EP3612312A2 - Fliehkraftabschneider - Google Patents

Fliehkraftabschneider

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Publication number
EP3612312A2
EP3612312A2 EP18734183.9A EP18734183A EP3612312A2 EP 3612312 A2 EP3612312 A2 EP 3612312A2 EP 18734183 A EP18734183 A EP 18734183A EP 3612312 A2 EP3612312 A2 EP 3612312A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
centrifugal separator
separator according
central
wall
section
Prior art date
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Granted
Application number
EP18734183.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3612312B1 (de
Inventor
Sebastian Porkert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecofario GmbH
Original Assignee
Ecofario GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecofario GmbH filed Critical Ecofario GmbH
Priority to PL18734183T priority Critical patent/PL3612312T3/pl
Publication of EP3612312A2 publication Critical patent/EP3612312A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3612312B1 publication Critical patent/EP3612312B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/107—Cores; Devices for inducing an air-core in hydrocyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations
    • B04C5/181—Bulkheads or central bodies in the discharge opening

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal separator for separating at least two phases of a fluid, as well as an injection mold for r producing a basic housing, an expansion chamber and / or a stabilizer of a centrifugal separator, and a use of centrifugal force separator according to the invention for Trennu ng at least two phases of a fluid.
  • Liquids, solids or gases are often contaminated by impurities which differ in their density from the medium to be cleaned.
  • These impurities can be, for example:
  • Microplastic particles and / or light and / or heavy particles in liquid fluids to be generally cleaned are provided;
  • microplastic particles make up a significant proportion of the total pollution in the affected waters.
  • Wastewater treatment plants from active or passive plastic processing industries into the waters are one of these industries.
  • plastic is a companion material of the used paper to be processed. Although this is sorted out in the process of pulp processing for the most part, but it gets a significant fraction, which is comminuted via the process steps, into the process water and then into the sewage treatment plants of the industrial companies.
  • Microplastic particles as well as their size, reflects the special problem, which means that the removal of the microplastic particles is not or not sufficiently possible by conventional clarification of waste water. This is done in a standardized manner using the principles of coarse cleaning, biological decomposition, flotation, sedimentation and fine particle filtering. Due to the existing disadvantages and the high process engineering
  • Centrifugal separators also play a role in the cleaning of process water and pulp suspensions in the paper industry.
  • the paper quality and process stability defining process step the removal of so-called light dirt.
  • This consists in its main fractions from Kleinstplastikteilchen (PE, PP and foamed polystyrene packaging residues) and from hotmelt particles and waxes.
  • Light dirt with its specific density below the water has so far been removed from the pulp suspension by the use of the Reverse-Cleaner centrifugal separator.
  • the commonly used reverse-cleaners show significant disadvantages in terms of deposition efficiency and runtime efficiency, which leads to direct financial losses due to produc tion loss or reduced paper quality.
  • Reverse-cleaners are able to use substances based on their density Separate, which allows a separation of said plastic particles from the paper fibers to a certain but usually unsatisfactory separation efficiency.
  • the reverse-cleaners can not sufficiently remove microplastic particles, since the particles have too low a density difference to water, as well as a too small particle size.
  • Producing good such as paper, cardboard
  • process engineering problems such as, for example, damage to pumps, compressors or similar aggregates by unwanted impurities.
  • process engineering problems such as, for example, damage to pumps, compressors or similar aggregates by unwanted impurities.
  • it can bring ecological economic consequences, since the removal of the impurities condition for compliance
  • Wastewater treatment plants biomass in waste water, chemical oxygen demand
  • COD Biochemical Oxygen Demand
  • POP Persistent Organic Impurities
  • AOX Adsorbable Organically-bound Halogens
  • centrifugal separators The state of the art in centrifugal separators is generally defined by the same basic design. This is characterized by a mostly cone-shaped reason grosrper, which has no less than three inflows and outflows. The inlet is located
  • the introduced fluid to be treated is introduced at the top of the cone mostly tangentially and thus into a
  • Flow path causes a free flow reversal, which leads to an upward movement of a partial flow in the center of the (spiral) Kreisströmu ng of the fluid (vortex).
  • This partial flow which is characterized by a relatively low Belastu ng to specifically higher density. Mass is characterized heavier impurities, is in the top of the
  • Centrifugal separator discharged centrally.
  • the enriched with specific mass heavier particles fraction is discharged at the tapered end of the centrifugal separator. Separation into components of different densities occurs in the centrifugal separator via the centrifugal forces induced by the rotation. The higher the centrifugal forces, the higher the Selectivity.
  • the prior art defined in this long-known technology a variety of different Whyu ngsève the centrifugal force.
  • the unrestricted commonality regardless of how the general design of centrifugal separators was modified, is due to the free flow reversal in the vortex interior.
  • centrifugal separators Disadvantages in known centrifugal separators are based in particular on the free flow reversal in the vortex interior resulting from the structural conditions. Since the position and intensity of the flow reversal, and thus the efficiency of the separation efficiency to a significant extent depends on the structural and procedural conditions, the classic design of the centrifugal separator is reason for their sensitivity to the change of external factors (eg. Acceptance reject ratios, pressure differences, viscosity of the medium, degree of contamination). This also causes disadvantageous different flow conditions in the vortex, so that an increased selectivity in the separation of phases of a fluid and thus an increased efficiency of the separation of phases of a fluid is absent. The disadvantage is therefore also the lack of ability to dynamically adapt to situational conditions, in particular changes in the given external conditions.
  • acceptedance reject ratios e.g. Acceptance reject ratios, pressure differences, viscosity of the medium, degree of contamination.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages known in the prior art.
  • centrifugal separator according to the invention according to claim 1.
  • Preferred embodiments of the centrifugal separator are the subject of the dependent claims.
  • the centrifugal separator according to the invention for separating at least two phases of a fluid has a basic housing through which the fluid can flow in a substantially spiral manner, which has a separation chamber with an upper and a lower end, the upper and lower ends each having a wall, and a central axis extending between the two ends, and further comprising a central deposition tube disposed in the conical separation chamber, concentric with the central axis of the base housing, having a substantially cylindrical wall, an inner cross-sectional surface, a first surface profile, and an inner surface Cross-section facing away from the surface having a second surface profile.
  • the centrifugal separator according to the invention is characterized in that the base housing at the upper end of a head portion with an inner radius and at least one in
  • Substantially tangentially mounted inlet opening for the fluid as well as having at least one devisfr forceauslassö réelle with a cross section, and at the u nterend at least one expansion chamber and at least one Schwerfr forcingauslassö réelle.
  • Separation chamber in the direction of the lower end at least partially tapered, preferably tapered in a gradual sequence with constant cone angle ⁇ .
  • any flowable, ie solid, gaseous and / or liquid medium is to be subsumed under the term "fluid.”
  • liquid, gaseous and / or solids-based fluids having at least two phases, in particular those whose phases are in contact with each other differ in their density.
  • the term "fluid having at least two phases” is to be understood as meaning any heterogeneous mixture of at least two phases whose phases can be at least partially separated from one another by physical or physicochemical processes, or combinations thereof in particular mixtures of at least two immiscible liquid or solid phases or mixtures of at least one gaseous phase and at least one liquid phase and / or at least one solid phase, and at least one liquid phase and at least one solid phase, and aerosols, Mixtures of solids, foams, emulsions, dispersions or suspensions, including multiphase mixtures, where one or more substances (secondary phase (s)) are present distributed in another continuous substance (main medium, continuous phase).
  • phase is to be understood as a spatial region within which no sudden change of any physical quantity occurs and the chemical composition is homogeneous
  • the phases may all or partially or individually be liquid and / or solid
  • the phases may be starting materials or products or both.
  • phase separation of a fluid having at least two phases may hereby be, for example:
  • liquid from liquid for example separation of the phases of a two-phase emulsion
  • phase separation of a fluid can ostensibly serve to clean or clean a substance.
  • a liquid, solid or gaseous main stream of one phase can be freed of undesired substances of the other phase or of the other phases.
  • microplastics in the context of the present invention is any polymer
  • Plastic particles from a size less than about 5 mm to understand, with less than about 1 mm for the present invention are of particular interest ng.
  • the cone angle ⁇ according to the present situation is understood as a deviation from the central axis of the basic housing; In particular, positive and negative angles are understood by the cone angle. According to a preferred embodiment of the centrifugal separator according to the invention the cone angle ⁇ between about 0.1 to 5 °, preferably between about 0.2 to 3 ° and more preferably between about 0.5 to 1.5 °.
  • Centrifugal separator is the central Abscheidu ngsrohr in the course substantially continuously configured and extends substantially to the u nteren end of the separation chamber, with a gap between the central Abscheidungsrohr and the wall of the lower end is provided.
  • this process according to the invention forces the fluid to be treated to define the complete separation chamber in a spiral around the central separation and thereby suppress the formation of the central internal vortex typical of conventional centrifugal separators with its flow in the direction of central separation , This requires that it only in the area of the separation zone, the flow reversal in the context of
  • the separation processes are based not only on the basic principles of state-of-the-art centrifugal separators but on accelerated sedimentation and flotation induced by artificial gravity with defined skimming of light fraction phase (s) in the deposition zone.
  • the separation processes become Abscheid ung of impurities of the technology known in the art of centrifugal separators significantly improved. Consequently, in the context of the invention, the
  • the basic principle of the centrifugal separator is included and innovatively modified, so as to be capable of producing even very clean media, which can only be removed by low foreign matter loads, and
  • Foreign substances with specific densities are close to that of the medium to be cleaned charged, to be able to further clean them and the foreign substances at least partially remove, for example.
  • This area of wall of the central deposition tube with perforations defines the separation zone of the light fraction from the heavy fraction of the introduced fluidizing fluid.
  • the perforations are substantially rectilinear, zigzag-shaped,
  • the light fraction of the fluid used is withdrawn centrally from its heavy fraction.
  • the modification according to the invention of the size, shape, positional arrangement and distribution of the perforations on the wall of the central deposition tube in the region of the lower half of the basic housing allows individual control of the extraction parameters for a particular light fraction. For example. For example, the speed of deposition and / or, in the case of a solid light fraction, the size of exclusion for a solid light fraction to be separated can be adjusted accordingly.
  • the surface structure of the central deposition tube can also be modified according to the invention. Overall, the efficiency of the centrifugal separator can be adjusted very individualized and situationally adjustable by the mentioned possible modifications.
  • the perforation surface of the wall of the central Abscheidu ngsrohr s between about 50 to 1000%, preferably between about 75 to 200% and more preferably between about 100 to 150% based on the cross section of the light fraction outlet ,
  • Centrifugal force separator is the first and / or the second surface profile of the cylindrical wall of the central Abscheidungsrohrs substantially wavy, stepped or ramped designed, and / or mixed forms of the aforementioned surface profiles.
  • Centrifugal separator is on the inner wall of the base housing at the top of the
  • Centrifugal separator a concentrically around the central Abscheidungsrohr extending flow guide element with a sectionally substantially concave
  • helical section in the sense of the invention is to be understood to mean a helically or helically wound section.
  • the design of the flow guide element allows the volumetric flow of the fluid to flow tangentially into the upper end of the essentially conical separation chamber with the least possible flow losses and to set it in rotation.
  • the flow in the interior of the upper end of the separation chamber is deflected by the Strömungs Stahl hru ngselement so that it can rotate from the first substantially spiral Umd reindeer with approximately constant radial and vertical velocities, around the central Abborgungsrohr in the direction of the deposition zone.
  • the helical section has a roll-off angle ⁇ which is between about 3 to 23 °, preferably between about 8 to 18 ° and particularly preferably between about 12 to 14 °.
  • roll-off angle is intended to mean the angle of the
  • Inner wall surface of the helical section to the central axis are understood, in which an introduced fluid unrolls independently.
  • the helical section has a radial angle of inclination ⁇ which is approximately +/- 15 °, preferably approximately +/- 5 ° and particularly preferably approximately +/- 1 °.
