SE457612B - Centrifugalseparator foer separering av ett aemne dispergerat i en vaetska - Google Patents

Description

457 612 10 15 20 25 30 35 BNsDoc|o Varken de i nämnda patentskrift lämnade uppgifterna om ribbornas form och placering eller den i patentskriften lämnade förklaringen till ribbornas funktion kan användas för att i praktiken möjliggöra en förbättring av en centrifugalseparators verkningsgrad i enlighet med vad som påstås.

Orsaken härtill kommer att framgå av det följande. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en centrifugalseparator av det inledningsvis angivna slaget, vilken är så konstruerad att en väsentlig förbättring av separeringseffektiviteten kan uppnås med hjälp av strömningspâverkande organ mellan separerings- plåtarna.

Enligt uppfinningen är detta möjligt genom att de strömningspåverkande organen - för att i väsentlig grad förhindra uppkomst av s.k. Ekmanskikt längs ytan av den nämnda ena separeringsplåten - är så utformade, att förhållandet mellan avståndet mellan närliggande strömningspåverkande organ, sett i rotorns omkretsriktning, och avståndet mellan separerings- plåtarnas ytor - liksom förhållandet mellan varje organs utsträckning i rotorns omkretsriktning ooh avståndet mellan separeringsplåtarnas ytor - är större än noll men mindre än 2, företrädesvis mellan 0,2 och 1,0, och att den nämnda andra separeríngsplåtens yta mitt emot de strömnings- pâverkande organen är utformad på i och för sig känt sätt för erhållande av Ekmanskikt längs densamma under rotorns drift.

Genom denna uppfinning Ir det möjligt att förhindra uppkomst av s.k.

Ekmanskikt vid de separeringsplåtytor organ, och att ist , som uppvisar strömningspåverkande ället i närheten av dessa separeringsplåtytor åstad- komma en strömning, vilken får samma effekt som ett kraftigt förtjockat hypotetiskt Ekmanskikt. Med andra ord den effekten uppnås att det radiella flödet av dispersion i varje mellanrum fördelas så att huvud- delen av det radiella flödet uppkommer i närheten av de strömnings- påverkande organen och blott en mindre del uppkommer i närheten av den separeringsplåtyta, mot och längs vilken från dispersionen avskilt ämne skall röra sig. Genom den speciella utformningen av de strömnings- påverkande organen undvikas att i mellanrumet mellan separeringsplåtarna 10 15 20 25 30 BNSDOCID: 457 612 en sådan turbulent strömning av dispersion uppkommer som skulle motverka en effektiv separering av det dispergerade ämnet. En sådan oönskad turbulens mellan separeringsplåtarna kan uppkomma vid ett arrangemang av de strömningspåverkande organen enligt den tidigare nämnda svenska patentskriften. För övrigt kommer vid detta kända arrangemang s.k. Ekman- skikt att bildas såväl mellan de beskrivna ribborna som på dessas ovan- sidor, varför dec radiella flödet av dispersion blir väsentligen lika stort längs båda de separeringsplåtar som begränsar mellanrummet ifråga.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen har de strömningspåverkande organen formen av jämnt fördelade utsprång eller upphöjningar från den nämnda ena separeringsplâtytan i varje plâtmellanrum, varvid varje upp- höjning har väsentligen lika stor utsträckning åt alla håll längs plåt- ytan. Genom en dylik knottrig och homogen struktur hos den ifrågavarande plåtytan kan väsentligen likformiga strömningsbetingelser erhållas utmed hela plåtytan.

Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. l visar en centrifugalseparator med koniska separeringsplåtar, vid vilken uppfinningen är tillämplig, Fig. 2 visar en konisk separeringsplåt sedd uppifrån, Fig. 3 visar en radialsektion genom två släta separeringsplåtar och ett mellanrum mellan dessa, Fig. 4 visar en del av en separeringsplåt försedd med strömnings- påverkande organ enligt uppfinningen, och Fig. S illustrerar ett mellanrum liknande det i fig 3 men där den ena separeringaplåten uppvisar strömningspåverkande organ enligt upp- finningen. 457 612 10 15 20 25 30 35 aNsDocm: I fig 1 visas en centrifugrotor l uppburen av en vertikal drivaxel 2.

