WO1988006921A1 - Centrifuge with chamber walls - Google Patents

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WO1988006921A1
WO1988006921A1 PCT/AT1988/000011 AT8800011W WO8806921A1 WO 1988006921 A1 WO1988006921 A1 WO 1988006921A1 AT 8800011 W AT8800011 W AT 8800011W WO 8806921 A1 WO8806921 A1 WO 8806921A1
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WO
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centrifuge
cup
chamber walls
rotation
boundary layer
Prior art date
Application number
PCT/AT1988/000011
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German (de)
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Inventor
Uwe Schaflinger
Original Assignee
Uwe Schaflinger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by Uwe Schaflinger filed Critical Uwe Schaflinger
Publication of WO1988006921A1 publication Critical patent/WO1988006921A1/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B1/00Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls

Definitions

  • the invention relates to centrifuges and cyclones with chamber walls. Such devices can be used to separate suspended particles from fluids, but also to enrich gas mixtures.
  • the suspended particles can be liquid or solid, the fluid can be a gas or a liquid.
  • the suspended particles form the discontinuous phase, the fluid the continuous phase. Which phase has the greater density depends on the particular suspension.
  • centrifuges and cyclones are not divided into closed chambers on the inside.
  • Existing internals in some constructions serve only for mechanical safety and do not affect the way the device is punctured.
  • Theoretical and experimental investigations show that the separation process in centrifuges and cyclones is always influenced by the Coriolis acceleration. It causes a reduction in the peripheral speed of the heavier phase compared to the apparatus rotating at a constant angular velocity, which significantly reduces the separation performance of such devices. An increase in the speed does not lead to a corresponding increase in the settling rate.
  • Modern separators usually consist of several hollow, cylindrical containers that are closed with conical lids. These are intended to increase the separation performance.
  • the mode of action is based on gravity sedimentation in containers with inclined walls.
  • a thin boundary layer of clear liquid forms on the front of each chamber and flows in relatively quickly (if the continuous phase is lighter than the suspended phase; in the opposite case, the clear liquid film is formed on the back of the chamber).
  • the installation of radial walls prevents the complete, relative rotation of the two phases to be separated and the separation performance of the apparatus depends on the shape of the lid. However, the previously mentioned instabilities of the flow could not be avoided.
  • a centrifuge with radial walls is also known from GB-A-2 143 752, in which the walls fulfill the stated task.
  • this is done in that the chamber walls are not arranged radially, but rather increasingly lead the radius with increasing distance from the axis of rotation in the direction of rotation w.
  • flat chamber walls are provided along secant sections of the circular outer wall, which is cheap and easy to manufacture. is.
  • this phase is suctioned off from the boundary layer.
  • the suction is preferably carried out through openings in the rear of the hollow chamber wall, which forms the front of the chamber.
  • a special plate shape is provided to support the separating effect of the chamber walls designed according to the invention: the plates should be ribbed in an approximately radial direction in order to allow the clear liquid to flow back without the formation of instabilities.
  • the disc shape should not be conical, but should have a shape which ensures that the normal component of the speed of the phase moving away from the lid is the same for all center distances.
  • cup centrifuges provide for the pivot axes of the individual cups to be arranged in such a way that the cup bottoms are pivoted in the direction of rotation of the centrifuge when pivoting upwards as a result of the centrifugal force. This brings the "wall” and “ceiling” of the cups closer to the positions of the walls of plate centrifuges.
  • the cups advantageously have a square or rectangular cross section. This creates surfaces that correspond to the chamber walls.
  • Fig. 1 shows a centrifuge according to the invention with the cover removed and four chambers; 2 shows a partial view of two adjacent plates of a plate centrifuge designed according to the invention;
  • FIG. 3 shows a comparison of the relationships between a cup centrifuge according to the invention and a cup centrifuge corresponding to the prior art
  • Fig. 4 shows another embodiment of a cup centrifuge according to the invention.
  • the axially extending chamber walls 3 installed between the outer cylinder 1 and the drive shaft 2 face According to the invention, a positive inclination over the radius r to use both the centrifugal acceleration and the Coriolis acceleration to form a convection flow in the plane perpendicular to the axis of rotation of the centrifuge.
  • the chamber walls 3 are curved in order to achieve a normal speed amount that is independent of the radius.