  • angle of inclination is understood to mean the angle between the inner wall surface of the basic housing and a plane perpendicularly intersecting the central axis.
  • the ratio of the side radius r of the flow guide element to the inner radius of the head section is between approx. 0.04 and 1.00, preferably between approx. 0.1 and 0.7 and particularly preferably between approx 0.2 to 0.4.
  • the term "inner radius” is understood to mean the radius which differs from the
  • Centrifugal separator is the central Abscheidungsrohr releasably connected to thechtfr forcingauslassö réelle the head portion, in particular locked and / or releasably connected to the bottom of the expansion chamber, in particular locked.
  • the expansion chamber is at least two parts, in particular designed in several parts.
  • the center deposition pipe and the head portion are made as one component.
  • the receptacle of the central deposition tube can be released via a compressed / glued version of the central deposition tube.
  • U nter "releasably connected" within the meaning of the present invention is intended to be understood nb non-destructive nb, in particular that at least two components, preferably directly and / or non-positively locked or jammed together, such as by a Flanschverbindu ng, a connector and / or on another, a person skilled in the sense appearing manner.
  • Centrifugal separator releasably connected, for example, be flanged by means of a clamp.
  • the separation chamber and the head portion with inlet port are made as one component.
  • the at least one heavy fraction outlet opening is attached substantially tangentially.
  • Centrifugal separator is the expansion chamber to the lower end of the conical
  • Separation chamber releasably connected, in particular locked.
  • Centrifugal separator is provided at the transition of the separation chamber and expansion chamber, a stabilizer for stabilizing the central Abscheidungsrohrs and Druchhnekontrolle the light fraction.
  • the stabilizer has a first and a second annular and substantially concentric wall, each having an inner cross-section facing away from the inner cross-section surface, both walls are arranged in a plane and wherein the first and / or the second wall fins having a fin angle ⁇ , wherein the stabilizer via a radially extending Perforation on the inside of the base housing of the lower end releasably connected to the base housing, in particular locked and the first wall is locked at least with a portion of the central pin of the expansion chamber.
  • Centrifugal separator the first wall, the lamellae on the surface facing away from the inner cross-section surface and the second Wandu ng the lamellae on the inner cross-section facing surface.
  • Centrifugal separator touch the lamellae of the first wall and the lamellae of the second wall substantially not.
  • Centrifugal separator form the lamellae of the first wall and the lamellae of the second wall with each other at least one bridge connection.
  • the at least one bridged connection is seamless or, in another preferred embodiment, non-seamless with the formation of a gap, or according to another preferred embodiment with at least two bridge connections formed the bridge compounds are mixed forms seamless and non-seamless bridge connections.
  • Centrifugal separator the lamellae of the first wall and the lamellae of the second wall are rotatably mounted, for example.
  • a hinge or hinge storage By a hinge or hinge storage.
  • the fin angle ⁇ can be flexibly adapted to the respective process requirements.
  • Flieh kraftabscheiders are for receiving the slats of the first wall and the slats of the second wall guide elements, which are designed for displacement of the slats along a circular Verschu bwegs provided.
  • the guide elements are guide rails and the lamellae are rotatably mounted on the guide rail so as to be rotatable about an axis of rotation sen to the displacement path.
  • the fin angle ⁇ can be flexibly adapted to the respective process requirements.
  • Centrifugal separator is the fin angle ⁇ between about 5 to 90 °, preferably between about 20 to 70 ° and more preferably between about 30 to 60 °.
  • Lamellae which form seamless bridge connections with each other, have the same slat angle ⁇ .
  • Slats that form non-seamless bridge joints with each other may have the same or different slat angle ⁇ .
  • the stabilizer serves, on the one hand, to stabilize the central separation tube as well as the region of the jerk and thus of the vortex rotation control and, on the other hand, to control the flow of light fraction.
  • the vertical velocity component and thus the residence time and rotation intensity in the centrifugal separator can be controlled.
  • the slat angle ⁇ which is defined by the angle between the horizontal plane and the pitch of the slats.
  • Microplastic load average particle size and density, or different
  • Fluid properties This can be done either by replacing a stabilizer with slats with fixed lamella angle ⁇ or in the presence of
  • flow strips may be arranged in sections on the inner wall of the separation chamber and / or on the inner cross-section facing surface of the cylindrical wall of the central deposition tube.
  • the possibility of influencing the flow given by means of a stabilizer can also be reduced Design and installation will be addressed to changing process conditions. So this type of centrifugal separator is customizable to a high degree, which leads to a significant expansion of the field of application.
  • the central Abscheidungsrohr is designed expandable in the region of its lower end in the direction of separation chamber.
  • the cross section of the central Abscheidungsrohrs according to the applied external conditions to fit.
  • Corresponding modifications to make a tube expandable are known to those skilled in the art and are hereby incorporated. These include, for example, the use of limited stretch materials for the central deposition tube and / or material recesses extending parallel to the central axis in the central ablation tube.
  • the central deposition tube can be designed to be two or more parts. Such modifications serve in addition to the stabilizer for controlling / adjusting the applied pressure in the separation cone (pressure compensation) and thus the stabilization of the flow conditions in the central Abscheidungsrohrs and
  • Light fraction flow control for example to increase the separation efficiency.
  • Abscheidungsrohrs may be provided in the lower region of the central Abscheidungsrohrs a suitable fastening means to the U mfangsbeschränku ng, such as, for example, a flange which connects the central pin of the expansion chamber with the central Abscheidungsrohr.
  • Centrifugal separator, the base housing, the expansion chamber and the stabilizer are at least partially made of an abrasion resistant material selected from a group consisting of hard rubber, polyamide, fiber reinforced polyamide, polyethylene, polypropylene, polyoxymethylene, polyethylene terephthalate, fiber reinforced
  • the base housing, the expansion chamber and the stabilizer are at least partially made of an abrasion-resistant plastic, preferably polyamide. Due to its thermoplastic properties, this can be shaped very well by injection molding and additionally modified by thermal welding. It is thus possible to produce the affected components in a simple and cost-effective manner.
  • Centrifugal separator is the central Abscheidu ngsrohr made of a highly stable and / or abrasion resistant material, in particular steel, stainless steel, aluminum, magnesium, fiber reinforced polyamide, fiber reinforced polyethylene terephthalate,
  • Polyetheretherketone Polyetherimide, polyphenylsulfide and / or mixtures thereof.
  • Centrifugal separator the centrifugal separator is made in several parts.
  • Another object of the present invention is an injection mold for manufacturing a basic housing, an expansion chamber and / or a stabilizer of the present invention. This allows a simple manufacturing of a device according to the invention
  • Centrifugal separator or the (central) components of a centrifugal separator.
  • This allows, inter alia, a maintenance and inspection friendliness of the mounted centrifugal separator.
  • the centrifugal separator a single individual can be mounted and maintained with minimal tooling and low prior knowledge.
  • the present invention further includes the use of the centrifugal force separator according to the invention for separating at least two phases of a fluid.
  • FIG. 1 to 5 a top view and two side views of a preferred embodiment of a centrifugal separator, and in each case a cross section through the base housing of a centrifugal separator according to the invention from FIG. 2 and FIG. 4.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional section through the u ntere end of the separation chamber of FIG .. 3
  • Fig. 8 shows a cross section through the base housing of an inventive
  • 9 to 14 are a plan view of the underside, a side view, three radial longitudinal sections, one with an inclination angle ⁇ (Fig. 13), and one to the longitudinal section of FIG. 11th
  • Rolling angle ß (Fig. 14) on a preferred embodiment of a head portion of a centrifugal separator according to the invention with Strömungs col hru ngselement. 15 to 17 two plan views with slat angle ⁇ (FIG. 15) or tangential sectional plane (FIG. 16) and a tangential longitudinal section (FIG. 17) of a first preferred embodiment of a stabilizer according to the invention of the invention
  • 18 to 20 are a perspective view and a plan view, and a tangential longitudinal section through a second preferred embodiment of an inventive
  • FIG. 22 shows a three-stage cascade diagram of the centrifugal separator according to the invention according to a preferred embodiment for the use of the centrifugal separator in the industrial treatment of wastewater contaminated with microplastic particles (sewage treatment plant).
  • Figures 1 to 5 show a plan view in Figure 1 and each have a side view in Figures 2 and 4 on a preferred embodiment of a centrifugal separator, and one each
  • FIGS. 1, 2 and 4 show the basic housing with inlet opening, head section, central deposition tube, central axis, light fraction outlet opening,
  • FIGS. 3 and 4 show to the elements of Figu Ren 1, 2 and 4, in addition, the separation chamber with upper and u nterem end, the head portion with flow guide element, the expansion chamber, the central
  • Deposition tube with rectilinear perforations and the wall of the lower end of the separation chamber.
  • the central deposition tube is flanged in the head section. With the head section (with inlet opening) of the centrifugal separator is the conical
  • Separation chamber by means of clamp (not shown here) flanged. You can also see the central pin and the arranged around the central pin stabilizer with Slats (not shown). At the lower end of the separation chamber, the expansion chamber is flanged with a clamp (not shown).
  • FIG. 6 discloses an enlarged cross-sectional section through the lower end of the separation chamber of FIG. 3.
  • the expansion chamber bounded by the central pin can be seen.
  • the stabilizer is disposed about the central pin and eigeklemmt via a radially extending perforation on the nenseite in the base housing of the lower end to the base housing and thereby detachably connected and the first wall of the
  • Stabilizer is clamped with a portion of the central pin of the expansion chamber and locked dadu rch.
  • FIG. 7 shows an exploded view of a
  • centrifugal separator according to the invention. It can be seen that the centrifugal separator modu lar is composed of individual components. At the transition from a conical separation chamber to the expansion chamber, a stabilizer equipped with lamellae can be clamped.
  • FIGS. 9 to 14 each show a plan view of the lower side in FIG. 9 and a side view in FIG. 10, as well as a respective radial longitudinal section in FIG. 11 and an enlarged detailed detail (F) from FIG. 11 with lateral radius r in FIG a radial longitudinal section in Figure 13 with angle of inclination ⁇ and a respective radial longitudinal section in Figure 14 with marked vertical sectional plane (HH) and shown view of the vertical longitudinal section with rolling angle ß a preferred embodiment of a head portion of an inventive
  • Figures 15 to 17 each show a plan view with Lamellenwin angle ⁇ in Fig. 15 and a plan view with tangential sectional plane shown (AA) in Fig. 16, and a tangential longitudinal section in Figure 16 by a first preferred embodiment of a stabilizer according to the invention centrifugal separator. It can be seen that the lamellae of the first and second walls touch to form bridges.
  • Figures 18 to 20 each show a perspective view in Figure 18 and a plan view in Figure 19 and a tangential longitudinal section in Figure 20 by a second preferred
  • Embodiment of a stabilizer according to the invention of the erfindu ngsdorfen Centrifugal separator To see that the lamellae of the first and second walls do not substantially touch.
  • Fig. 21 is a schematic representation of the general deposition principle using a preferred embodiment of the centrifugal separator of the present invention with a continuous central separation tube.
  • the introduced multiphase fluid enters the top section of the separation chamber via the inlet port. After the radial introduction of the fluid into the downwardly tapered conus with constant cone angle ⁇ this is thereby set in rotation. As you gravitate and displace, the fluid now moves in circular orbits towards the cone tip. There, the light phase of the fluid is centric in the region of the deposition zone through the perforations of the central
  • the potential of the centrifugal separator according to the invention was analyzed and evaluated on the one hand as a functional flow machine and on the other hand as a separator on the basis of extensive simulations under consideration of various boundary conditions (in the present case with the example of microplastic loaded water).
  • a single centrifugal separator should be able to process volume flows between 500 l / min and 700 l / min.
  • Centrifugal pumps with a respective power of 800 W and a capacity of 60 l / min installed at 0 meter head in series.
  • the running jerk and the discharge pressures to and from the prototype of the centrifugal separator according to the invention were manually adjusted by means of ball valves.
