WO2018134320A1

WO2018134320A1 - Zentrifuge

Info

Publication number: WO2018134320A1
Application number: PCT/EP2018/051240
Authority: WO
Inventors: Wilfried Mackel; Markus Fleuter; Thomas Bathelt; Axel BARTSCHER; Kristin Katja KETTERER
Original assignee: Gea Mechanical Equipment Gmbh
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2018-07-26
Also published as: DE102018101102A1; EP3570981A1; EP3570981B1

Abstract

Eine Zentrifuge mit einer um eine Drehachse (D) drehbaren Trommel (1) mit einem Durchflussweg für ein fließfähiges Produkt, der wenigstens ein Zulaufrohr (11), einen Verteiler (9) mit wenigstens einem oder mehreren Verteilerkanälen (12a, 12b) zur Zuleitung von Produkt in den Trommelinnenraum (6) und wenigstens einem Flüssigkeitsaustrag aufweist, wobei in den Durchflussweg wenigstens ein Strömungsgleichrichter (20) oder mehrere Strömungsgleichrichter (20) integriert ist/sind.

Description

Zentrifuge

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Derartige Zentrifugen sind in verschiedensten Ausgestaltungen bekannt, insbesondere in einer Ausgestaltung als Separator mit vertikaler Drehachse oder als Vollmantel- Schneckenzentrifuge mit vertikaler oder horizontaler Drehachse. Rein beispielhaft seien zum Stand der Technik die EP 1 008 391 B1 , die DE 1 875 987, die AT 374 120 genannt.

Eine gattungsgemäße Zentrifuge zur Verarbeitung fließfähiger bzw. flüssiger Produkte weist eine Reihe von Rohren und anderen Durchflussvolumina auf, die im Betrieb von dem zentrifugal zu verarbeitenden Produkt oder von einer der bei der zentrifugalen Trennung und/oder Klärung entstehenden Phasen durchflössen werden. Diese Rohre und sonstigen Volumina werden nachfolgend insgesamt Durchflusswege der Zentrifuge genannt. Zu diesen Durchflusswegen gehören ein Zulaufrohr, ein Verteiler mit Verteilerkanälen, ein Trommelinnenraum, ggf. - wenn vorhanden - ein Tellerpaket im Trommelinnenraum, einer oder mehrere Flüssigkeits-Ablaufkanäle im Inneren der Trommel, Kanäle in der/den Schälscheibe(n), einer oder mehrere Flüssigkeits- auslässe und ggf. ein Feststoffauslaß. Die Durchflusswege haben in der Regel jeweils verschiedene große Querschnitte und/oder eine verschiedene Konturgebung (z.B. kreisrunder Querschnitt, ovaler oder eckiger Querschnitt).

Ein mit der Zentrifuge zu verarbeitendes Produkt wird durch das Zulaufrohr in die sich drehende Trommel geleitet, in der es mit einem Verteiler auf Drehgeschwindigkeit der rotierenden Trommel beschleunigt und in den Trommelinnenraum geleitet wird. Dort findet die eigentliche zentrifugale Klärung und/oder Trennung statt. Sodann erfolgt ein Austrag der voneinander getrennten Phasen durch die entsprechenden Flüssigkeits- und/oder Feststoffauslässe.

Sowohl im Zulauf als auch bei dieser zentrifugalen Verarbeitung können sich lokal turbulente Strömungen bilden, welche den Betrieb der Zentrifuge negativ beeinflussen können, was z.B. zu Vibrationen der Zentrifuge, reduziertem Produktdurchsatz oder unvollständiger Klärung und/oder Trennung führen kann. Die Erfindung hat vor diesem Hintergrund die Aufgabe, die gattungsgemäße Zentrifuge im Sinne einer weitergehenden Reduzierung der Bildung turbulenter Strömung weiter zu entwickeln. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Geschaffen wird danach eine Zentrifuge mit einer um eine Drehachse drehbaren Trommel mit einem Durchflussweg für ein fließfähiges bzw. flüssiges Produkt, der wenigstens ein Zulaufrohr, einen Verteiler mit wenigstens einem oder mehreren Verteilerkanälen zur Zuleitung von Produkt in den Trommelinnenraum und wenigstens einen Flüssigkeits- austrag aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Durchflussweg wenigstens ein Strömungsgleichrichter oder mehrere Strömungsgleichrichter integriert ist/sind.

Der Strömungsgleichrichter ist eine Einrichtung zur Minderung turbulenter Strömungen. Durch den Strömungsgleichrichter wird auf einfache Weise jedenfalls lokal im Bereich des Strömungsgleichrichters und in dessen Anschluss eine Reduzierung des Effektes turbulenter Strömungen erreicht. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Betrieb der Zentrifuge aus. Es können auch mehrere der Strömungsgleichrichter vorgesehen sein. Derart werden die Vibrationen der Zentrifuge verringert und die Folgen eines reduzierten Produktdurchsatzes oder einer unvollständigen Klärung und/oder Tren- nung gemindert oder verhindert.

Dabei weist der wenigstens eine Strömungsgleichrichter eine oder mehrere Stufen auf. Durch einen mehrstufigen Aufbau ist es insbesondere möglich, mehrere konstruktiv verschieden ausgelegte Abschnitte in nur einem Strömungsgleichrichter zu kombinieren, was in einer besonders vorteilhaften Beeinflussung der Strömungsverhältnisse resultiert.