  • the special shape of the walls and the chamber angle ⁇ depends on the task. Smaller angles ⁇ - synonymous with a larger number of chambers - increase the separation performance, the minimum being given by the material properties of the suspension.
  • the solid can be e.g. by snails, can be removed from the apparatus. It is only important to ensure that the then unavoidable gap between the walls and sediment does not become too large to achieve an optimal separation effect.
  • a suspension 7 'with a heavier discontinuous phase is drawn in during the settling process.
  • a layer of already sedimented material forms on the outer wall 1 under the influence of centrifugal acceleration.
  • At the front of the chamber there is a boundary layer of the clear phase, which flows inwards in the boundary layer.
  • the continuous phase settles along the drive shaft 2.
  • a suspension 7 ′′ is shown with a lighter discontinuous phase during settling.
  • the clear boundary layer is created on the back of the chamber and flows outwards there.
  • the lighter sediment is deposited along wave 2.
  • the design-related spacers between the plates 6 are designed as chamber walls 3.
  • the upper chamber or - Underside forms on the upper chamber or - Underside a clear boundary layer.
  • the curve generating the plate 6 should only be a straight line with very slowly rotating separators. Since the radial speed of the two phases depends on the location and in order to avoid uncontrollable instabilities, the optimal curve results from the requirement that the normal component of the speed of the phase moving away from the cover is independent of the radius.
  • the cup centrifuge shown in section in FIG. 3 through the axis of rotation shows on the left a cup which, as is known in the prior art, swings out by the angle oc during centrifugation until it is deflected by equilibrium. Since at a given speed the particles move at different angles to the axis of rotation depending on the current distance from the axis of rotation 300 (in the case of a heavier disperse phase, the particles move within the center of gravity of the cup to the lower and outside to the upper cup wall), but the inclination of the cup walls 301 from depends on the position of the center of gravity of the cup and remains constant over the cup height no stable boundary layer formation.
  • the heavier phase moves reliably away from the inner cup wall 401 and towards the outer cup wall 402.
  • a stable boundary layer of clear liquid is formed on one of the two walls, which significantly speeds up the separation process.
  • the invention is not restricted to the examples described, but can be changed and adapted in various ways. So it is possible to vary the number of chambers and to design the shape of the chamber walls differently than specified. Aware of the Erfin It is easy for the specialist to find the cheapest solution for the respective application. With cup centrifuges it is also possible to achieve the formation of the boundary layer by changing the shape of the cups, it being necessary for at least one wall to be inclined more than the path lines of the phase of interest in its vicinity.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

To avoid undesirable instability and to improve separation effect, the chamber walls (3) are not disposed radially, but extend by an increasing distance along the radius in the direction of rotation (w) as the distance from the rotational axis (2) increases. A device for continuous operation involves sucking the continuous phase from the boundary layer, keeping said layer absolutely clean. Variations involve plate and bucket centrifuges.

Description

Zentrifuge mit Kammerwänden Centrifuge with chamber walls
Die Erfindung betrifft Zentrifugen und Zyklone mit Kammerwänden. Mit solchen Vorrichtungen lassen sich suspendierte Teilchen aus Fluiden abtrennen, aber auch Gasgemische anreichern. Die suspendierten Teilchen können flüssig oder fest sein, das Fluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Die suspendierten Teilchen bilden die diskontinuierliche Phase, das Fluid die kontinuierliche Phase. Welche Phase die größere Dichte aufweist, hängt von der jeweiligen Suspension ab.The invention relates to centrifuges and cyclones with chamber walls. Such devices can be used to separate suspended particles from fluids, but also to enrich gas mixtures. The suspended particles can be liquid or solid, the fluid can be a gas or a liquid. The suspended particles form the discontinuous phase, the fluid the continuous phase. Which phase has the greater density depends on the particular suspension.