  • the volume flows of the light and heavy fractions were determined gravimetrically and thus the respective volume flow at the inlet was calculated.
  • the microplastic precipitation efficiency was also determined gravimetrically via microfiltration of the light and weight microfiltration
  • H D-PE with a density very close to that of water is considered to be the hardest-to-remove particle class in the evaluation.
  • FIG. 23 shows the values of the intake volume in l / min
  • FIG. 24 shows the values of the light fraction volume in l / min
  • FIG. 25 shows the values of
  • FIG. 26 shows the light fraction load in%
  • FIG. 27 the heavy fraction load in% with applied inlet slits of 1 to 2.5 bar
  • FIG. 28 the heavy fraction load in% with high applied inlet pressures of up to 7 bar.
  • Test results show that it is advantageous to reduce the microplastic load in the heavy fraction by ⁇ 16%, even with an inlet pressure of 1.0 bar and a resulting volume flow of ⁇ 21 l / min; when using the 32.5 ° stabilizer .
  • the use of the 32.5 ° stabilizer advantageously achieves a reduction in microplastic load in the heavy fraction of -23% .
  • an increase of the slat angle ⁇ from 32.5 ° to 70 ° generally leads to a reduction of the microplastic separation effect in the heavy fraction.
  • This value the so-called X50, which is defined by the particle size which is separated by 50%, can be used to determine the efficiency of the centrifugal separator according to the invention in comparison to show conventional centrifugal separators. This comparison results in a separation efficiency of the centrifugal separator which, measured by the X50 value, is 56 times higher than that of a comparable conventional centrifugal separator.
  • Diameter LF outlet DLF 0.006 m
  • Diameter of septa cone D C 0.016 m
  • Diameter inlet DE 0.012 m
  • the Aus col hru ngsbeispiel according to Figure 22 shows a d reistufiges cascade diagram for using the centrifugal separator according to the invention in the industrial treatment of loaded with micro plastic particles wastewater (WWTP). It shows:
  • the resulting, purified fraction of the first stage which contains only 1% -3% of the initial microplastic concentration, can then be recycled to the industrial process water, a chemical treatment stage or the receiving water (surface water or sea) for the application in sewage treatment plants ,
  • the further purification takes place here via the illustrated full cascade, in which the respective light fraction of the next stage is fed, with their heavy fraction is re-switched m before the previous stages.
  • Concentration of the microplastic with a simultaneous decrease of the volume flow Concentration of the microplastic with a simultaneous decrease of the volume flow.
  • the regulation and control of the operating mode runs fully automated within this process via an integrated process control system (eg Siemens PCS 7).
  • Siemens PCS 7 integrated process control system
  • the maintenance and inspection friendliness of the centrifugal separator advantageously enables it to be mounted and maintained by a single individual with minimal tooling and low prior knowledge.
  • the subsequent step after microplastic separation is disposal thereof via the available conditions of the respective sewage treatment plant or water treatment plant respective industrial enterprise.
  • Today, almost all sewage treatment plants with sewage sludge dewatering stages for reducing the volume of sewage sludge produced, as well as all companies of the paper industry are equipped with reject presses.
  • the reject of the process which has a maximum concentration of microplastics, should either be sent to the sewage sludge or rejects of the paper industry prior to these dewatering stages.
  • the sewage sludge or reject during drainage can serve as a filter medium and thus retain the microplastic in the filter cake.
  • the wastewater treatment or process water is fed, there is no danger that the microplastics will be released by this process again.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider zur Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids, mit einem von dem Fluid im Wesentlichen spiralförmig durchströmbaren Grundgehäuse, das eine Separationskammer mit einem oberen und einem unteren Ende, wobei das obere und untere Ende jeweils eine Wandung aufweisen, und eine zentrale Achse, die sich zwischen den beiden Enden erstreckt, aufweist und weiterhin ein in der konischen Separationskammer, konzentrisch zur zentralen Achse des Grundgehäuses angeordnetes zentrales Abscheidungsrohr mit einer im Wesentlichen zylindrischen Wandung mit einer dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche, mit einem ersten Oberflächenprofil und einer dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche, mit einem zweiten Oberflächenprofil aufweist. Der erfindungsgemäße Fliehkraftscheider zeichnet sich dadurch aus, dass das Grundgehäuse am oberen Ende ein Kopfabschnitt mit einem Innenradius und mit wenigstens einer im Wesentlichen tangential angebrachten Einlassöffnung für das Fluid, sowie wenigstens eine Leichtfraktionauslassöffnung mit einem Querschnitt aufweist, und am unteren Ende wenigstens eine Expansionskammer und wenigstens eine Schwerfraktionauslassöffnung aufweist. Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Separationskammer in Richtung des unteren Endes wenigstens abschnittsweise konisch, vorzugsweise in stufiger Abfolge mit stetem Konuswinkel α verjüngt.

Description

Fliehkraftabscheider
Dr.-Ing. Sebastian Porkert
Alpspitzstrasse 2, 82211 Breitbrunn a.A.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider zur Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids, sowie eine Spritzgussform zu r Herstellung eines Grundgehäuses, einer Expansionskammer und/oder eines Stabilisators eines Fliehkraftabscheiders, sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Flieh kraftabscheiders zur Trennu ng wenigstens zweier Phasen eines Fluids.
Flüssigkeiten, Feststoffe oder Gase sind häufig durch Verunreinigu ngen, welche sich in Ihrer Dichte vom zu reinigendem Medium u nterscheiden, belastet.
Diese Verunreinigu ngen können bspw. sein:
- Mikroplastikpartikel und/oder Leicht- und/oder Schwerteilchen in Kläranlagen, Prozess-/ und/oder Abwässern;
- Mikroplastikpartikel und/oder Leicht- und/oder Schwerteilchen in Salzwasser oder Brackwasser als Reinigungsstufe im Prozess der Desalinierung des salzhaltigen Wassers;
- Mikroplastikpartikel und/oder Leicht- und/oder Schwerteilchen in
Faserstoffsuspensionen und Prozesswässern der Papier- und Zellstoffindustrie;
- Mikroplastikpartikel und/oder Leicht- und/oder Schwerteilchen in generell zu reinigenden flüssigen Fluiden;
- Schwerteilchen in Gasgemischen (bspw. Aerosole, Stäube);
- Phasenhafte Verunreinigungen aus Erdöl, oder auch Erdölbestandteilen in verunreinigtem Wasser der Petrochemie. So haben diverse weltweit durchgeführte Untersuchungen gezeigt, dass sich Mikroplastik vermehrt in den Meeren und deren Sedimenten sowie in Flüssen und Binnengewässern anreichert. Dies fü hrt schon jetzt zu einer mikroplastikbedingten Belastung der nahezu kompletten aquatischen Flora und Fauna.
Das Problem der vorgefundenen Belastung ist dabei nicht die alleinige Präsenz der organismusfremden polymeren Partikel, sondern vielmehr die nachteiligen chemischen Eigenschaften dieser Partikel. Ihre materialbedingte Hyd rophobie sowie ihre hohe spezifische Oberfläche verleihen ihnen die Fähigkeit organische Schadstoffe, Medikamentenrückstände und Hormone aller Art zu adsorbieren. Dadurch dienen sie als optimale Träger potentiell für den Menschen gesu ndheitsschäd licher Substanzen. Unter anderem können sich auch kanzerogene Schadstoffe anlagern, welche über die Nahrungskette in den Menschen gelangen können und in Verdacht stehen Erkrankungen beim Menschen hervorzu rufen.
Die Separation von Mikroplastikpartikeln aus industriellen Prozesswässern und Abwässern von Kläranlagen stellt die aktuelle Verfahrenstechnik vor eine bisher kau m zu lösende Aufgabe. Durch Betrieb von Kläranlagen ist es zwar möglich, die Mikroplastikfraktionen mit einer Größe >lmm zu einem sehr hohen Ausmaß durch die vorhandenen Prozesse abzuscheiden, jedoch stehen diese bei Teilchen mit einer Größe <lmm vor einer offenbar unlösbaren Aufgabe. So haben diverse U ntersuchungen gezeigt, dass ein erheblicher Anteil der Mikroplastikfracht in Flüssen, Seen und Meeren aus Fraktionen besteht, die nicht von Kläranlagen aus dem Abwasser vor dessen Einleitung abgeschieden werden konnten. Zu diesen Fraktionen zählen vor allem Abrasivpartikel aus Kosmetikprodukten und Wasch mitte In sowie mikroskopische Fasern aus Synthetikkleidung, die durch den Waschprozess in das Abwasser gelangen. Mikroplastikpartikel machen hierbei einen erheblichen Anteil der Gesamtbelastung in den betroffenen Gewässern aus.
Diese gelangen nach dem heutigen Ken ntnisstand zum Großteil über die
Abwasseraufbereitungsan lagen von aktiv oder passiv plastikverarbeitenden Industrien in die Gewässer. Eine dieser Industrien ist die altpapierverarbeitende Sparte der Papierindustrie. Hier ist Plastik ein Begleitstoff des zu verarbeitenden Altpapiers. Dieses wird zwar im Prozess der Faserstoffaufbereitung zum Großteil aussortiert, es gelangt aber eine erhebliche Fraktion, welche über die Prozessschritte zerkleinert wird, in das Prozesswasser und anschließend in die Kläranlagen der Industriebetriebe.
Die Besonderheit der angetroffenen Mikroplastikpartikel liegt neben ihrer Größe in ihrer spezifischen Dichte, welche ohne Ausnahme sehr nahe an der Dichte von Wasser liegt. Der geringe spezifische Dichteunterschied von Wasser u nd den sich darin befindenden
Mikroplastikpartikeln, sowie deren Größe, spiegelt die besondere Problematik wider, die dazu führt, dass durch konventionelle Klärung von Abwässern die Entfernung der Mikroplastikpartikel nicht oder nicht ausreichend möglich ist. Hierbei wird standardisiert mittels der Prinzipien von Grobreinigung, biologischer Zersetzung, Flotation, Sedimentation und Feinteilfilterung gearbeitet. Aufgrund der existierenden Nachteile und der hohen prozesstechnischen
Komplexität dieser Filtrationsprozesse, ist die Abwasseraufbereitung dadurch sehr
kostenintensiv und somit nu r in seltenen Fällen lukrativ.
Zudem ergibt sich die verfahrenstechnische Limitation, dass diese filtermediumbasierten Prozesse ohnehin nur bei Verfahren angewandt werden können, bei denen die Gänze an Feststoffen aus dem Medium abfiltriert werden soll. Ist keine absolute Abscheidung, sondern eine Trennung oder Teiltrennung der Feststoffe anhand ihrer physikalischen Eigenschaften notwendig, so wie es bei der Abscheidung von Mikroplastik aus der Faserstoffsuspension im Rahmen der Papierherstellung gegeben ist, können diese Systeme nicht zum Einsatz kommen, da das Trenn kriterium dieser Stand der Technik Systeme nur über die Partikeldimensionen und nicht über ihr Material definiert ist.
Auch bei der Reinigu ng von Prozesswässern und Stoffsuspensionen in der Papierindustrie spielen daher Fliehkraftabscheider eine Rolle. Hier ist ein wichtiger, die Papierqualität und Prozessstabilität definierender Prozessschritt das Entfernen von so genanntem Leichtschmutz. Dieser besteht in seiner Hauptfraktionen aus Kleinstplastikteilchen (PE, PP und geschäumtes Polystyrol aus Verpackungsresten) sowie aus Hotmelt-Partikeln und Wachsen. Leichtschmutz mit seiner spezifischen Dichte u nterhalb der des Wassers wird bislang durch den Einsatz der Reverse-Cleaner-Fliehkraftabscheider aus der Stoffsuspension entfernt. Hierbei zeigen die gängig verwendeten Reverse-Cleaner deutliche Nachteile in Bezug auf Abscheideeffizienz und Laufzeitwirkungsgrad, was zu direkten finanziellen Einbußen durch Produ ktionsausfall oder verminderte Papierqualität führt. Reverse-Cleaner vermögen Stoffe anhand ihrer Dichte zu separieren, was eine Abtrennu ng der besagten Plastikteilchen von den Papierfasern zu einem gewissen aber meist nicht zufriedenstellenden Abscheidegrad ermöglicht. Die Reverse-Cleaner können aber Mikroplastikpartikel nicht hinreichend entfernen, da die Partikel einen zu geringen Dichteunterschied zu Wasser, sowie eine zu geringe Partikelgröße besitzen.