Inuti rotorn avgränsas en separeringskamare 3, vari - koaxiellt med rotorn ~ är anordnad en stapel av stympat koniska separeringsplåtar 4.

Rotorn l har en central inloppskammare S för en dispersion av komponen- ter, som skall separeras i separeringskammaren 3, samt en central utloppskammare 6 för en separerad relativt lätt vätska. Ett stationärt inloppsrör 7 sträcker sig in i inloppskamaten 5, och ett likaså stationär: utloppsorgan 8 sträcker sig in i utloppskamaren 6. Vid sin periferi har rotorn ett intermittent öppningsbart utlopp 9 för en separerad relativt tung komponent, t.ex. slam som före separeringen utgjort den dispergerade fasen i den tlllförda dis kammaren S står i f persionen. Inlopps- örbindelse med separeringskammaren 3 via ett flertal radiella kanaler 10 jämnt fördelade runt rotorns centrumaxel. Via ett bräddavlopp ll står separeringskammaren 3 i förbindelse med kammaren 6. utlopps- I fig 2 visas en separeringsplåt 4 som på sin ovansida är försedd med ett antal radiellt förlöpande ribbor 12 avsedda att tjäna som distans- organ mellan denna separeringsplåt och en närliggande separeringsplåt i en eentrifugrotor enligt fig 1. Den avsedda rotationsriktningen visas medelst en pil R. ' Under drift av en eentrifugrotor enligt fig 1 bibringas en dispersion, , samma rotationshastighet som rotorn under sin passage genom de radiella kanalerna 10. Den vinkelhastighet som som tillförts inloppskammaren 5 dispersionen har uppnått i området för separeriugsplåtarnas 4 ytterkanter kommer att öka ytterligare, när dispersionen tvingas att åter strömma mot rotorns rotationsaxel mellan separeringsplåtarna. Denna ökning av vinkel- hastigheten, som beror på att varje del av den roterande dispersionen strävar att bibehålla sitt erhållna rörelsemängdsmoment, kan inte för- hindras av distanaorgan mellan sepereringsplåtarna, såsom ribbor av det slag som visas i fig 2.

Till följd av det ovanstående uppkommer en strömning av dispersion 1 varje mellanrum mellan närliggande separeringsplâtar riktad väsentligen 10 15 20 25 30 35 457 612 omkring rotorna centrumaxel. Denna strömming, vilken har en hastighet i rotorns omkretsriktning som är större än den hos separeringsplåtarna själva, benämns fortsättningsvis geostrofisk strömning. En strömnings- linje för en del av denna geostrofiska strömning visas i fig 2 och är där betecknad med 13. Som framgår bildar ribborna 12 hinder för en väsent- ligen cirkulär geostrofisk strömming. En sådan cirkulïr strömming kan dock erhållas om ribborna 12 ersätts med punktformiga upphöjningar, vilket ibland förekommer.

Dispersionens geostrofiská strömming; som går runt rotorns rotationsaxel, dvs. väsentligen i rotorns omkretsriktning; men vars uppkomst sålunda beror på att dispersionen tvingas röra sig mot rotorna centrum genom plåtmellanrummen; möter friktion vid separeringsplåtarnas ytor. Till följd av denna friktion uppstår ett flöde av vätska i ett mycket tunt skikt närmast varje plåtyta; vilket flöde har en väsentligt större radiellt inåtriktad komponent än den geostrofiska strömningen, åtminstone där denna går i rotorns omkretsriktning. Det tunna skiktet brukar benämnas Ekmanskikt. I det nyss beskrivna fallet, då den geostrofiska strömningen rör sig snabbare än separeringsplåtarna strömmar vätskan i Ekmanskikten längs plåtytorna radiellt inåt. Om den geostrofiska strömningen hade rört sig långsammare än separeringsplâtarna, vilket skulle ha skett om dispersionen tvingats röra sig radiellt utåt genom plåtmellanrumen; hade vätskan i Ekmanskikten istället strömmat radiellt utåt.

