außen erhitzt werden kann, zu destillieren, wobei gewöhnlicher oder überhitzter Wasserdampf oder ein indifferentes Gas zum leichteren Fortschaffen der Destillationsprodukte in die Zentrifuge eingeleitet werden kann. Dieses Destillationsverfahren ist besonders bei stark schäumenden Flüssigkeiten oder Stoffen anwendbar, da infolge der Zentrifugalkraft die' Flüssigkeitsteile, welche das die Blasen bildende Gas einschließen, durch ihr größeres spezifisches Gewicht an die Trommelwand gedrückt werden, während das leichtere Gas aus den zerrissenen Blasen austreten muß, und so die Schaumbildung unmöglich wird. Diese Verhinderung der Schaumbildung ist offenbar von dem eingeleiteten Gas bzw. Dampf unabhängig. Dieser dient nur zum leichteren Fortschaffen der Destillationsprodukte.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist demgegenüber nicht nur bei der Destillation, sondern auch bei der Trennung zweier flüssiger Bestandteile verwendbar. Es ist für Zentrifugen mit mehreren auf dem Umfang verteilten Auslaßöffnungen bestimmt. Bei diesen Zentrifugen ist die Flüssigkeit des Unterstromes beim Austritt aus den Düsenöffnungen einer starken Schaumbildung unterworfen. Die Zuführung eines indifferenten Gases oder überhitzten Wasserdampfes würde daran nichts ändern. Nur wenn man den Rotor der Düsenzentrifuge in einen Dampf einhüllt, der im wesentlichen alles Gas, wie z. B. Luft, aus dem Zentrifugengehäuse verdrängt und bei der Mischung mit dem vom Rotor ausgeworfenen Oberoder Unterstrom bei der normalen Temperatur der Bestandteile kondensiert, ist die Bildung von Schaum vollkommen ausgeschaltet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann zusammen mit dem Dampf ein Agglomerierungsmittel in die Zentrifuge eingeleitet werden. "5

Eine Zentrifuge zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der lotrechten Antriebswelle des Rotors und dem Zentrifugengehäuse eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist und daß ein Teil des dem Gehäuse zugeführten Dampfes an einer Stelle zwischen den Enden der Labyrinthdichtung eingeleitet wird. Das Agglomerierungsmittel kann innerhalb der Labyrinthdichtung der Welle entlang ir den Rotor eingeführt werden.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung, und zwar ist

Fig. ι eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer Zentrifuge der Düsenbauart und

Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt durch eine die Rotorwelle der Zentrifuge nach Fig. ι umgebende Labyrinthdichtung mit Zuführungen für den Dampf und für ein. Agglomerierungsmittel.

ίο Die in Fig. ι dargestellte Zentrifuge ist eine solche mit düsenförmiger Auslaßöffnung und einer Verbindung, durch welche ein Teil des Unterstromes zum Zentrifugenrotor zurückkehren kann. Die Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit einer Zentrifuge dieser Art ist nur beispielsweise, da die Erfindung in gleichem Maß auch bei anderen Zentrifugenkonstruktionen mit Auslaßöffnung mit oder ohne Rückführung angewendet werden kann.

Der allgemeine Aufbau der nur schematisch dargestellten Zentrifuge mit Rücklauf eines Unterstromteiles und Auswurfdüsen ist an sich bekannt und sei hier nur kurz geschildert.

Die in Fig. 1 gezeigte Zentrifuge hat einen Rotor 10, welcher innerhalb eines feststehenden Gehäuses 14 auf einer lotrechten Welle 12 angeordnet ist. Wie nachfolgend im einzelnen beschrieben ist, hat der Rotor verschiedene Flüssigkeitsdurchlässe, nämlich einen Einlaß für das flüssige Material, mit dem die Zentrifuge gespeist wird, einen Auslaß für den durch Zentrifugieren abzutrennenden leichteren Bestandteil (bekannt als Oberstrom) und einen Auslaß für den durch Zentrifugieren abzutrennenden schwereren Bestandteil des Speisematerials (bekannt als Unterstrom). Der Rotor 10 ist auf der lotrechten Welle 1*2 angeordnet und wird durch diese angetrieben. Die Welle 12 ist durch eine Kupplung 16 mit einer ebenfalls vertikalen, fluchtenden Welle 18 verbunden, die ihren Antrieb von einem Motor erhält. An ihrem oberen Ende ist die Welle 18 gelenkig und in einem federnd nachgiebigen Lager gelagert (nicht dargestellt).