Nach dem Stand der Technik sind kommerziell verwendete Zentrifugen und Zyklone in ihrem Inneren nicht in geschlossene Kammern unterteilt. Vorhandene Einbauten in einigen Konstruktionen dienen lediglich der mechanischen Sicherheit und betreffen nicht die Punktionsweise des Apparates. Theoretische und experimentelle Untersuchungen zeigen, daß der Trennvorgang in Zentrifugen und Zyklonen immer von der Coriolis-Beschleunigung beeinflußt wird. Sie bewirkt eine Reduktion der Umfangsgeschwindigkeit der schwereren Phase gegenüber dem mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden Apparat, was die Trennleistung solchen Vorrichtungen wesentlich verringert. Auch eine Erhöhung der Drehzahl führt nicht zu einer entsprechenden Steigerung der Absetzrate.According to the prior art, commercially used centrifuges and cyclones are not divided into closed chambers on the inside. Existing internals in some constructions serve only for mechanical safety and do not affect the way the device is punctured. Theoretical and experimental investigations show that the separation process in centrifuges and cyclones is always influenced by the Coriolis acceleration. It causes a reduction in the peripheral speed of the heavier phase compared to the apparatus rotating at a constant angular velocity, which significantly reduces the separation performance of such devices. An increase in the speed does not lead to a corresponding increase in the settling rate.
Moderne Separatoren bestehen in der Regel aus mehreren hohlen, zylindrischen Behältern, die mit kegelförmigen Deckeln verschlossen sind. Diese sollen eine Erhöhung der Trennleistung bewirken. Die Wirkungsweise ist der Schwerkraftsedimentation in Behältern mit geneigten Wänden nachempfunden.Modern separators usually consist of several hollow, cylindrical containers that are closed with conical lids. These are intended to increase the separation performance. The mode of action is based on gravity sedimentation in containers with inclined walls.
Seit kurzem ist aus theoretischen und experimentellen Arbeiten bekannt, daß die Behältergeometrie solcher Apparate nur geringen Einfluß auf die Absetzrate hat. Hinzu kommen durch die besondere Behälterform verursachte Instabilitäten, die zu einem Resuspendieren bereits abgesetzten Stoffs führen, sodaß die Trennleistung insgesamt deutlich unter die erwarteten Werte sinkt. Die Ursache liegt auch hier in der Wirkung der Coriolis-Beschleunigung auf die Strömung der beiden sich trennenden Stoffe. Wie auf einer Fachtagung berichtet wurde, läßt sich durch den Einbau von radialen Wänden, die den Ringraum zwischen der Welle und der Außenwand in geschlossene Kammern teilen, der negative Einfluß des Ccriolis-Effektes kompensieren. Es entsteht eine Konvektionsströmung der kontinuierlichen Phase innerhalt jeder Kammer, sodaß sich die azimutale Geschwindigkeit der schwereren Phase erhöht. An der Vorderseite jeder Kammer bildet sich eine dünne Grenzschicht klarer Flüssigkeit aus, die relativ rasch nach innen strömt (wenn die kontinuierliche Phase leichter ist als die suspendierte Phase; im umgekehrten Fall bildet sich der klare Flüßigkeitsfils an der Rückseite der Kammer). Zusätzlich wird durch den Einbau radialer Wände die vollständige, relative Rotation der beiden zu trennenden Phasen verhindert und die Trennleistung des Apparates wird von der Deckelfcrm abhängig. Die zuvor erwähnten Instabilitäten der Strömung konnten dadurch allerdings nicht vermieden werden.It has recently become known from theoretical and experimental work that the container geometry of such Apparatus has little influence on the sedimentation rate. In addition, there are instabilities caused by the special shape of the container, which lead to resuspending of the already settled substance, so that the overall separation performance drops significantly below the expected values. The cause here also lies in the effect of the Coriolis acceleration on the flow of the two separating substances. As was reported at a specialist conference, the negative influence of the Ccriolis effect can be compensated for by installing radial walls which divide the annular space between the shaft and the outer wall into closed chambers. A convection flow of the continuous phase arises within each chamber, so that the azimuthal velocity of the heavier phase increases. A thin boundary layer of clear liquid forms on the front of each chamber and flows in relatively quickly (if the continuous phase is lighter than the suspended phase; in the opposite case, the clear liquid film is formed on the back of the chamber). In addition, the installation of radial walls prevents the complete, relative rotation of the two phases to be separated and the separation performance of the apparatus depends on the shape of the lid. However, the previously mentioned instabilities of the flow could not be avoided.
Aus der GB-A-2 143 752 ist ebenfalls eine Zentrifuge mit radialen Wänden bekannt, bei der die Wände die genannte Aufgabe erfüllen.A centrifuge with radial walls is also known from GB-A-2 143 752, in which the walls fulfill the stated task.