I fig 3 illustreras hur det radiella flödet kan vara fördelat i olika skikt av ett mellanrum mellan två konventionella släta separeringsplåtar ha och 4b. Rotorns rotationsaxel illustreras med en linje 2a. Den radiella flödeshastigheten är noll vid separeringsplåtarnas ytor och väsentligen noll också i ett stort område 14 mitt emellan separerlngs- plåtarna. Ett väsentligt radiellt flöde förekommer endast i två skikt 15 och 16 i närheten av separeringsplåtarna. Dessa skikt är de två ovan nämnda s-k- Ekmanskikten. väsentligen all dispersion, som skall genom- ströma utrymmet mellan separeringsplåtarna 4a och Ab från deras ytter- kanter till deras innerkanter, tvingas alltså strömma radiellt inåt i BNSDOCID: 457 612 10 15 20 25 30 35 BNsDcxnD1 skikten 15 och 16. Ijockleken av varje Ekmanskikt är för de flesta praktiska driftsförhållanden i storleksordningen 1/10 av avståndet mellan två närliggande separeringsplâtar.

Ett i dispersionen dispergerat ämne, t.ex. små fastämnespartiklar, som är tyngre än bïrvätskan, komer genom centrifngalkraften i mellanrummet mellan separeringsplåtarna att sträva att röra sig radiellt utåt mot separeringsplåten 4a och länge denna mot dess ytterkant. Ett sådant flöde av faatïmnespartiklar mot och längs separeringsplåten 4a kommer emeller- tid att försvåras av det radiellt inåtriktade dispersionsflödet 1 skiktet 15- Det vore därför önskvärt att om möjligt åstadkomma en annorlunda för- delning av det radiellt inâtriktade flödet av dispersion, så att det blev mindre 1 omrâdet 15 och större i området 16. En sådan önskad flödes- fördelning visas med en streckad linje i fig 3.

Enligt uppfinningen är detta möjligt att åstadkomma genom att separe- ringsplåtarna 4 på sina ovansidor förses med strönningspåverkande organ 17 utformade på ett speciellt sätt, som framgår av fig 4 och fig 5. De strömningspâverkande organen 17 måste vara så utformade att de ger ovan- sidan av varje separeringsplât en skrovlig ytstruktur, vilken förhindrar att ett Ekmanskikt bildas därpå. Vidare måste de vara så utformade att de visserligen skapar ett väsentligt större friktionsmotstånd för den geo- strofiska strömningen längs nämnda ovansida än en helt slät yta skulle göra men, trots detta, ändå inte förorsakar turbulens i en stor del av plåtmellanrummet. Detta skulle nämligen försvåra eller onöjliggöra den avsedda separeringen av det dispergerade ämnet. Enligt uppfinningen måste för nppnående av den önskade effekten de strömningspåverkande organen vara så utformade, att förhållandet mellan avståndet mellan närliggande organ, sett 1 rotorns omkretsriktning, och avståndet mellan separerings- piåtarna - liksom f örhillandet mellan varje organs utsträckning i rotorns omkretsriktning och avståndet mellan separeringsplåtarna - är mindre än 2.

Det nyss använda uttrycket ”i rotorns omkretsriktning" skall förstås såsom 'i riktningen för den geostrofiska atrömningen”. Det är inte 10 15 20 25 30 35 BNSDOCID: 457 612 säkert att strömningspåverkande organ erfordras över hela ovansidan av varje separeringsplât. Speciellt ifall ribbor eller andra scrömnings- hinder finns i plåtmellanrummen är det möjligt att strömningspåverkande organ kan undvaras över delar av nämnda ovansida.