Das Gehäuse 14 kann zweckmäßigerweise von einer Mehrzahl von voneinander zu trennenden Abteilungen 20, 22 und 24 gebildet werden. Die Abteilung 20 bildet eine spiral- oder ringförmige Kammer 26 zur Aufnahme des durch den Rotor 10 durch Zentrifugieren abgetrennten Oberstromes, während die Abteilung 22 aus einer spiral- oder ringförmigen Kammer 28 besteht, welche vom Rotor 10 den Unterstrom erhält.

Der Rotorkörper 10 ist zweckmäßigerweise ebenfalls aus einer Anzahl auseinanderzunehmender ringförmiger Teile zusammengesetzt, die aus einem Hauptteil 30 und oberen bzw. unteren kegelförmigen Teilen 32 und 34 bestehen. Teil 30 ist an dem inneren schalenartigen Teil 36 des Rotors befestigt, welcher mit dem unteren Ende der Rotorwelle 12 verbunden ist. Die Teile 30 und 32 werden durch geeignete Mittel, wie beispielsweise einen verformbaren Klemmring 38, zusammengehalten. Der innere Teil 36 des Rotors hat eine aufwärts gekehrte, kegelstumpfförmige Fläche 40, welche zusammen mit einer gegenüberliegenden, nach unten gekehrten kegelstumpfförmigen Fläche 47 des Rotorhauptteiles 30 eine Zentrifugier- oder Trennkammer 44 bildet.

In der Kammer 44 ist koaxial mit der Welle 12 eine Vielzahl von in axialem Abstand befindlichen Trennscheiben 46 von der üblichen kegelstumpfförmigen Gestalt angeordnet. Durch die äußere Umfangswand 50 des Rotorhauptteiles 30 geht eine Mehrzahl von in gleichem Winkelabstand befindlichen Auslaßdüsen 48 für den Unterstrom hindurch, wobei jede dieser Düsen eine Auslaßöffnung hat, die bezüglich der Drehrichtung des Rotors 10 nach hinten gerichtet ist.

Der Umfangsteil des Rotorhauptteiles 30 ragt in die sich verengende öffnung 51 der spiralförmigen Kammer 28 hinein, welche vom Gehäuseteil 22 gebildet wird.

Der Unterstrom bewegt sich über die obere Kante des schalenförmigen Teiles 36 in den Ringkanal 52, von welchem er durch die Düsen 48 in die spiralförmige Kammer 28 des Gehäuseteiles 22 geleitet wird. Durch ein Rohr 53 wird der Unterstrom kontinuierlich aus der UnterstiOmspirale 28 abgeführt.

Das die Zentrifuge speisende Material wird dem Rotor 10 durch eine Ringkammer zugeführt, die zwischen einem Paar koaxialer gleichgerichteter Rohre 56 und 58 gebildet wird. Der Kanal 54 mündet unten in eine Aufnahmekammer 60, die von dem kegelstumpfförmigen Teil 62 und dem den Rotor tragenden Teil 64 begrenzt wird, welcher zentrisch mit dem schalenförmigen inneren Rotorteil 36 in Verbindung steht.

Der kegelstumpfförmige Teil 62 trägt auch die Trennscheiben.46, welche auf mehreren sich radial erstreckenden, in Abstand befindlichen senkrechten Rippen 66 angeordnet sind. Der untere Teil 68 des Teiles 62 ist unterhalb des unteren Endes des Trennscheibenstapels 46 nach außen umgebogen. Die Innenwand des kegelstumpfförmigen Teiles 62 ist mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten, nach innen vorspringenden Flügeln 70 versehen, welche sich lotrecht von der oberen Innenkante 71 des nach außen umgebogenen unteren Teiles 68 nach dem oberen Ende des Teiles 62 hin erstrecken. Diese Flügel dienen als Mitnehmer, um dem durch den Ringkanal 54 ankommenden Speisematerial eine Umlaufbewegung zu erteilen. Das Speisematerial gelangt aus der Aufnahmekammer 60 durch eine Mehrzahl von sich verjüngenden, durch den nach außen umgebogenen unteren Teil 68 des Elementes 62 gebildeten Durchlässen 72 in die Haupttrennkammer 44.

Der obere Rotorabschnitt 32 erstreckt sich nach oben hin über das obere Ende des Teiles 62 hinaus und ist an seinem eigenen oberen Ende mit einer ringförmigen Lippe 74 versehen, über welche der Oberstrom abläuft, der durch den Trennscheibenstapel 46 aus der Kammer 44 nach oben abgelenkt wird. Das über die Lippe fließende Oberstrom-

material gelangt in die spiralförmige Oberstromkammer 26, aus welcher es kontinuierlich durch das Ableitungsrohr 75 abgeleitet wird.