Die Anwesenheit dieser Verunreinigungen kann hierbei zur Wertminderung des zu
produzierenden Gutes (z.B. Papier, Karton) oder auch zu prozesstechnischen Problemen fü hren, wie bspw. Beschädigung von Pumpen, Kompressoren oder ähnlichen Aggregaten durch unerwünschte Verunreinigungen. Zudem kann es ökologisch bedingte ökonomische Folgen mit sich bringen, da die Entfernung der Verunreinigungen Bedingung zur Einhaltung von
Grenzwerten von Verunreinigungen sein kann (z.B. die Mikroplastikfracht in
Kläranlagenabwässern, Biomasse in Abwässern, Chemischer Sauerstoffbedarf
(CSB)/Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB), Persistente Organische Verunreinigungen (POP), Adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX)).
Der Stand der Technik bei Fliehkraftabscheidern definiert sich generell über einen gleichen Basisaufbau. Dieser zeichnet sich durch einen zumeist konusförmigen Grund kösrper aus, welcher über nicht weniger als drei Zu- und Abläufe verfügt. Der Zulauf befindet sich
üblicherweise tangential am weiteren Ende des Konus. Der Ablauf der Leichtfraktion liegt üblicherweise zentral an der Oberseite des Konus, wobei der Ablauf der Schwerfraktion am verjüngten Ende des Konus liegt. Während des Betriebes wird das zu behandelnde eingefü hrte Fluid an der Oberseite des Konus zumeist tangential eingeleitet und somit in eine
Rotationsströmung versetzt. Diese Strömu ng arbeitet sich getrieben vom stetigen Zulauf in einer Spirale nach unten vor bis hin zu m verjü ngten Ende des Fliehkraftabscheiders. Dieser
Strömungsverlauf bewirkt eine freie Strömungsumkehr, welche zu einer Aufwärtsbewegung eines Teilstromes im Zentrum der (spiralförmigen) Kreisströmu ng des Fluids (Vortex) führt. Dieser Teilstrom, der sich durch eine verhältnismäßig geringe Belastu ng an spezifisch höher dichten d.h. Masse schwereren Verunreinigungen auszeichnet, wird im Oberteil des
Fliehkraftabscheiders zentral ausgetragen. Die mit spezifisch Masse schwereren Teilchen angereicherte Fraktion wird am verjü ngten Ende des Fliehkraftabscheiders ausgetragen. Die Separation in Bestandteile unterschied licher Dichten geschieht im Fliehkraftabscheider über die durch die Rotation induzierten Fliehkräfte. Dabei gilt, je höher die Fliehkräfte, desto höher die Trennschärfe. Der Stand der Technik definiert bei dieser seit langem bekannten Technologie eine Vielzahl an unterschiedlichen Gestaltu ngsmöglichkeiten der Fliehkraftabscheider. Die uneingeschränkte Gemeinsamkeit bildet sich jedoch, egal wie der allgemeine Aufbau der Fliehkraftabscheider modifiziert wurde, über die freie Strömungsumkehr im Vortexinneren.
Nachteile bei bekannten Fliehkraftabscheidern beru hen insbesondere auf der sich durch die baulichen Gegebenheiten ergebenden freien Strömungsumkehr im Vortexinneren. Da Position und Intensität der Strömungsumkehr, u nd somit die Effizienz der Abscheidewirkung zu signifikantem Ausmaß von den baulichen, wie verfahrenstechnischen Bedingungen abhängt, ist die klassische Bauweise der Fliehkraftabscheider Grund für deren Sensibilität gegenü ber der Veränderung von äußeren Faktoren (bspw. Volumenströme, Einlauf-Akzept-Rejekt Verhältnisse, Druckdifferenzen, Viskosität des Mediums, Verschmutzungsgrad). Dies bedingt auch nachteilige verschiedenartige Strömungsverhältnisse im Vortex, so dass eine gesteigerte Trennschärfe bei der Trennung von Phasen eines Fluids und somit eine erhöhte Effizienz der Trennung von Phasen eines Fluids ausbleibt. Nachteilig ist also auch die mangelnde Fähigkeit sich dynamisch auf situative Gegebenheiten, insbesondere Änderungen der genannten äußeren Gegebenheiten anzupassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindu ng ist es, die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden.
Die vorstehende Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungsformen des Fliehkraftabscheiders sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider zur Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids, hat ein von dem Fluid im Wesentlichen spiralförmig durchströmbares Grundgehäuse, das eine Separationskammer mit einem oberen und einem unteren Ende, wobei das obere u nd untere Ende jeweils eine Wandung aufweisen, u nd eine zentrale Achse, die sich zwischen den beiden Enden erstreckt, aufweist und weiterhin ein in der konischen Separationskammer, konzentrisch zur zentralen Achse des Grundgehäuses angeordnetes zentrales Abscheidungsrohr mit einer im Wesentlichen zylindrischen Wandung, mit einer dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche, mit einem ersten Oberflächenprofil und einer dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche mit einem zweiten Oberflächenprofil aufweist. Der erfindungsgemäße Fliehkraftscheider zeichnet sich dadurch aus, dass das Grundgehäuse am oberen Ende einen Kopfabschnitt mit einem Innenradius und mit wenigstens einer im
Wesentlichen tangential angebrachten Einlassöffnung für das Fluid, sowie wenigstens eine Leichtfraktionauslassöffnung mit einem Querschnitt aufweist, und am u nteren Ende wenigstens eine Expansionskammer u nd wenigstens eine Schwerfraktionauslassöffnung aufweist.
Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider ist dadurch geken nzeichnet, dass sich die
Separationskammer in Richtung des unteren Endes wenigstens abschnittsweise konisch, vorzugsweise in stufiger Abfolge mit stetem Konuswinkel α verjüngt. Dadurch werden vorteilhaft die Strömu ngsverhältnisse im Vortex im Wesentlichen egalisiert. Hierdurch ist es möglich, höhere Zentrifugalkräfte anzulegen und weniger störende und nachteilige Strömungen zu bedingen.
Im Sinne der Erfindung soll unter„konisch" eine sich verengende Querschnittsfläche im
Wesentlichen senkrecht zu einer zentralen Achse verstanden werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll u nter„Fluid" jedes fließfähige, also feste, gasförmige und/oder flüssige Medium subsumiert werden. Daru nter fallen insbesondere flüssige, gasförmige und/oder feststoffbasierte Fluide mit wenigstens zwei Phasen, insbesondere solche Fluide deren Phasen sich in ihrer Rohdichte unterscheiden.
U nter„Fluid mit wenigstens zwei Phasen" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jedes heterogene Gemisch von wenigstens zwei Phasen zu verstehen, dessen Phasen durch physikalische oder physikalisch-chemische Verfahren, oder Kombinationen hiervon, zumindest teilweise voneinander getrennt werden kön nen. Hierunter sind insbesondere Mischungen von zumindest zwei nicht vollständig miteinander mischbaren flüssigen oder festen Phasen oder Mischungen von zumindest einer gasförmigen Phase u nd zumindest einer flüssigen Phase und/oder von zumindest einer festen Phase, sowie zumindest einer flüssigen Phase und von zumindest einer festen Phase, sowie Aerosole, Feststoffgemenge, Schäume, Emulsionen, Dispersionen oder Suspensionen zu verstehen. Darunter fallen auch mehrphasige Gemische, wobei ein oder mehrere Stoffe (Nebenphase(n)) verteilt in einem anderen kontinuierlichen Stoff (Hauptmedium, kontinuierliche Phase) vorliegen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll u nter„Phase" ein räumlicher Bereich verstanden werden, innerhalb dessen keine spru nghafte Änderung irgendeiner physikalischen Größe auftritt und die chemische Zusammensetzung homogen ist. Die Phasen können dabei alle oder teilweise oder einzeln flüssig und/oder fest u nd/oder gasförmig sein. Die Phasen kön nen Edukte oder Produkte oder beides sein.
Die anvisierte Trennung von Phasen eines Fluids mit wenigstens zwei Phasen kann hierbei bspw. sein:
- flüssig von flüssig (bspw. Trennung der Phasen einer Zwei-Phasen-Emulsion)
- flüssig von gasförmig (und umgekehrt)
- flüssig von fest (und umgekehrt)
- gasförmig von flüssig (und umgekehrt)
- fest von fest (Feststoffgemenge)
- fest von gasförmig (und umgekehrt), wobei die wenigstens beiden Phasen von u nterschied licher Dichte zueinander sind, dergestalt, dass die wenigstens eine leichtere Phase über das zentrale Abscheidungsrohr durch die
Leichtfraktionauslassöffnung u nd die wenigstens eine schwere Phase durch die
Schwerfraktionauslassöffnung abgeschieden wird.
Die Trennung von Phasen eines Fluids kann vordergründig der Reinigung oder Auf reinigung eines Stoffes dienen. So kann mittels der vorliegenden Erfindu ng ein flüssiger, fester oder gasförmiger Hauptstrom einer Phase von unerwünschten Stoffen der anderen Phase bzw. der anderen Phasen befreit werden.
U nter„Mikroplastik" im Sin ne der vorliegenden Erfindung ist dabei jedes polymere
Plastikpartikel ab einer Größe kleiner ca. 5 mm zu verstehen, wobei solche kleiner ca. 1 mm für die vorliegende Erfindu ng von besonderem Interesse sind.
Der Konuswinkel α gemäß der vorliegenden Situation wird als Abweichung von der zentralen Achse des Grundgehäuses verstanden; insbesondere werden positive und negative Winkel u nter Konuswinkel verstanden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders ist der Konuswinkel α zwischen ca. 0,1 bis 5°, vorzugsweise zwischen ca. 0,2 bis 3° und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,5 bis 1,5°.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist das zentrale Abscheidu ngsrohr im Verlauf im Wesentlichen durchgängig ausgestaltet und verläuft im Wesentlichen bis zum u nteren Ende der Separationskammer, wobei ein Spalt zwischen zentralem Abscheidungsrohr und der Wandung des unteren Endes vorgesehen ist.