Aus der AT-P3 376 923 ist ein konischer Teller eines Abscheiders bekannt, bei dem Spiralform aufweisende Rippen zum Zurückhalten der dispersen Phase vorgesehen sind, deren Tangente in jedem Punkt mit dem Geschwindigkeitsvektcr einen Winkel einschließt, der größer ist als der 30 - 60° betragende Reibungswinkel der dispersen Phase. Die genannten Instabilitäten werden bei keiner der Vorrichtungen beseitigt.From AT-P3 376 923 a conical plate of a separator is known, in which spirally shaped ribs are provided for retaining the disperse phase, the tangent of which at every point encloses an angle with the velocity vector which is greater than the 30-60 ° angle Angle of friction of the disperse phase. The instabilities mentioned are not eliminated in any of the devices.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Instabilitäten zu vermeiden und die Trennleistung der eingangs erwähnten Vorrichtungen weiter zu erhöhen. Dadurch kann auch der beträchtliche Energieaufwand verringert werden oder bei gleichem Energieaufwand die Trennung verbessert werden.It is an object of the invention to avoid the instabilities and to further increase the separation performance of the devices mentioned at the outset. As a result, the considerable amount of energy can be reduced or the separation can be improved with the same amount of energy.
Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Kammerwände nicht radial angeordnet sind, sondern mit zunehmendem Abstand von der Drehachse in Drehrichtung w zunehmend voreilend gegenüber dem Radius verlaufen.According to the invention, this is done in that the chamber walls are not arranged radially, but rather increasingly lead the radius with increasing distance from the axis of rotation in the direction of rotation w.
Im einfachsten Fall werden ebene Kammerwände entlang Sekantenabschnitten der kreisförmigen Aussenwand vorgesehen, was billig und einfach herzusteller. ist. In einer Variante, die es ermöglicht bei kontinuierlichem Betrieb die kontinuierliche Phase mit höchster Reinheit zu erhalten, ist das Absaugen dieser Phase aus der Grenzschicht vorgesehen.In the simplest case, flat chamber walls are provided along secant sections of the circular outer wall, which is cheap and easy to manufacture. is. In a variant which makes it possible to maintain the continuous phase with the highest purity during continuous operation, this phase is suctioned off from the boundary layer.
Bevorzugt erfolgt das Absaugen dabei durch Öffnungen in der Rückseite der hohl ausgeführten Kammerwand, die die Vorderseite der Kammer bildet.The suction is preferably carried out through openings in the rear of the hollow chamber wall, which forms the front of the chamber.
Bei Tellerzentrifugen ist in Übereinstimmung mit der Grundidee der Erfindung eine spezielle Tellerform zur Unterstützung des Trenneffektes der erfindungsgemäß ausgebildeten Kammerwände vorgesehen: Die Teller sollen in etwa radialer Richtung gerippt sein, um das Rückströmen der klaren Flüßigkeit ohne Ausbildung von Instabilitäten zu ermöglichen.In plate centrifuges, in accordance with the basic idea of the invention, a special plate shape is provided to support the separating effect of the chamber walls designed according to the invention: the plates should be ribbed in an approximately radial direction in order to allow the clear liquid to flow back without the formation of instabilities.
Insbesonders bei rasch rotierenden Tellerzentrifugen soll die Tellerform nicht kegelig sein, sondern eine Form aufweisen, die sicherstellt, daß die Normalkomponente der Geschwindigkeit der sich vom Deckel wegbewegenden Phase für alle Achsabstände gleich ist.Particularly in the case of rapidly rotating disc centrifuges, the disc shape should not be conical, but should have a shape which ensures that the normal component of the speed of the phase moving away from the lid is the same for all center distances.