I fig 5 visas en sektion genom delar av tvâ närbelägna separeringsplåtar hc och 4d samt mellanrummet mellan dessa. Ovansidan av den nedre plåten 4d uppvisar ett antal strömningspåverkande organ l7 (se även fig 4), vart och ett med en utsträckning l_längs plåtytan och en höjd h över densamma.

Avståndet mellan två närliggande strömningspåverkande organ är betecknat L och avståndet mellan separeringsplåtarna är betecknar §¿ Riktningen för den geostrofiska strömningen i plåtmellanrummet visas medelst en pil §¿ Allmänt accepterade teorier om s.k. Ekmanskikt visar att uppkomst av ett Ekmanskikt kräver en geostrofisk strömning en viss minsta sträcka längs en yta. Denna sträcka är relativt kort. Genom det ovan angivna förhållandet mellan avståndet mellan separeringsplåtarna och de strömningspåverkande organens inbördes avstånd resp. utsträckning längs ifrågavarande plåtyta, dvs, 1/H och L/H skall vara mindre än 2, uppkommer inget Ekmanskikt på separeringsplåtens bd ovansida vid i praktiken aktuella parametrar, såsom flöde, viskositet, rotationshastighet m.m., för centrifugalseparatorer av det slag som här avses. Vidare undviks genom det angivna förhållandet uppkomst av turbulens i plåtmellanrummet ovanför de strömningspåverkande organen 17.

Höjden h_av varje strömningsorgan 17 kan inom ramen för uppfinningen variera inom vida gränser. Företrädesvis ligger dock förhållandet h/H, dvs. förhållandet mellan varje organs höjd och avståndet mellan separeringsplåtarna, i intervallet 0,2 - 0,5- I en centrifugalseparator av det slag, för vilken uppfinningen är avsedd, är vanligen plåttjockleken hos separeringsplåtarna i storleksordningen 0,5 - 1,0 mm och avståndet (R) mellan närliggande plåtar i storleks- ordningen 0,S - l,S mm. Detta betyder att strömningspåverkande organ utformade enligt uppfinningen kan ha en höjd av exempelvis 0,1 - 0,7 mm 457 612 10 15 20 25 30 eNsDoc|o: och en utsträckning längs separeringsplåtytan tvärs den geostrofiska strömningen av exempelvis 0,2 - 3,0 mm.

Ovan har uppfinningen beskrivits tillämpad i ett fall då en dispersion innehå11er'ett dispergerat ämne som är tyngre än dis liga fas. persionens kontinuer- Såsom omfattas av efterföljande patentkrav, kan uppfinningen även tillämpas vid separering av ett dispergerat ämne som är lättare än dispersionens kontinuerliga fas, t.ex. separation av grädde från mjölk.

I detta fall skall de strömningspåverkande organen vara belägna på under- sidan av de koniska separeringsplåtarna, dvs. på den plåtsida från vilken det dispergerade ämnet rör sig på grund av centrifugalkraften under rotorns drift.

Som redan nämnts ovan behöver separeringsplåtarnas ovan- eller undersidor inte vara täckta med strömningspåverkande organ helt och hållet.

Beroende på utformningen av erforderliga distansorgan mellan separeringsplåtarna kan varierande riktningar hos den geostrofiska strömningen uppkomma.

Strömningspåverkande organ är viktigast i de områden av ett plattmellan- rum där den kraftigaste motströmningen kan förväntas mellan det separe- rade dispergerade ämnet och ett Ekmanskikt bildat till följd av den geostrofiska strömningen.