Durch die Modifikation des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders mit einem durchgängig ausgestalteten zentralen Abscheidungsrohr, dass im Wesentlichen bis zum unteren Ende der Separationskammer verläuft, wobei ein Spalt zwischen zentralem Abscheidungsrohr und der Wandung des unteren Endes verbleibt, wird überraschenderweise die Strömungsumkehr in den oberen Bereichen des Fliehkraftabscheiders u nterdrückt. Du rch die hierdurch erzwungene Rotation wird das Gravitationsfeld deutlich bis zum Bereich der Ein lassöffnung des unteren Endes des zentralen Abscheidungsrohrs, der sog. Abscheidezone erhöht. In anderen Worten wird durch diese erfindungsgemäße Ausführung das zu behandelnde Fluid gezwungen, die komplette Separationskammer in Spiralform um die zentrale Abscheidung definiert zu du rchwandern u nd damit die Ausbildung des für konventionelle Fliehkraftabscheider typischen zentral verlaufenden inneren Vortex mit seiner Strömung in Richtung zentrale Abscheidung unterd rückt. Dies bedingt, dass es erst im Bereich der Abscheidezone, zur Strömungsumkehr im Rahmen der
Leichtfraktionsabscheidu ng kommt. Folglich wird dadurch die Strömu ngsumkehr im Vortex definiert positioniert und sie vorteilhaft nicht wie im bekannten Stand der Technik äu ßeren Faktoren unterliegen gelassen. So werden überraschenderweise zu m einen höhere
Gravitationskräfte im Vergleich zum Stand der Technik erreicht, zu m anderen Zonen mit nicht definierter Turbulenz vermieden und somit die Trennschärfe und die Abscheideeffizienz des Rejekts signifikant erhöht. Somit beruhen die Separationsprozesse in der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht nur auf den Grundprinzipien der Technologie von Stand der Technik Fliehkraftabscheidern, sondern auf denen durch künstliche Gravitation hervorgerufener beschleunigter Sedimentation und Flotation mit definierter Abschöpfung von Leichtfraktionphase(n) in der Abscheidezone. Dadurch werden die Separationsprozesse zur Abscheid ung von Verunreinigungen der bisher im Stand der Technik bekannten Technologie der Fliehkraftabscheider deutlich verbessert. Folglich wurde im Rahmen der Erfindung das
Grund prinzip der Fliehkraftabscheider aufgenommen und innovativ modifiziert, um so in der Lage zu sein, auch sehr sau bere Medien, die nur durch geringe Fremdstofffrachten, und
Fremdstoffe mit spezifischen Dichten, nahe an der von vom zu reinigenden Medium belastet sind, von diesen weiter reinigen zu können u nd die Fremdstoffe zumindest teilweise zu entfernen, bspw. Kleinstpartikel mit minimalen Dichteunterschied zu r flüssigen Phase, wie Mikroplastik zur wässrigen Phase.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders weist die Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs im Bereich der u nteren Hälfte des
Grundgehäuses radial umlaufend Perforationen auf.
Dieser Bereich der Wandu ng des zentralen Abscheidungsrohrs mit Perforationen definiert hierbei die Abscheidungszone der Leichtfraktion von der Schwerfraktion des eingebrachten in Strömung versetzen Fluids.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindu ngsgemäßen Fliehkraftabscheiders sind die Perforationen im Wesentlichen geradlinienförmig, zickzackförmig,
schlangen linienförmig, bogenförmig, spiralförmig, mäanderförmig, pu nktförmig, ringförmig, oval, rechteckig, quadratförmig, trapezförmig, sternförmig, sichelförmig, dreieckig, fünfeckig und/oder sechseckig ausgestaltet und/oder Mischformen der vorgenannten Formen.
Durch die Perforationen wird die Leichtfraktion des eingesetzten Fluids zentral von dessen Schwerfraktion abgezogen. Die erfindu ngsgemäße Modifikation der Größe, Form, positionelle Anordnung und Verteilung der Perforationen an der Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs im Bereich der unteren Hälfte des Grundgehäuses ermöglicht eine individuelle Steuerung der Abzugsparameter für eine bestimmte Leichtfraktion. Bspw. können so die Geschwindigkeit der Abscheidung u nd/oder im Falle einer festen Leichtfraktion auch die Ausschlussgröße für eine abzuscheidende feste Leichtfraktion entsprechend feineingestellt werden. U nterstützend kann auch die Oberflächenstruktu r des zentralen Abscheidungsrohrs erfindungsgemäß modifiziert werden. Insgesamt können durch die genannten möglichen Modifikationen die Effizienz des Fliehkraftabscheiders sehr individualisiert und situativ einstellbar angepasst werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders ist die Perforationsfläche der Wandung des zentralen Abscheidu ngsrohrs zwischen ca. 50 bis 1000%, vorzugsweise zwischen ca. 75 bis 200% u nd besonders bevorzugt zwischen ca. 100 bis 150% bezogen auf den Querschnitt des Leichtfraktionsauslaufs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Flieh kraftabscheiders ist das erste und/oder das zweite Oberflächen profil der zylindrischen Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs im Wesentlichen wellenförmig, stufenförmig oder rampenförmig ausgestaltet, und/oder Mischformen der vorgenannten Oberflächen profile.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist an der Innenwand des Grundgehäuses am oberen Ende des
Fliehkraftabscheiders ein konzentrisch um das zentrale Abscheidungsrohr verlaufendes Strömungsführungselement mit von einer abschnittsweise im Wesentlichen konkav
kreisbogenförmig gekrümmten Innenwandfläche des Strömungsfü hru ngselements in Bezug auf das Innenvolumen des Strömungsführungselements gebildeten Seiten radius r vorgesehen, welches einen im Wesentlichen helikalen Abschnitt aufweist, welcher mit der Einlassöffnung im Wesentlichen direkt in Verbindung steht.
U nter„helikalen Abschnitt" im Sinne der Erfindung soll ein helixförmig bzw. schraubenförmig gewundener Abschnitt verstanden werden.
Die Ausgestaltung des Strömungsfü hru ngselements ermöglicht es den Volu menstrom des Fluids mit möglichst geringen Strömungsverlusten tangential in das obere Ende der im Wesentlichen konischen Separationskammer einzu leiten und in Rotation zu versetzen. Du rch diese
Modifikation wird der Volumenstrom im Inneren des oberen Endes der Separationskammer durch das Strömungsfü hru ngselement so abgelenkt, dass er ab der ersten im Wesentlichen spiralförmigen Umd rehung mit annähernd konstanten Radial- und Vertikal-Geschwindigkeiten, um das zentrale Abscheidungsrohr in Richtung der Abscheidezone rotieren kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform der Erfindung weist der helikale Abschnitt einen Abrollwinkel ß auf, der zwischen ca. 3 bis 23°, vorzugsweise zwischen ca. 8 bis 18° und besonders bevorzugt zwischen ca. 12 bis 14° ist. U nter„Abrollwinkel" im Sinne der vorliegenden Erfindu ng soll der Winkel der
Innenwandoberfläche des helikalen Abschnitts zur zentralen Achse verstanden werden, bei dem ein eingeführtes Fluid selbstständig abrollt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform der Erfindung weist der helikale Abschnitt einen radialen Neigungswinkel γ auf, der ca. +/- 15°, vorzugsweise ca. +/- 5° und besonders bevorzugt ca. +/- 1° ist.
U nter„Neigungswinkel" im Sinne der vorliegenden Erfindu ng soll der Winkel zwischen der Innenwandoberfläche des Grundgehäuses zu einer die zentrale Achse senkrecht schneidenden Ebene verstanden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform der Erfindung ist das Verhältnis Seiten radius r des Strömu ngsführungselements zum Innenradius des Kopfabschnitts zwischen ca. 0,04 bis 1,00, vorzugsweise zwischen ca. 0,1 bis 0,7 u nd besonders bevorzugt zwischen ca. 0,2 bis 0,4.
U nter„Innenradius" wird vorliegend der Radius verstanden, der sich von der
Innenwandoberfläche des Kopfabschnitts in Bezug auf die zentrale Achse des
Fliehkraftabscheiders ergibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist das zentrale Abscheidungsrohr mit der Leichtfraktionauslassöffnung des Kopfabschnitts lösbar verbunden, insbesondere arretiert und/oder mit dem Boden der Expansionskammer lösbar verbunden, insbesondere arretiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Expansionskammer wenigstens zweiteilig, insbesondere mehrteilig ausgeführt ist. Alternativ ist das zentrale Abscheidungsrohr und der Kopfabschnitt als ein Bauteil gefertigt. Weiterhin alternativ kann die Aufnahme des zentralen Abscheidungsrohrs über eine verpresste/verklebte Ausführung des zentralen Abscheidungsrohrs gelöst werden.
U nter„lösbar verbunden" im Sinne der vorliegenden Erfindung soll insbesondere zerstörungsfrei tren nbar verstanden werden, dass zu mindest zwei Bauteile, vorzugsweise direkt und/oder kraftschlüssig aneinander, insbesondere arretiert oder verklemmt sind, wie beispielsweise durch eine Flanschverbindu ng, eine Steckverbindung und/oder auf eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Weise.
Weiterhin kann die Separationskammer mit dem Kopfabschnitt mit Einlassöffnu ng des
Fliehkraftabscheiders lösbar verbunden bspw. mittels einer Klemmschelle angeflanscht sein. Alternativ ist die Separationskammer und der Kopfabschnitt mit Einlassöffnung als ein Bauteil gefertigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Flieh kraftabscheiders weist die Expansionskammer am Boden einen konzentrisch zur zentralen Achse angeord neten zentralen Zapfen zur Aufnahme des zentralen Abscheidungsrohr auf, der sich im Wesentlichen bis zur Höhe des unteren Endes des zentralen Abscheidungsrohrs erstreckt.
In einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders ist die wenigstens eine Schwerfraktionauslassöffnung im Wesentlichen tangential angebracht. Dadurch wird der Auslassvolumenstrom (schwere Phase) mit möglichst geringen
Strömungsverlusten aus der Separationskammer abgeleitet und somit der
Schwerfraktionauslassöffnung zuführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist die Expansionskammer an das untere Ende der konischen
Separationskammer lösbar verbunden, insbesondere arretiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist am Übergang von Separationskammer und Expansionskammer ein Stabilisator zur Stabilisation des zentralen Abscheidungsrohrs und zur Du rchflusskontrolle der Leichtfraktion vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders weist der Stabilisator eine erste und eine zweite ringförmige und im Wesentlichen konzentrische Wandung mit jeweils einer dem inneren Querschnitt zugewandten und einer dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche auf, wobei beide Wandungen in einer Ebene angeordnet sind und wobei die erste und/oder die zweite Wandung Lamellen mit einem Lamellenwinkel δ aufweisen, wobei der Stabilisator über eine radial verlaufende Perforation an der Innenseite des Grundgehäuses des unteren Endes mit dem Grundgehäuse lösbar verbunden, insbesondere arretiert ist und die erste Wandung wenigstens mit einem Abschnitt des zentralen Zapfens der Expansionskammer arretiert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders weist die erste Wandung die Lamellen an der dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche und die zweite Wandu ng die Lamellen an der dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders berühren die Lamellen der ersten Wandung und die Lamellen der zweiten Wandung sich im Wesentlichen nicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders bilden die Lamellen der ersten Wandung und die Lamellen der zweiten Wandung miteinander wenigstens eine Brückenverbindung.
In einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders ist die wenigstens eine gebildete Brückenverbindung nahtlos oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nicht-nahtlos u nter Bildung eines Spalts ausgeführt oder gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfü hru ngsform mit wenigstens zwei gebildeten Brückenverbindu ngen sind die Brückenverbindungen Mischformen von nahtlosen und nicht-nahtlosen Brückenverbindungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders sind die Lamellen der ersten Wandung u nd die Lamellen der zweiten Wandung drehbeweglich gelagert bspw. durch eine Gelenk- oder Scharnierlagerung.
Hierdurch lässt sich der Lamellenwinkel δ flexibel an die jeweiligen Prozesserfordernisse anpassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Flieh kraftabscheiders sind für die Aufnahme der Lamellen der ersten Wandung u nd der Lamellen der zweiten Wandung Führungselemente, die zur Verschiebung der Lamellen entlang eines kreisbogenförmigen Verschu bwegs ausgebildet sind, vorgesehen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders sind die Führungselemente Fü hru ngsschienen und die Lamellen um eine Drehachse sen krecht zu dem Verschubweg drehbar an der Führungsschiene gelagert.
Hierdurch lässt sich der Lamellenwinkel δ flexibel an die jeweiligen Prozesserfordernisse anpassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist der Lamellenwinkel δ zwischen ca. 5 bis 90°, vorzugsweise zwischen ca. 20 bis 70° und besonders bevorzugt zwischen ca. 30 bis 60° ist. Lamellen, die miteinander nahtlose Brückenverbindungen ausbilden, weisen hierbei den gleichen Lamellenwinkel δ auf. Lamellen, die miteinander nicht-nahtlose Brückenverbindungen ausbilden, können gleiche oder verschiedene Lamellenwinkel δ aufweisen.
Der Stabilisator dient zum einen der Stabilisation des zentralen Abscheidungsrohrs sowie der Gegend ruck- und somit der Vortex-Rotationskontrolle und zum anderen der Durchflusskontrolle an Leichtfraktion.