Bei Becherzentrifugen liegen von Haus aus einzelne, aber bewegliche Kammern vor, deren Gleichgewichtslage während des Zentrifugierens jedoch nicht optimal ist. Erfindungsgemäß werden daher Anschläge vorgesehen, wodurch die Becherböden nicht so weit ausschwenken können, wie es der Gleichgewichtslage entspricht. Dadurch wird die in Ruhelage Innere Wand eines jeden Bechers während des Zentrifugierens steiler gehalten als es der Gleichgewichtslage entspricht, und die vom aktuellen Radius abhängige Zentrifugalbeschleunigung der die Schwerkraft überlagert ist, weist von dieser Wand weg, was die Ausbildung der gewünschten Grenzschicht bewirkt.In cup centrifuges, there are inherently individual, but movable chambers, their equilibrium position is not optimal during centrifugation. According to the invention, stops are therefore provided, so that the cup bottoms cannot swing out as far as the equilibrium position. As a result, the inner wall of each cup in the rest position is kept steeper than the equilibrium position during centrifugation, and the centrifugal acceleration, which is dependent on the current radius and is superimposed on gravity, points away from this wall, which causes the formation of the desired boundary layer.
In einer Ausgestaltung ist bei Becherzentrifugen vorgesehen, die Schwenkachsen der einzelnen Becher so anzuordnen, daß die Becherböden beim Schwenken nach oben zufolge der Zentrifugalkraft auch in Drehrichtung der Zentrifuge verschwenkt werden. Dadurch werden "Wand" und "Decke" der Becher den Lagen der Wände von Tellerzentrifugen angenähert. Vorteilhafterweise weisen die Becher einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf. Dadurch werden Flächen geschaffen, die den Kammerwänden entsprechen.In one embodiment, cup centrifuges provide for the pivot axes of the individual cups to be arranged in such a way that the cup bottoms are pivoted in the direction of rotation of the centrifuge when pivoting upwards as a result of the centrifugal force. This brings the "wall" and "ceiling" of the cups closer to the positions of the walls of plate centrifuges. The cups advantageously have a square or rectangular cross section. This creates surfaces that correspond to the chamber walls.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.The invention is explained in more detail with the aid of the drawings, without being restricted thereto.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zentrifuge mit abgenommenem Deckel und vier Kammern; Fig. 2 zeigt eine Teilansicht zweier benachbarter erfindungsgemäß gestalteter Teller einer Tellerzentrifuge;Fig. 1 shows a centrifuge according to the invention with the cover removed and four chambers; 2 shows a partial view of two adjacent plates of a plate centrifuge designed according to the invention;
Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Verhältnisse zwischen einer erfindungsgemäßen und einer dem Stand der Technik entsprechenden Becherzentrifuge und3 shows a comparison of the relationships between a cup centrifuge according to the invention and a cup centrifuge corresponding to the prior art
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Becherzentrifuge.Fig. 4 shows another embodiment of a cup centrifuge according to the invention.
Bei einer erfindungsgemäßen Zentrifuge weisen die zwischen dem Außenzylinder 1 und der Antriebswelle 2 eingebauten, sich axial erstreckenden Kammerwände 3 gegen über dem Radius r erfindungsgemäß eine positive Neigung
Figure imgf000007_0001
auf, um sowohl die Zentrifugalbeschleunigung als auch die Coriolis-Beschleunigung zur Ausbildung einer Konvektionsströmung in der Ebene senkrecht zur Drehachse der Zentrifuge auszunützen. Im Ausführungsbeispiel sind die Kammerwände 3 gekrümmt, um einen vom Radius unabhängigen Normalgeschwindigkeitsbetrag zu erreichen.
In a centrifuge according to the invention, the axially extending chamber walls 3 installed between the outer cylinder 1 and the drive shaft 2 face According to the invention, a positive inclination over the radius r
Figure imgf000007_0001
to use both the centrifugal acceleration and the Coriolis acceleration to form a convection flow in the plane perpendicular to the axis of rotation of the centrifuge. In the exemplary embodiment, the chamber walls 3 are curved in order to achieve a normal speed amount that is independent of the radius.
Die spezielle Form der Wände sowie der Kammerwinkel θ richtet sich nach der Aufgabenstellung. Kleinere Winkel θ - gleichbedeutend mit einer größeren Anzahl von Kammern - erhöhen die Trennleistung, wobei das Minimum durch die Stoffeigenschaften der Suspension gegeben ist.The special shape of the walls and the chamber angle θ depends on the task. Smaller angles θ - synonymous with a larger number of chambers - increase the separation performance, the minimum being given by the material properties of the suspension.
Der Feststoff kann, wie bisher üblich, z.B. durch Schnecken, dem Apparat entnommen werden. Es ist lediglich darauf zu achten, daß der dann unvermeidbare Spalt zwischen Wänden und Sediment nicht zu groß wird, um eine optimale Trennwirkung zu erzielen.As usual, the solid can be e.g. by snails, can be removed from the apparatus. It is only important to ensure that the then unavoidable gap between the walls and sediment does not become too large to achieve an optimal separation effect.