Die dargestellte Zentrifuge ist für die Rückführung eines Teiles des Unterstromes aus der spiralförmigen Unterstromkammer 28 zum Rotor eingerichtet. Der untere Teil 34 des Rotors 10 bildet ein Antriebselement für die Rückführung von schwererem, durch: Zentrifugieren abgetrenntem Uiiterstrommaterial zurück in den Zentrifugenrator. Das untere Ende des Rotorteiles 34 ist mit einer koaxialen Öffnung 76 versehen, welche sich unmittelbar oberhalb einer nach oben gerichteten Düse 78 befindet. Diese. Düse ist an dem unteren Teil 24 des Gehäuses 14 angeordnet, und sie richtet einen Strahl oder einen kompakten Strom von Unterstrommaterial aufwärts in den Rotor 10, und zwar durch die öffnung 76 hindurch.

Das Rohr 53, in welches der Unterstrom aus der spiralförmigen Unterstromkammer 28 eintritt, verzweigt sich in Leitungen 80 und 82. Die Leitung 82 führt einen Teil des Unterstromes zurück in den Rotor 10, und zwar durch die Düse 78, während die Leitung 80 den Rest des Unterstromes zum Zweck einer etwa notwendig werdenden weiteren Behandlung über ein Regelventil 84 aus der- Zentrifuge ableitet. In die Leitung 82 kann über eine von einem Ventil 88 gesteuerte Leitung 86 eine Waschflüssigkeit eingeleitet 'werden, welche dann zu dem Rotor fließt.

Um den Rotor einer Zentrifuge des Düsentyps während des Betriebes mit Dampf zu umhüllen, ist gemäß der Erfindung eine Zentrifugenbauart entwickelt worden, welche ein im wesentlichen dampfdichtes Gehäuse und eine Vorrichtung hat, um die Einführung von Dampf, wie z. B. Wasserdämpf, welcher von einem Dampferzeuger geliefert wird, in das Zentrifugengehäuse zu bewirken.

Um das in Fig. 1 gezeigte Gehäuse 14 dampfdicht zu machen, sind zwischen den aufeinanderliegenden Flanschen der Gehäuseteile 20, 22 und 24 nicht dargestellte Abdichtungen angeordnet. Fernerhin befindet sich zwischen der Welle 12 und dem diese unmittelbar umgebenden Gehäuseteil 20 ein umlaufendes Abdichtungselement 90. Das Abdichtungselement 90 ist in Fig. 2 in Form einer Labyrinthdichtung schematisch dargestellt. Bei dieser wechseln ringförmige, auf der Welle 12 sitzende Scheiben^i mit ringförmigen, mit dem Gehäuse 14 verbundenen Scheiben 92 ab. Eine von einem nicht dargestellten Dampferzeuger kommende Leitung 93 dient zum Einleiten von Dampf in die Mitte der Labyrinthdichtung, um so einen Durchtritt von Luft aus der Atmosphäre durch das Gehäuse 14 längs der Welle 12 zu verhindern. Im Betrieb kann durch die Leitung 93 so viel Dampf zugeführt werden, daß eine gewisse Menge durch das Spiel am Umfang der Welle 12 sichtbar aus der Dichtung austreten kann, woran dann zu erkennen ist, daß durch das Wellenspiel keine Luft eintritt.

Eine ein Agglomerierungsmittel zuführende Leitung 94 mündet nach unten in den Raum zwischen dem rohrförmigen Teil 58 und der Welle 12 unterhalb der Labyrinthdichtung 90. Auf diese Weise kann ein Agglomerierungsmittel dem abwärts durch die Kammer 60 wandernden Speisematerial zugegeben werden, wenn bei dessen Behandlung zur Erleichterung der Trennarbeit Agglomerierungsmittel von Nutzen sind. Der größere Teil des durch die Leitung 93 eingeleiteten Dampfes strömt durch den unteren Teil der Labyrinthdichtung 90 längs der Welle 12 innerhalb des Rohres 58 in das Gehäuse 14. Der auf diese Weise in das Gehäuse 14 eintretende Dampf hilft auch bei der .Weiterbeförderung des Agglomerierungsmittels mit, wenn ein solches Verwendung findet, und erleichtert so den Transport des Agglomerierungsmittels nach unten längs der Welle zu dem Rotor, wo das Mittel mit dem Speisematerial vermischt wird, das durch den Kanal 54 am unteren Ende des rohrförmigen Teiles 58 eintritt.