Durch Anpassung des Lamellenwinkels δ, welcher über den Winkel zwischen horizontaler Ebene und der Steigung der Lamellen definiert ist, kann die vertikale Geschwindigkeitskomponente und somit die Verweilzeit und Rotationsintensität im Fliehkraftabscheider gesteuert werden. So ist es möglich, bestehende Anlagen nach der Installation und Inbetriebnahme durch eine Veränderung des Lamellenwinkels δ an sich verändernde Gegebenheiten und Anforderungen anzupassen, wie bspw. Art und Beschaffenheit der abzutrennenden Phase(n) bspw.
Mikroplastikfracht, du rchschnittliche Partikelgröße u nd - dichte, oder unterschiedliche
Fluideigenschaften. Dies kann entweder durch den Austausch eines Stabilisators mit Lamellen mit festeingestellten Lamellenwinkel δ geschehen oder im Falle des Vorliegens von
Führungselementen durch situative Anpassung des Lamellenwinkels δ. Alternativ können zur Beeinflussung der Strömungsparametern oder aber auch nu r ergänzend u nterstützend zur Beeinflussung der Strömungsparametern abschnittsweise Strömungsleisten an der in neren Wandung der Separationskammer u nd/oder an der dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche der zylindrischen Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs angeordnet sein. Du rch die mittels Stabilisator gegebene Möglichkeit der Strömungsbeeinflussung kann auch nach Auslegung u nd Installation auf sich verändernde Prozessbedingungen eingegangen werden. So ist diese Art von Fliehkraftabscheider zu einem hohen Grad individualisierbar, was zu einer deutlichen Erweiterung des Einsatzfeldes führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist der Stabilisator austauschbar.
Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung entsprechend einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform, dass das zentrale Abscheidungsrohr im Bereich seines unteren Endes in Richtung Separationskammer aufweitbar gestaltet ist. Dadurch lässt sich der Querschnitt des zentralen Abscheidungsrohrs entsprechend den angelegten äußeren Bedingungen an passen. Entsprechende Modifikationen um ein Rohr aufweitbar zu gestalten, sind dem Fachman n bekannt und sind hiermit einbezogen. Diese schließen bspw. die Verwendung von begrenzt dehn baren Materialien fü r das zentrale Abscheidungsrohr und/oder sich parallel zur zentralen Achse erstreckende Materialaussparungen in dem zentralen Abscheidu ngsrohr mit ein. Weiterhin kann das zentrale Abscheidungsrohr hierfür zwei- bis mehrteilig ausgeführt sein. Solche Modifikationen dienen ergänzend zu dem Stabilisator zur Steuerung/Anpassung des angelegten Drucks in dem Separationskonus (Druckkompensation) und damit der Stabilisation der Strömungsverhältnisse in dem zentralen Abscheidungsrohrs und der
Leichtfraktiondurchflusskontrolle, bspw. zur Erhöhung der Abscheideleistung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des aufweitbar ausgestalteten zentralen
Abscheidungsrohrs kann im unteren Bereich des zentralen Abscheidungsrohrs ein geeignetes Befestigungsmittel zu dessen U mfangsbeschränku ng vorgesehen sein, wie bspw. ein Flansch, welcher den zentralen Zapfen der Expansionskammer mit dem zentralen Abscheidungsrohr verbindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders sind das Grundgehäuse, die Expansionskammer u nd der Stabilisator wenigstens teilweise aus einem abrasionsstabilen Material hergestellt, das aus einer Gru ppe ausgewählt ist, bestehend aus Hartgummi, Polyamid, faserverstärktem Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyoximethylen, Polyethylenteraphthalat, faserverstärktem
Polyethylenteraphthalat, Polyetheretherketon, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Ethylen Chlortrifluorethylen, Perfluor Alkoxyalkan Copolymer, Tetrafluorethylen- Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen-Perfluor-Methylvinylether, Stahl, Edelstahl, Aluminium und/oder Mischungen derselben.
Diese Materialwahl jener Einzelkomponenten soll neben einfacher Fertigung hierbei bspw. im Spritzgussverfahren höchste Beanspruchbarkeit und Lebensdauer bezwecken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Grundgehäuse, die Expansionskammer und der Stabilisator wenigstens teilweise aus einem abrasionsstabilen Kunststoff, vorzugsweise Polyamid gefertigt. Dieses lässt sich auf Grund seiner thermoplastischen Eigenschaften sehr gut im Spritzgussverfahren in Form bringen und durch thermisches Schweißen zusätzlich modifizieren. So ist es möglich die betroffenen Komponenten auf einfache und kostengünstige Weise herzustellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist das zentrale Abscheidu ngsrohr aus einem hochstabilen und/oder abrasionsresistenten Material hergestellt, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Magnesium, faserverstärktem Polyamid, faserverstärktem Polyethylenteraphthalat,
Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyphenylsulfid und/oder Mischungen derselben.
Die Fertigung aus einem hochstabilen und/oder abrasionsresistenten Material ist erforderlich, da das zentrale Abscheidungsrohr zum einem als stabilisierendes Bauteil wirkt, und zum anderen sehr steif sein muss, damit es sich turbulenzbedingt nicht in destruktive Schwingung begibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders ist der Fliehkraftscheider mehrteilig ausgeführt.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Spritzgussform zur Herstellu ng eines Grundgehäuses, einer Expansionskammer u nd/oder eines Stabilisators der vorliegenden Erfindung. Dies ermöglicht eine einfache Herstellu ng eines erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders bzw. der (zentralen) Komponenten eines Fliehkraftabscheiders. Dies wiederu m ermöglicht u.a. auch eine Wartungs- und Inspektionsfreundlichkeit des montierten Fliehkraftabscheiders. Insbesondere ist es somit möglich, dass der Fliehkraftabscheider durch ein einzelnes Individuum mit minimalem Werkzeugaufwand und geringen Vorkenntnissen montiert u nd gewartet werden kann.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner auch die Verwendung des erfindu ngsgemäßen Flieh kraftabscheiders zu r Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids.
Die Erfindu ng wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele, Abwand lu ngen bzw. Ergänzu ngen wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben mit umfasst sind. Darüber hinaus stellen diese Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung in der Art dar, dass Abwandlungen und Ergänzungen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 5 eine Draufsicht und zwei Seitenansichten auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders, sowie jeweils einen Querschnitt durch das Grundgehäuse eines erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders aus Fig. 2 und Fig. 4.
Fig. 6 einen vergrößerten Querschnittsausschnitt durch das u ntere Ende der Separationskammer aus Fig. 3.
Fig. 7 eine Explosionszeichnung eines modular aufgebauten erfindu ngsgemäßen
Flieh kraftabscheiders
Fig. 8 einen Querschnitt durch das Grundgehäuse eines erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders mit Konuswinkel a.
Fig. 9 bis 14 eine Draufsicht auf die Unterseite, eine Seitenansicht auf, drei radiale Längsschnitte, davon einen mit Neigungswinkel γ (Fig. 13), und einem zum Längsschnitt aus Fig. 11
dazugehörigen vergrößerten Detailausschnitt (F) mit Seitenradius r (Fig. 12), sowie einen weiteren Längsschnitt mit vertikaler Schnittebene (H-H) an einem helikalen Abschnitt des Strömungsführungselements u nd Ansicht des zugehörigen vertikalen Längsschnitts mit
Abrollwinkel ß (Fig. 14) auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Kopfabschnitts eines erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders mit Strömungsfü hru ngselement. Fig. 15 bis 17 zwei Draufsichten mit Lamellenwinkel δ (Fig. 15) bzw. tangentialer Schnittebene (Fig. 16) auf sowie einen tangentialen Längsschnitt (Fig. 17) du rch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stabilisators des erfindu ngsgemäßen
Flieh kraftabscheiders
Fig. 18 bis 20 eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht auf, sowie einen tangentialen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Stabilisators des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders
Fig. 21 eine schematische Darstellung des Abscheideprinzips bei Verwendung des
erfindungsgemäßen Flieh kraftabscheiders
Fig. 22 ein dreistufiges Kaskadenschaltdiagramm des erfindu ngsgemäßen Fliehkraftabscheiders gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung des Fliehkraftabscheiders in der industriellen Aufbereitung von mit Mikroplastikpartikel belasteten Abwässer (Kläranlage).
Fig. 23 bis 28 Die Volumenströme u nd die Mikroplastikbelastungen in Abhängigkeit von
Einlaufd ruck u nd Lamellenwinkel δ des Stabilisators eines Prototyps des erfindungsgemäßen Flieh kraftabscheiders.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine Draufsicht in Figur 1 u nd je eine Seitenansicht in Figuren 2 und 4 auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Fliehkraftabscheiders, sowie jeweils einen
Querschnitt durch das Grundgehäuse eines erfindu ngsgemäßen Fliehkraftabscheiders aus Figur 2 bzw. Figu r 4. Figuren 1, 2 und 4 zeigen das Grundgehäuse mit Einlassöffnung, Kopfabschnitt, zentralem Abscheidungsrohr, zentraler Achse, Leichtfraktionauslassöffnung,
Schwerfraktionauslassöffnung. Zu erkennen ist, dass die Anschlüsse für Einlauföffnung und Leichtfraktionauslassöffnung am Kopfabschnitt liegen. Figuren 3 und 4 zeigen zu den Elementen der Figu ren 1, 2 und 4 zusätzlich die Separationskammer mit oberen und u nterem Ende, den Kopfabschnitt mit Strömungsführungselement, die Expansionskammer, das zentrale
Abscheidungsrohr mit geradlinigförmigen Perforationen und der Wandung des unteren Endes der Separationskammer. Das zentrale Abscheidungsrohr ist in dem Kopfabschnitt eingeflanscht. Mit dem Kopfabschnitt (mit Einlassöffnung) des Fliehkraftabscheiders ist die konische
Separationskammer mittels Klemmschelle (hier nicht dargestellt) angeflanscht. Zu sehen ist weiter der zentrale Zapfen und der um den zentralen Zapfen angeordneten Stabilisator mit Lamellen (nicht dargestellt). An dem unteren Ende der Separationskammer ist die Expansionskammer mit einer Klemmschelle angeflanscht (nicht dargestellt).
Figur 6 offenbart einen vergrößerten Querschnittsausschnitt durch das untere Ende der Separationskammer aus Fig. 3. Zu erkennen ist die du rch den zentralen Zapfen begrenzte Expansionskammer. Der Stabilisator ist um den zentralen Zapfen angeordnet und über eine radial verlaufende Perforation an der In nenseite des Grundgehäuses des unteren Endes mit dem Grundgehäuse eigeklemmt und dadurch lösbar verbunden und die erste Wandung des
Stabilisators ist mit einem Abschnitt des zentralen Zapfens der Expansionskammer eingeklemmt und dadu rch arretiert.
Das Ausfü hru ngsbeispiel gemäß Figur 7 zeigt eine Explosionszeichnung eines
erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders. Zu sehen ist, dass der Fliehkraftabscheider modu lar aus Einzelkomponenten aufgebaut ist. Am Ü bergang von konischer Separationskammer zur Expansionskammer ist ein mit Lamellen ausgestatteter Stabilisator einklemmbar.
Figuren 9 bis 14 zeigen je eine Draufsicht auf die Unterseite in Figur 9 u nd je eine Seitenansicht in Figur 10, sowie je einen radialen Längsschnitt in Figur 11 und ein vergrößerter Detailausschnitt (F) aus Figur 11 mit Seitenradius r in Figur 12, sowie je einen radialen Längsschnitt in Figur 13 mit Neigungswinkel γ und je einen radialen Längsschnitt in Figur 14 mit eingezeichneter vertikaler Schnittebene (H-H) und dargestellter Ansicht des vertikalen Längsschnitts mit Abrollwinkel ß einer bevorzugten Ausführungsform eines Kopfabschnitts eines erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders mit Strömungsführungselement.