In der Kammer A der Zentrifuge gemäß Fig. 1 ist eine Suspension 7' mit schwererer diskontinuierlicher Phase während des Absetzvorganges eingezeichnet. Es bildet sich unter dem Einfluß der Zentrifugalbeschleunigung an der Außenwand 1 eine Schichte bereits sedimentierten Materials aus. An der Kammervorderseite entsteht eine Grenzschicht der klaren Phase, die in der Grenzschicht nach innen strömt. Die kontinuierliche Phase setzt sich entlang der Antriebswelle 2 ab.In the chamber A of the centrifuge according to FIG. 1, a suspension 7 'with a heavier discontinuous phase is drawn in during the settling process. A layer of already sedimented material forms on the outer wall 1 under the influence of centrifugal acceleration. At the front of the chamber there is a boundary layer of the clear phase, which flows inwards in the boundary layer. The continuous phase settles along the drive shaft 2.
In der Kammer B ist eine Suspension 7'' mit leichterer diskontinuierlichen Phase während des Absetzens dargestellt. In diesem Fall entsteht die klare Grenzschicht an der Kammerrückseite und strömt dort nach außen. Das leichtere Sediment lagert sich entlang der Welle 2 ab.In the chamber B, a suspension 7 ″ is shown with a lighter discontinuous phase during settling. In this case, the clear boundary layer is created on the back of the chamber and flows outwards there. The lighter sediment is deposited along wave 2.
Bei Tellerzentrifugen (Separatoren) (Bild 2) werden die konstruktionsbedingten Abstandshalterungen zwischen den Tellern 6 als Kammerwände 3 ausgebildet. Zusätzlich bildet sich auch an der Kammerober- oder -Unterseite eine klare Grenzschichte aus. Um das Rückströmen der klaren Flüssigkeit unterhalb der Teller (wenn die diskontinuierliche Phase die leichtere ist, strömt die kontinuierliche Phase dort nach aussen) einwandfrei zu gewährleisten, sollten diese gerippt ausgebildet sein, wobei sich die Höhe der einzelnen Sicken 5 wiederum aus der Aufgabenstellung ergibt und zumindest der Grenzschichtdicke entsprechen soll. Damit wird die Grenzschichte unterteilt, was einer engeren Kammerung entspricht.In plate centrifuges (separators) (Fig. 2), the design-related spacers between the plates 6 are designed as chamber walls 3. In addition, also forms on the upper chamber or - Underside a clear boundary layer. In order to ensure the backflow of the clear liquid underneath the plates (if the discontinuous phase is the easier one, the continuous phase flows outwards there), these should be ribbed, the height of the individual beads 5 again resulting from the task and should at least correspond to the boundary layer thickness. This divides the boundary layer, which corresponds to a narrower chambering.
Beim Zentrifugieren einer Suspension mit schwererer diskontinuierlicher Phase strömt die klare Grenzschicht der kontinuierlichen Phase an der Kammerunterseite entlang der Oberseite der Teller , die somit gerippt auszubilden ist .When centrifuging a suspension with a heavier discontinuous phase, the clear boundary layer of the continuous phase flows on the underside of the chamber along the top of the plates, which is therefore to be ribbed.
Die die Teller 6 erzeugende Kurve sollte nur bei sehr langsam rotierenden Separatoren eine Gerade sein. Da die radiale Geschwindigkeit der beiden Phasen vom Ort abhängig ist und um unbeherrschbare Instabilitäten zu vermeiden, ergibt sich die optimale Kurvenfcrm aus der Forderung, daß die Normalkomponente der Geschwindigkeit der sich vom Deckel wegbewegenden Phase vom Radius unabhängig ist.The curve generating the plate 6 should only be a straight line with very slowly rotating separators. Since the radial speed of the two phases depends on the location and in order to avoid uncontrollable instabilities, the optimal curve results from the requirement that the normal component of the speed of the phase moving away from the cover is independent of the radius.