I det ovanstående har endast en form för de strömningspâverkande organen beskrivits. Vilken som nelst annan form för dessa är möjlig inom ramen för efterföljande patentkrav, vilken ger delar av skrovlig ytstruktur. separeringsplâtarna en En sktovlig ytstruktur kan vara svår eller dyrbar att åstadkomma hos separeringsplåtar av metall. Uppfinningen kan därför visa sig få användning 1 praktiken framför allt tillverkas i plast, då separeringsplåtarna varvid de strömningspâverkande organen görs i ett stycke med separeringsplåtarna.

Claims (6)

10 15 20 25 30 BNSDOCID: 457 612 Patentkrav

1. en vätska, innefattande en rotor (1) med en separeringskamare (3) och Centrifugalseparator för separering av ett ämne, som är dispergerat 1 med inlopp för en dispersion och utlopp för separerad vätska, en stapel av komiska separeringsplåtar (4) anordnad koaxiellt med rotorn 1 separeringskammaren (3), och strömningspåverkande organ (17) belägna i åtminstone en del av mellanrummen mellan separeringsplåtarna (4), vilka organ i vart och ett av mellanrummen är anordnade i kontakt med ytan av den ena separeringsplåt, från vilken det dispergerade ämnet avlägsnar sig under rotorns drift till följd av inverkan av centrifugalkraft, men på avstånd från ytan av den andra separeringsplåten, mot vilken det disper- gerade ämnet rör sig under rotorns drift till följd av inverkan av centrifugalkraft, så att ett utrymme bildas mellan organen och nämnda andra separeringsplåt, vilket medger strömning av suspension i rotorns omkretsriktning förbi organen, varvid de strömningspåverkande organen (17) bildar strömningsvägar mellan sig, vilka sträcker sig mellan radiellt yttre och inre områden av nämnda ena separeringsplåt. k ä n n e t e c k n a d a v - att de strömningspâverkande organen (17) - för att i väsentlig grad förhindra uppkomst av s.k. Ekmanskikt längs ytan av den nämnda ena senareringenlåten - är så utformade; att förhållandet (L/H) mellan avståndet (L) mellan närliggande strömningspåverkande organ, sett i rotorns omkretsriktning, och avståndet (H) mellan separeringsplåtarnas ytor - liksom förhållandet (l/H) mellan varje strömningspåverkande organs utsträckning (1) i rotorns omkretsriktning och avståndet (H) mellan separeringsplåtarnas ytor - är större än noll men mindre än 2, och att den nämnda andra separeringsplåtens yta mitt emot de strömnings- påverkande organen (17) är utformad på i och för sig känt sätt för erhållande av Ekmanskikt längs densamma under rotorns drift. 457 612 10 15 20 25 eNsooc|n 10

2. Centrifngalseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att de sttömningspåverkande organen (17) är så utformade Och pl&C6tade att de ger nämnda ena separeringsplåt en väsentligen homogen ytstruktur på åtminstone en del av dennas ena sida.

3. Centrifugalseparator enligt krav 1 eller 2, n a d k ä n n e t e c k - a v att de strömningspåverkande organen (17) har samma form.

4. Centrifugalseparator enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att varje strömningspåverkande organ (17) har väsentligen samma utsträck- ning i alla riktningar längs ytan av den nämnda ena separeringsplâten.

5. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, tecknad k ä n n e - att förhållandet (h/H) mellan varje strömnings- påverkande organs höjd (h) över ytan av den nämnda ena sepateringsplåten och avståndet (H) mellan separeringsplåtarnas ytor li 0,2 " 0,5- av gger 1 intervallet

6. Centrifngalseparator enligt något av föregående krav, t e c k n a d- k ä n n e - a v att förhållandet (L/H) mellan avståndet (L) mellan närliggande strömningspâverkande organ, sett 1 rotorns omkretsriktning, och avståndet (H) mellan separeringsplåtarnas ytor - liksom förhållandet (1/H) mellan varje strömningspåverkande organs utsträckning (1) 1 rotorns omkretsriktning och avståndet (H) mellan separeríngsplåtarnas ytor - är större än 0,2 men mindre än 1,0.