Zweckmäßigerweise wird Dampf in das Gehäuse 14 auch an anderen Stellen eingeleitet, um durch eine Mehrzahl von Dampfleitungen, welche an in Abstand voneinander befindlichen Stellen durch die Wände des Gehäuses 14 hindurch in dieses einmünden, eine vollständige Umhüllung des Rotors mit Dampf zu sichern. Es hat sich gezeigt, daß eine angemessene Verteilung des Dampfes und Einhüllung des Rotors durch Leitungen 95 erzielt werden kann, welche im gleichen Winkelabstand rund um den Gehäuseteil 20 verteilt sind und Dampf in die spiralförmige, den Oberstrom empfangende Kammer 26 liefern, fernerhin durch von in gleichem Winkelabstand voneinander über den Umfang des Gehäuses 14 verteilten und in dieses durch die spiralförmige, den Oberstrom empfangende Kammer 26 und durch ' die spiralförmige, den Unterstrom empfangende Kammer 28 einmündende Leitungen 96 und schließlich durch Leitungen 97, welche unterhalb des Unterstromes der spiralförmigen Kammer 28 und in gleichem Winkelabstand um die Achse des Gehäuses 14 in dieses einmünden. Dadurch wird dann bei der dargestellten Zentrifuge die Schaumbildung verhindert. Selbstverständlich kann sich die Dampfeinleitung mit der Zentrifugenbauart und auch mit den zu behandelnden Stoffen ändern.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung von Stoffen, welche lösliche, in der Hitze koagulierbare Substanzen enthalten, wie beispielsweise bei der erfindungsgemäßen Konzentration \^ron Gluten, kann die Temperatur des Dampfes so hoch gehalten werden, daß ein Koagulieren solcher löslicher Bestandteile ohne wesentliche Beeinträchtigung des Endproduktes eintritt. Auf diese Weise werden die Trennwirkung und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter verbessert.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zum durch Zentrifugieren bewirkten Trennen der Bestandteile eines flüssigen Materials, ,von dessen Bestandteilen wenigstens einer einen schaumbildenden Stoff enthält,

   unter Verwendung einer Zentrifuge mit mehreren Auslaßöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugenrotor und das flüssige Material während des Betriebes mit einem- die Schaumbildung verhindernden, in dem schaumbildenden Stoff kondensierbaren Dampf umhüllt werden.
2. 2. Verfahren' nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umhüllung des Zentrifugenrotors Wasserdampf verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrifuge der Düsenbauart mit Rücklauf eines Unterstromanteiles zum Rotor Verwendung findet und die Schaumbildung innerhalb der Zentrifuge durch Verdrängung im wesentlichen des gesamten blasenbildenden Gases aus der Zentrifuge durch Einleiten von in der Flüssigkeit des Speisematerials kondensierbarem Dampf verhindert

   ao wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gasverdrängende Dampf aus einem verdampften Bestandteil des Speisematerials besteht.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Dampf ein Agglomerierungsmittel in die Zentrifuge eingeleitet wird.
6. 6. Zentrifuge zur Ausführung des Verfahrens nach einem- der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Rotor auf einer lotrechten Antriebswelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle und dem Gehäuse eine Labyrinthdichtung vorgesehen und Einrichtungen (93) vorhanden sind, um einen Teil des dem Gehäuse zugeführten Dampfes an einer Stelle zwischen den Enden der Labyrinthdichtung einzuführen.
7. 7. Zentrifuge nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Kanal (94) zum Einleiten eines Agglomerierungsmittels in das Gehäuse längs der Welle innerhalb der Labyrinthdichtung, so daß das Agglomerierungsmittel durch den Dampf dem Rotor zugefördert wird.
8. 8. Zentrifuge nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kanal zum Zuführen eines Agglomerierungsmittels, welcher die Welle umgibt und am unteren Ende innerhalb des Rotors eine Auslaßöffnung hat, während der Materialzuführungskanal (54) den Kanal zum Zuleiten des Agglomerierungsmittels umgibt und am unteren Ende innerhalb des Rotors ausmündet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 34019;
   französische Patentschrift Nr. 610 100;
   USA.-Patentschriften Nr. 744 503, 2 525 629, 559 453·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 620/125 9.56 (709 851/8 1.58)