Die in Fig. 3 im Schnitt durch die Drehachse dargestellte Becherzentrifuge zeigt links einen Becher, der wie im Stand der Technik bekannt, bis zu seiner Gleichgewichtsauslenkung um den Winkel oc während des Zentrifugierens ausschwenkt. Da bei gegebener Drehzahl die Partikel sich in Abhängigkeit vom momentanen Abstand von der Drehachse 300 in unterschiedlichen Winkeln zur Drehachse bewegen (bei schwererer disperser Phase bewegen sich die Partikel innerhalb des Becherschwerpunktes zur unteren, ausserhalb zur oberen Becherwand), die Neigung der Becherwände 301 aber von der Lage des Becherschwerpunktes abhängt und über die Becherhöhe konstant bleibt, kommt es zu keiner stabilen Grenzschichtausbildung.The cup centrifuge shown in section in FIG. 3 through the axis of rotation shows on the left a cup which, as is known in the prior art, swings out by the angle oc during centrifugation until it is deflected by equilibrium. Since at a given speed the particles move at different angles to the axis of rotation depending on the current distance from the axis of rotation 300 (in the case of a heavier disperse phase, the particles move within the center of gravity of the cup to the lower and outside to the upper cup wall), but the inclination of the cup walls 301 from depends on the position of the center of gravity of the cup and remains constant over the cup height no stable boundary layer formation.
Durch den erfindungsgemäßen Anschlag 403 zur Begrenzung des Schwenkwinkels α auf den kleineren Wert ß (rechts in Fig. 3), bewegt sich die schwerere Phase zuverläßig von der inneren Becherwand 401 fort und zur äusseren Becherwand 402 hin. Dabei wird an einer der beiden Wände eine stabile Grenzschicht klarer Flüssigkeit gebildet, die den Trennvorgang wesentlich beschleunigt.Due to the stop 403 according to the invention for limiting the swivel angle α to the smaller value β (on the right in FIG. 3), the heavier phase moves reliably away from the inner cup wall 401 and towards the outer cup wall 402. A stable boundary layer of clear liquid is formed on one of the two walls, which significantly speeds up the separation process.
Wie in Fig. 4 in Draufsicht dargestellt, ist es auch möglich, diesen Effekt an der vorderen, bzw. hinteren Wand eines Zentrifugenbechers zu erzielen, wenn die Schwenkachse des Bechers nicht, wie bekannt und auf der linken Seite bei 501 dargestellt, normal auf die Verbindungslinie Becherschwerpunkt-Drehachse 502-500 steht, sondern einen Winkel ß kleiner 90° aufweist. Die schwerere Phase, die sich in dieser Darstellung etwa radial nach außen und zufolge der Coriolisbeschleunigung nach hinten bewegt, bewegt sich dadurch zuverlässig von der vorderen Seite des Bechers fort und ermöglicht so auf einer der beiden Seiten die Ausbildung einer stabilen, die Absetzung beschleunigenden Flüssigkeitsgrenzschichte. Auch wenn die Becher nicht prismatisch, sondern zylindrisch sind, entsteht bei beiden erfindungsgemäßen Maßnahmen in Wandbereichen, die entsprechend orientiert sind, eine klare Grenzschichte, die die Trennung begünstigt.As shown in Fig. 4 in plan view, it is also possible to achieve this effect on the front or rear wall of a centrifuge cup if the pivot axis of the cup is not, as is known and shown on the left at 501, normal to the Connection line is the center of gravity of the axis of rotation 502-500, but has an angle ß less than 90 °. The heavier phase, which in this illustration moves approximately radially outwards and due to the Coriolis acceleration, moves reliably away from the front of the cup and thus enables the formation of a stable liquid boundary layer that accelerates the settling on one of the two sides. Even if the cups are not prismatic, but cylindrical, both measures according to the invention form a clear boundary layer in wall areas which are oriented accordingly, which favors the separation.