Figuren 15 bis 17 zeigen je eine Draufsicht mit Lamellenwin kel δ in Fig. 15 und je eine Draufsicht mit dargestellter tangentialer Schnittebene (A-A) in Fig. 16 auf, sowie einen tangentialen Längsschnitt in Figur 16 durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stabilisators des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders. Zu sehen ist, dass sich die Lamellen der ersten und zweiten Wandung berühren unter Ausbildung von Brückenverbindungen.
Figuren 18 bis 20 zeigen je eine perspektivische Ansicht in Figur 18 und je eine Draufsicht in Figur 19 auf sowie einen tangentialen Längsschnitt in Figur 20 durch eine zweite bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stabilisators des erfindu ngsgemäßen Fliehkraftabscheiders. Zu sehen, dass sich die Lamellen der ersten und der zweiten Wandung im Wesentlichen nicht berühren.
Fig. 21 stellt eine schematische Darstellung des allgemeinen Abscheideprinzips bei Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders mit durchgehendem zentralen Abscheidungsrohr dar. Das eingeführte mehrphasige Fluid gelangt über die Einlassöffnung in das obere Ende der Separationskammer in den Kopfabschnitt. Nach der radialen Einleitung des Fluids in den sich nach unten mit steten Konuswinkel α verjüngenden Konus wird dieses dadurch in Rotation versetzt. Du rch Gravitation u nd Verdrängung bewegt sich das Fluid nun in Kreisbahnen in Richtung Konusspitze. Dort wird die leichte Phase des Fluids zentrisch im Bereich der Abscheidezone durch die Perforationen des zentralen
Abscheidungsrohrs abgezogen. Durch die künstlich erzeugten Fliehkräfte und die
Strömungsumkehr werden in den erfindu ngsgemäßen Fliehkraftabscheidern Partikel, die spezifisch schwerer sind als das Hauptmedium des Fluids (schwere Nebenphase), an die innere Wand der Separationskammer gedrückt, wobei spezifisch leichtere Teilchen des Fluids (leichte Nebenphase) im Zentrum agglomerieren. Dies macht man sich über die Regelung der
Volumenströme zu Nutzen und scheidet so entweder Schwerteilchen (schwere Nebenphase) über die am u nteren Ende liegende Schwerfraktionauslassöffnung ab, wobei das Hauptmedium durch die Leichtfraktionauslassöffnung abgeschieden wird oder man scheidet Leichtteilchen (leichte Nebenphase) über die am oberen Ende liegende Leichtfraktionauslassöffnung ab und scheidet das schwerere Hauptmedium entsprechend über die Schwerfraktionauslassöffnu ng ab.
Im Rahmen von Vorarbeiten wurde anhand ausgiebiger Simulationen unter Betrachtung verschiedener Rand bedingungen das Potential des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders zum einen als fu nktionale Strömungsmaschine und zum anderen als Abscheidevorrichtung analysiert und evaluiert (vorliegend am Beispiel von mit Mikroplastik belastetem Wasser). Im Rahmen dieser Arbeiten wurde u.a. untersucht, dass ein einzelner Fliehkraftabscheider in der Lage sein sollte, Volumenströme zwischen 500 l/min u nd 700 l/min verarbeiten zu können. Diese Auslegungsgröße hat sich im Rahmen der Analyse als günstig erwiesen, wobei die Fliehkräfte in der Größenordnung zwischen 200 m/s2 u nd 3000 m/s2, bevorzugt zwischen 500 m/s2 und 2500 m/s2, besonders bevorzugt zwischen 700 m/s2 und 2000 m/s2 u nd insbesondere zwischen 900 m/s2 u nd 1750 m/s2 liegen. U m die theoretischen Ergebnisse der Abscheidesimulationen zu verifizieren, wurde im Rahmen der bisherigen Entwicklungsarbeiten ein Prototyp des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders im Maßstab 1:4,4 entworfen, im SLS-Rapid-Prototyping-Verfahren aus faserverstärktem
Polyamid produziert und anschließend im Labormaßstab betrieben und evaluiert. CFD- Simulationen der Abscheidewirkung des 1:4,4 Prototypen haben unter idealisierten
Bedingungen ergeben, dass mit einer Abscheidewirkung von ca. 30% bei einem Betriebsdruck von 2,5 bar zu rechnen ist. Der Prototyp wurde im geschlossenen Kreislauf über eine Vorlage von 30 Litern betrieben. Zum Erreichen des hier vorgesehenen und für die Evaluierung des
Abscheideprinzips ausreichenden Maximaldrucks von 2,5 bar am Einlauf, wurden zwei
Kreiselpumpen mit einer jeweiligen Leistung von 800 W und einer Kapazität von 60 l/min bei 0 Meter Förderhöhe in Reihe installiert. Der Zu laufd ruck sowie die Ablaufdrücke zum und vom Prototyp des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheider wurden mittels Kugelhähnen manuell justiert. Die Volumenströme der Leicht- und Schwerfraktion wurden gravimetrisch bestimmt und somit der respektive Volumenstrom am Einlauf berechnet. Die Mikroplastik-Abscheideeffizienz wurde ebenfalls gravimetrisch über Mikrofiltration der Leicht- und
Schwerfraktionsvolumenströme evaluiert. Die Abscheideleistung wurde über eine Veränderung der Faktoren des Einlaufd ruckes und des Lamellenwinkels δ des eingesetzten Stabilisators evaluiert. Als Mikroplastikreferenz wu rde ein H D-PE-Pulver der Firma Pallmann mit einer durchschnittlichen Partikelgröße < 500 μιη verwendet. Dieses Pulver repräsentiert als
Referenzsubstanz bezüglich Partikelgröße und Materialdichte am ehesten die in den künftigen Prozessen anzutreffende Belastung. H D-PE mit einer Dichte sehr nahe an der des Wassers gilt im Rahmen der Evaluierung als die am schwersten zu entfernende Partikelklasse. Die
Versuchsparameter der durchgeführten Testreihen waren:
- Einlaufdruck: 1 bar; 1,6 bar; 2,5 bar
- Einlaufvolumen: 21 l/min - 33 l/min
- Lamellenwinkel δ des Stabilisators: 32,5°; 45°; 57,5°; 70 0
- Mikroplastikfracht: 0,1 g/l - 1,0 g/l
- Mikroplastikpartikel: H D-PE / ~ 0,96 g/cm3 / Durchschnittsgröße < 500 μιη Die Versuche wurden mittels statistischer Versuchsplanung und Auswertung auf Basis des Programms Umetrics Modde 10.1 geplant und durchgeführt. Die Figu ren 23 bis 28 zeigen als Kontur-Plotdiagramm die Ergebnisse des Versuchs. Diese basieren auf voll faktoriellen
Versuchsplänen und einem MLR Fit der Versuchsergebnisse. Bei diesen ist an der x-Achse der Einlaufd ruck u nd an der y-Achse der Lamellenwinkel δ des verwendeten Stabilisators zu entnehmen. In den unterschiedlichen Flächenschattierungen sind je nach Figu r entweder der Wert des Volumenstroms in l/min oder die Mikroplastikbelastu ng in Leichtfraktion bzw.
Schwerfraktion in % angegeben. Figur 23 zeigt die Werte des Einlaufvolu mens in l/min, Figur 24 zeigt die Werte des Leichtfraktionsvolumens in l/min, Figur 25 zeigt die Werte des
Schwerfraktionsvolumens in l/min, Figur 26 zeigt die Leichtfraktionbelastung in %, Figur 27 die Schwerfraktionbelastung in % mit angelegten Einlaufd rücken von 1 - 2,5 bar und Figur 28 die Schwerfraktionbelastung in % mit hohen angelegten Einlaufdrücken bis 7 bar. Die
Versuchsergebnisse zeigen, dass es vorteilhaft schon bei einem Einlaufd ruck von 1,0 bar und einem daraus resultierenden Volumenstrom von ~ 21 l/min, bei der Verwendung des 32,5° Stabilisators möglich ist die Mikroplastikfracht in der Schwerfraktion um ~ 16% zu reduzieren. Bei der Erhöhung des Einlaufdruckes auf 2,5 bar und somit der Anhebung des Du rchflusses um 50% auf ~ 33 l/min wird bei der Verwendu ng des 32,5° Stabilisators vorteilhaft eine Reduktion der Mikroplastikfracht in der Schwerfraktion um -23% erreicht. Gleichzeitig ist über alle Versuchspunkte hinweg zu erken nen, dass eine Anhebung des Lamellenwinkels δ von 32,5° auf 70° generell zu einer Reduzierung der Mikroplastik-Abscheidewirkung in der Schwerfraktion führt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass ein größerer Lamellenwinkel δ bei der Abscheidung von Partikeln mit einer Dichte über der von Wasser leistungssteigernd wirken wü rde. Die Gesamtheit der Versuchsergebnisse hat hierbei ergeben, dass das Abscheidepotential der Prototypeninstallation mit bisher erreichten 23% nur -7% unter den Ergebnissen der CFD- Simulationen im idealisierten System liegen. In Anbetracht der Tatsache, dass die Anwendung im Rahmen der Prototypversuche bei weitem nicht den Rahmenbedingungen der idealisierten Simulation entspricht, liegt die erreichte Abscheideleistu ng über den initialen Erwartungen. Wird die Abscheideleistung über das erstellte MLR-Model auf einen Einlassd ruck von 7 bar projiziert (Fig. 28, unten rechts), so ergibt sich eine Abscheideleistung von 50%. Dieser Wert, der sog. X50, welcher über die Partikelgröße die zu 50% abgeschieden wird, definiert ist, kann herangezogen werden um die Effizienz des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders im Vergleich zu herkömmlichen Fliehkraftabscheidern aufzuzeigen. Dieser Vergleich ergibt eine Abscheideeffizienz des Fliehkraftabscheiders, welche gemessen am X50-Wert um den Faktor 56 höher liegt, als die einer vergleichbaren konventionellen Fliehkraftabscheider.
Die Formel als Grund lage dieser Berechnung lautet wie folgt:
wobei gilt:
Länge des Separationskonus L = 0,280 m
Kinematische Viskosität von Wasser [25°C / 6 bar] n = 89,3 x 10-8 m2s
Verhältnis Leichtfraktion/Ei niauf RR = 0,57
Volumenstrom Einlauf V = 0,00122 m3/s
Partikeldichte (HD-PE) pp = 960,000 kg/m3
Fluiddichte (Wasser) [25°C/6bar] 997, 000 kg/ m3
Durchmesser LF-Auslass DLF = 0,006 m
Durchm esser Separa tionskonus DC = 0,016 m
Durchmesser Einlauf DE = 0,012 m
Dies zeigt überraschenderweise, dass das innovative Abscheideprinzip des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders ein im Stand der Technik bisher nicht erreichtes Potential birgt. Durch die Projektion auf den 1:1 Maßstab ist mit einer weiteren deutlichen Anhebung der Effizienz zu rechnen, da hierbei die Rand bedingungen des Fliehkraftabscheider besser an die idealisierten Bedingungen der Simulation angeglichen werden kön nen.