Im in Fig. 3 dargestellten Fall ähnelt die Wirkung einer in viele Kammern zerlegten Tellerzentrifuge, im in Fig. 4 dargestellten Fall einer in viele Kammern geteilten Zentrifuge gemäß Fig. 1.In the case shown in FIG. 3, the effect is similar to that of a plate centrifuge disassembled in many chambers; in the case shown in FIG. 4, it is similar to a centrifuge according to FIG.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann verschiedentlich verändert und angepaßt werden. So ist es möglich, die Anzahl der Kammern zu variieren und die Form der Kammerwände anders als angegeben zu gestalten. In Kenntnis der Erfin dung ist es für den Fachmann ein Leichtes, die für das jeweilige Einsatzgebiet günstigste Lösung zu finden. Es ist bei Becherzentrifugen auch möglich, die Ausbildung der Grenzschichte durch eine geänderte Gestalt der Becher zu erreichen, wobei notwendig ist, daß zumindest eine Wand stärker geneigt ist als es die Bahnlinien der interessierenden Phase in ihrer Nachbarschaft sind.The invention is not restricted to the examples described, but can be changed and adapted in various ways. So it is possible to vary the number of chambers and to design the shape of the chamber walls differently than specified. Aware of the Erfin It is easy for the specialist to find the cheapest solution for the respective application. With cup centrifuges it is also possible to achieve the formation of the boundary layer by changing the shape of the cups, it being necessary for at least one wall to be inclined more than the path lines of the phase of interest in its vicinity.
Es ist bei kontinuierlichem Betrieb selbstverständlich möglich, nicht nur die klare kontinuierliche Phase aus der Grenzschicht, bevorzugt an den Kammerwänden, abzusaugen, sondern auch die zu trennende Mischung durch Öffnungen in den Kammerwänden einzubringen, an denen keine klare Grenzschicht besteht. With continuous operation it is of course possible not only to suck off the clear continuous phase from the boundary layer, preferably on the chamber walls, but also to introduce the mixture to be separated through openings in the chamber walls where there is no clear boundary layer.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Zentrifuge mit Kammerwänden zwischer. einer Drehachse und einer kreisförmigen Außenwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwände (3) mit zunehmendem Abstand von der Drehachse (2) in Drehrichtung (w) zunehmend voreilend gegenüber dem Radius (r) verlaufen.1. Centrifuge with chamber walls between. an axis of rotation and a circular outer wall, characterized in that the chamber walls (3), with increasing distance from the axis of rotation (2) in the direction of rotation (w), increasingly lead the radius (r).
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ebene Kammerwände entlang Sekantenabschnitten der kreisförmigen Außenwand (1) vorgesehen sind.2. Centrifuge according to claim 1, characterized in that flat chamber walls are provided along secant sections of the circular outer wall (1).
3. Zentrifuge für kontinuierlichen Betrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Phase aus der Grenzschicht (4) abgesaugt wird. 3. Centrifuge for continuous operation according to one of claims 1 or 2, characterized in that the continuous phase is sucked out of the boundary layer (4).
4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen durch Öffnungen in den Seiten der hohl ausgeführten Kammerwände, an denen sich während des Zentrifugierens eine klare Grenzschicht (4) ausbildet, erfolgt. 4. Centrifuge according to claim 3, characterized in that the suction takes place through openings in the sides of the hollow chamber walls, at which a clear boundary layer (4) forms during centrifuging.
5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die als Tellerzentrifuge ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller (6) in radialer Richtung gerippt sind.5. Centrifuge according to one of claims 1 to 3, which is designed as a plate centrifuge, characterized in that the plates (6) are ribbed in the radial direction.
6. Tellerzentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller (6) eine Form aufweisen, durch die di.e Normalkomponenten der Geschwindigkeit der sich vom Deckel wegbewegenden Phase für alle Achsabstände gleich ist.6. Disc centrifuge according to claim 5, characterized in that the plates (6) have a shape by which the normal components of the speed of the phase moving away from the cover are the same for all center distances.
7. Becherzentrifuge, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlage vorgesehen sind, die die Becherböden nicht so weit nach außen und oben schwenken lassen wie es der Gleichgewichtslage entspricht.7. Cup centrifuge, characterized in that stops are provided which do not allow the cup bottoms to pivot as far outwards and upwards as it corresponds to the equilibrium position.
8. Becherzentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Becherböden beim Schwenken nach oben zufolge der Zentrifugalkraft auch in Drehrichtung derZentrifuge verschwenkt werden. Cup centrifuge according to claim 7, characterized in that the cup bottoms are also pivoted in the direction of rotation of the centrifuge when pivoting upwards due to the centrifugal force.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE280380C (en) *
FR333696A (en) * 1903-07-09 1903-12-01 Johan Olof Ohlsson Improvements made to the interior partitions of centrifugal turbines
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