Das Ausfü hru ngsbeispiel gemäß Figur 22 zeigt ein d reistufiges Kaskadenschaltdiagramm zur Verwendung des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders in der industriellen Aufbereitung von mit Mikroplastikpartikels belasteten Abwässern (Kläranlage). Darin zeigt:
D&] = Regelventil _
XI = Absperrventil \j? ~ Pum e
Durch die Behand lung von belastetem Ab- und Prozesswasser mittels des erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders wird die Mikroplastikfracht vom gesamten Volumenstrom auf den
Leichtfraktionsvolumenstrom verschoben. Da diese in einem einstufigen Verfahren aber noch ca. 30% des gesamten Volumenstroms ausmacht, handelt es sich speziell bei größeren Anlagen um eine erhebliche zu behandelnde Leichtfraktion. Um diese Menge zu reduzieren und um gleichzeitig die Mikroplastikkonzentration im finalen Rejekt anzuheben, soll der
verfahrenstechnische Ablauf des Gesamtprozesses in voll geschlossener Kaskade gestaltet werden. Dieses Prinzip ist identisch auf den Einsatz in industriellen Prozesswässern projizierbar. Dabei wird das zu klärende Ab- bzw. Prozesswasser aus einem zugehörigen Pufferbehälter ü ber Hochleistungs-Kreiselpu mpen den erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheidern in
Parallelschaltung ü ber Bänke zugeführt. Die anfallende, gereinigte Fraktion der ersten Stufe, die nur noch 1 % -3 % der initialen Mikroplastik-Konzentration enthält, kann anschließend wieder dem industriellen Prozesswasser, einer chemischen Reinigungsstufe oder dem Vorfluter (Oberflächengewässer oder Meer) für den Anwendungsfall in Kläran lagen zugeführt werden. Die weitere Reinigung erfolgt hierbei über die dargestellte Vollkaskade, bei welcher die jeweilige Leichtfraktion der nächsten Stufe zugeführt wird, wobei deren Schwerfraktion wiederu m vor die vorherigen Stufen geschaltet wird. Somit kommt es bis zur d ritten Stufe zu einer
Aufkonzentration des Mikroplastiks bei einer gleichzeitigen Abnahme des Volu menstroms. Die Regelung und Steuerung der Betriebsweise läuft innerhalb dieses Prozesses voll automatisiert über ein integriertes Prozessleitsystem (z.B. Siemens PCS 7). Somit ist nur minimale Betreuung, Steuerung, Inspektion und Wartu ng von außen durch das Personal notwendig. Insbesondere ermöglicht die Wartungs- und Inspektionsfreund lichkeit des Fliehkraftabscheiders vorteilhaft, dass dieser durch ein einzelnes Individuum mit minimalem Werkzeugaufwand und geringen Vorkenntnissen montiert und gewartet werden kan n. Der su bsequente Verfahrensschritt nach der Mikroplastikabscheidung ist dessen Entsorgung über die verfügbaren Gegebenheiten der jeweiligen Kläranlage oder des jeweiligen Industriebetriebes. Heutzutage sind nahezu alle Kläranlagen mit Klärschlammentwässerungsstufen zur Volumenreduktion des anfallenden Klärschlammes sowie alle Betriebe der Papierindustrie mit Rejektpressen ausgestattet. Das Rejekt des Prozesses, das über eine maximale Konzentration an Mikroplastik verfügt, soll vor diesen Entwässerungsstufen entweder dem Klärschlamm oder den Rejekten der Papierindustrie zugeführt werden. Dadu rch kann der Klärschlamm oder das Rejekt während der Entwässeru ng als Filtermedium dienen und somit das Mikroplastik im Filterkuchen zu rückhalten. Da das Filtrat dieser Entwässerungsstufen erneut der Abwasseraufbereitung oder dem Prozesswasser zugeführt wird, besteht keine Gefahr, dass das Mikroplastik durch diesen Prozess wieder freigesetzt wird.

Claims

Patentansprüche
Fliehkraftabscheider zu r Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids, mit einem von dem Fluid im Wesentlichen spiralförmig durchströmbaren Grundgehäuse (2), das eine Separationskammer (3) mit einem oberen und einem u nteren Ende, wobei das obere und u ntere Ende jeweils eine Wandung aufweisen, und eine zentrale Achse (4), die sich zwischen den beiden Enden erstreckt, aufweist u nd weiterhin ein in der konischen Separationskammer, konzentrisch zur zentralen Achse des Grundgehäuses angeordnetes zentrales Abscheidungsrohr (5) mit einer im Wesentlichen zylind rischen Wandung, mit einer dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche, mit einem ersten
Oberflächenprofil und einer dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche mit einem zweiten Oberflächenprofil aufweist, wobei das Grundgehäuse am oberen Ende einen Kopfabschnitt (6) mit einem Innenradius u nd mit wenigstens einer im Wesentlichen tangential angebrachten Einlassöffnung (7) für das Fluid, sowie wenigstens eine
Leichtfraktionauslassöffnung (8) mit einem Querschnitt aufweist, und am u nteren Ende wenigstens eine Expansionskammer (9) und wenigstens eine
Schwerfraktionauslassöffnung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Separationskammer in Richtung des unteren Endes wenigstens abschnittsweise konisch, vorzugsweise in stufiger Abfolge mit stetem Konuswinkel α verjüngt.
Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel α zwischen ca. 0,1 bis 5°, vorzugsweise zwischen ca. 0,2 bis 3° und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,5 bis 1,5° ist.
Fliehkraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Abscheidu ngsrohr im Verlauf im Wesentlichen durchgängig ausgestaltet ist u nd im Wesentlichen bis zum unteren Ende der Separationskammer verläuft, wobei ein Spalt (11) zwischen zentralem Abscheidungsrohr und der Wandung des unteren Endes vorgesehen ist.
4. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs im Bereich der u nteren Hälfte des
Grundgehäuses radial u mlaufend Perforationen (12) aufweist. 5. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen im Wesentlichen geradlinienförmig, zickzackförmig,
schlangenlinienförmig, bogenförmig, spiralförmig, mäanderförmig, punktförmig, ringförmig, oval, rechteckig, quad ratförmig, trapezförmig, sternförmig, sichelförmig, d reieckig, fünfeckig und/oder sechseckig ausgestaltet sind und/oder Mischformen der vorgenannten Formen sind.
6. Fliehkraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationsfläche der Wandu ng des zentralen Abscheidungsrohrs zwischen ca. 50 bis 1000%, vorzugsweise zwischen ca. 75 bis 200% und besonders bevorzugt zwischen ca. 100 bis 150% bezogen auf den Querschnitt des Leichtfraktionsauslaufs ist.
7. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Oberflächen profil der zylindrischen Wandung des zentralen Abscheidungsrohrs im Wesentlichen wellenförmig, stufenförmig oder rampenförmig ausgestaltet ist, und/oder Mischformen der vorgenannten Oberflächenprofile ist.
8. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an der In nenwand des Gru ndgehäuses am oberen Ende des Fliehkraftabscheiders ein konzentrisch um das zentrale Abscheidu ngsrohr verlaufendes Strömungsfü hru ngselement (13) mit von einer abschnittsweise im Wesentlichen kon kav kreisbogenförmig gekrümmten
Innenwandfläche des Strömungsführungselements in Bezug auf das Innenvolumen des Strömungsführungselements gebildeten Seitenradius r vorgesehen ist, welches einen im Wesentlichen helikalen Abschnitt aufweist, welcher mit der Einlassöffnung im
Wesentlichen direkt in Verbindu ng steht.
Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der helikale Abschnitt einen Abrollwinkel ß aufweist, der zwischen ca. 3 bis 23°, vorzugsweise zwischen ca. 8 bis 18° und besonders bevorzugt zwischen ca. 12 bis 14° ist.
Fliehkraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der helikale Abschnitt einen radialen Neigungswinkel γ aufweist, der ca. +/- 15°, vorzugsweise ca. +/- 5° u nd besonders bevorzugt ca. +/- 1° ist.
Flieh kraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Seiten radius r des Strömungsführungselements zu m Innenradius des Kopfabschnitts zwischen ca. 0,04 bis 1,00, vorzugsweise zwischen ca. 0,1 bis 0,7 und besonders bevorzugt zwischen ca. 0,2 bis 0,4 ist.
Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das zentrale Abscheidu ngsrohr mit der Leichtfraktionauslassöffnung des Kopfabschnitts lösbar verbunden, insbesondere arretiert ist und/oder mit dem Boden der
Expansionskammer lösbar verbunden, insbesondere arretiert ist.
Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Expansionskammer am Boden einen konzentrisch zur zentralen Achse angeord neten zentralen Zapfen (14) zur Aufnahme des zentralen Abscheidungsrohrs aufweist, der sich im Wesentlichen bis zur Höhe des unteren Endes des zentralen Abscheidungsrohrs erstreckt.
14. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer an das untere Ende der konischen Separationskammer lösbar verbunden, insbesondere arretiert ist. 15. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass am Übergang von Separationskammer und Expansionskammer ein Stabilisator (15) zur Stabilisation des zentralen Abscheidungsrohrs und zur Leichtfraktiondu rchflusskontrolle vorgesehen ist. 16. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator eine erste und eine zweite ringförmige und im Wesentlichen konzentrische Wandung mit jeweils einer dem inneren Querschnitt zugewandten und einer dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche aufweist, wobei beide Wandungen in einer Ebene angeordnet sind und wobei die erste und/oder die zweite Wandung Lamellen (16) mit einem Lamellenwinkel δ aufweisen, wobei der Stabilisator über eine radial verlaufende
Perforation (12) an der Innenseite des Grundgehäuses des unteren Endes mit dem
Grundgehäuse lösbar verbunden, insbesondere arretiert ist und die erste Wandung wenigstens mit einen Abschnitt des zentralen Zapfens der Expansionskammer arretiert ist.
17. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandu ng die Lamellen an der dem inneren Querschnitt abgewandten Oberfläche u nd die zweite Wandung die Lamellen an der dem inneren Querschnitt zugewandten Oberfläche aufweist.
18. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen der ersten Wandung u nd die Lamellen der zweiten Wandu ng sich im
Wesentlichen nicht berühren.
19. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen der ersten Wandung und die Lamellen der zweiten Wandung miteinander wenigstens eine Brückenverbindung bilden.
20. Flieh kraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen der ersten Wandung u nd die Lamellen der zweiten Wandung d reh beweglich gelagert sind.
21. Flieh kraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahme der Lamellen der ersten Wandung und der Lamellen der zweiten Wandung Führungselemente, die zu r Verschiebu ng der Lamellen entlang eines kreisbogenförmigen Verschu bwegs ausgebildet sind, vorgesehen sind.
22. Fliehkraftabscheider gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente Fü hru ngsschienen sind und wobei die Lamellen um eine Drehachse sen krecht zu dem Verschubweg drehbar an der Führungsschiene gelagert sind. 23. Fliehkraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenwinkel δ zwischen ca. 5 bis 90°, vorzugsweise zwischen ca. 20 bis 70° und besonders bevorzugt zwischen ca. 30 bis 60° ist.
24. Flieh kraftabscheider gemäß einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator austauschbar ist.
25. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse, die Expansionskammer und der Stabilisator wenigstens teilweise aus einem abrasionsstabilen Material hergestellt sind, das aus einer Gru ppe ausgewählt ist, bestehend aus Hartgu mmi, Polyamid, faserverstärktem Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyoximethylen, Polyethylenteraphthalat, faserverstärktem Polyethylenteraphthalat, Polyetheretherketon, Polytetrafluorethylen,
Polyvinylidenfluorid, Ethylen Chlortrifluorethylen, Perfluor Alkoxyalkan Copolymer, Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen-Perfluor-Methylvinylether, Stahl, Edelstahl, Aluminium und/oder Mischu ngen derselben.
26. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das zentrale Abscheidu ngsrohr aus einem hochstabilen und/oder abrasionsresistenten Material hergestellt ist, insbesondere aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Magnesium, faserverstärktem Polyamid, faserverstärktem Polyethylenteraphthalat,
Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyphenylsulfid und/oder Mischungen derselben.
27. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Fliehkraftscheider mehrteilig ausgeführt ist.
28. Fliehkraftabscheider gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Erzeugung von
Fliehkräften in einem Fluid in einem Bereich zwischen 200 m/s2 und 3000 m/s2, bevorzugt zwischen 500 m/s2 und 2500 m/s2, besonders bevorzugt zwischen 700 m/s2 und 2000 m/s2 u nd insbesondere zwischen 900 m/s2 u nd 1750 m/s2.
29. Spritzgussform zur Herstellu ng eines Gru ndgehäuses u nd/oder eines Stabilisators nach einem der vorstehenden Ansprüche.
30. Verwendung des Fliehkraftabscheiders nach einem der Ansprüche 1 bis 28 zur Trennung wenigstens zweier Phasen eines Fluids.
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