Es hat sich weiter als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass eine oder mehrere Stufen des Strömungsgleichrichters in einem sich im Betrieb nicht drehenden Bauteil des Separators ausgebildet sind. Denn an diesem oder diesen sich nicht drehenden Bauteilen wirkt sich der Strömungsgleichrichter besonders vorteilhaft auf den Betrieb der Zentrifuge aus, was insbesondere in einem gleichmäßigeren bzw. schwingungsärmeren Rotationsverhalten resultiert und/oder ein verbessertes Trennverhalten der Suspension zur Folge hat. So kann oder können vorteilhaft eine oder mehrere Stufen in einem oder mehreren der folgenden sich im Betrieb nicht drehenden Bauteil(en) der Zentrifuge vorgesehen sein: im Zulaufrohr und/oder in einem Flüssigkeitsablauf oder in mehreren Flüssigkeitsabläufen zur Ableitung einer Flüssigkeitsphase aus der Trommel, insbesondere in einer oder mehreren der ggf. als Flüssigkeitsablauf vorgesehenen einen oder mehreren Schälscheiben und/oder an einem Ablaufrohr. Eine besonders signifikante Verringerung von Schwingungen konnte durch einen Strömungsgleichrichter im Zulaufrohr erreicht werden. Optional ist es auch denkbar, wenn eine oder mehrere weitere Stufen des ein- oder mehrstufigen Strömungsgleichrichters an einem oder mehreren der folgenden sich im Betrieb drehenden Bauteil(e) der Zentrifuge vorgesehen ist: in einem oder mehreren Verteilerkanälen des Verteilers, und/oder wenigstens einem Ablaufkanal für eine leichte oder schwere Flüssigkeitsphase, insbesondere am Verteiler oder oberhalb eines Scheidetellers, und/oder in einem oder mehreren Tellerspalten zwischen Tellern eines ggf. vorhandenen Tellerpaketes.

Konstruktiv kann vorteilhaft wenigstens eine Stufe des Strömungsgleichrichters als Strömungshomogenisator ausgebildet sein. Der Strömungshomogenisator ist derart ausgestaltet, dass sich über seinen Querschnitt eine im Wesentlichen konstante

Strömungsgeschwindigkeit der ihn durchströmenden Flüssigkeit ergibt. Anders als in einem freien Rohr ist die Strömungsgeschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit innen nicht oder nicht wesentlich höher als am Rand des Rohres. Dies mindert das Auftreten von Druckunterschieden.

Nach einer weiteren konstruktiven Variante kann ferner wenigstens eine Stufe des Strömungsgleichrichters als Strömungslaminator ausgebildet sein. Der Strömungslaminator unterteilt den Rohrabschnitt, in den er eingesetzt oder in dem er ausgebildet ist, in zwei oder mehr Einzelkanäle. Derart wird im Bereich dieser Einzelkanäle und auch in dem darauffolgenden Rohrabschnitt eine weitgehend laminare Strömung erreicht, in dem kaum Turbulenzen vorhanden sind.

Dabei ist eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung einer oder mehrerer Stufen„Strömungshomogenisator" und/oder einer oder mehrerer Stufen„Strömungslaminator" besonders hervorzuheben: Sowohl der Strömungshomogenisator als auch der Strömungslaminator im Zulauf wirken mit ihren Oberflächen wie eine Ansammlung von Füllkörpern, wodurch das Koaleszenzverhalten der hierdurch fließenden Suspension positiv beeinflusst wird. Das bedeutet, dass an den Oberflächen das Agglomerieren von Teilchen begünstigt wird, was zu größeren Teilchen der jeweiligen Phasen der Suspension führt. Diese größeren Teilchen in den jeweiligen Phasen begünstigen den anschließenden zentrifugalen Trennprozess.

Diese beschriebene zusätzliche vorteilhafte Wirkung beschränkt sich nicht darauf, dass eine oder mehrere Stufen„Strömungshomogenisator" und/oder eine oder mehrere Stufen„Strömungslaminator" in dem stehenden Zulaufrohr oder einem Ablauf innerhalb der Zentrifugentrommel integriert sind, sondern kann auch erzielt werden, wenn diese Komponente/n in einem Zulaufrohr der Zentrifuge (also upstream) installiert wird/werden, das nicht bis in die Trommel hineinragt. In diesem Sinne sind auch eine Zulaufleitung oder Ablaufleitung zur Zentrifuge oder von der Zentrifuge weg ganz außerhalb der Trommel als Teil der Zentrifuge im Sinne der Ansprüche zu betrachten.

Vorzugsweise bewirken eine oder mehrere Stufen des Strömungsgleichrichters eine Minderung des Auftretens turbulenter Strömungen.

Zudem beeinflussen der Strömungshomogenisator und/oder der Strömungslaminator positiv das Koaleszenzverhalten der hierdurch fließenden Suspension. Um eine besonders vorteilhafte Variante auszubilden, kann vorgesehen sein, dass der Strömungsgleichrichter in Strömungsrichtung in Reihe geschaltet zumindest die zwei Stufen Strömungshomogenisator und Strömungslaminator - vorzugsweise in Strömungsrichtung in dieser Reihenfolge - aufweist. Sodann kann optional vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens eine Stufe - insbesondere eine letzte Stufe - des Strömungsgleichrichters als Blende ausgebildet ist. Die Blende weist eine Querschnittsreduzierung auf, in welcher der Querschnitt im Vergleich zum Querschnitt des Rohres vor und hinter der Blende geringer bzw. verkleinert ist. Erreicht wird derart eine definierte Ablösung der Flüssigkeitsströmung bei dem Übergang von einer Rohrströmung in eine Freistrahlströmung, so dass die La- minarität der Flüssigkeitsströmung aus einer oder mehr vorhergehenden Stufen erhalten bleibt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Trommel und Haube von einem Separator;

Fig. 2 einen Abschnitt eines Separators ähnlich zu Fig. 1 mit einem in einem

Zulaufrohr angeordneten Strömungsgleichrichter;

Fig. 3 einen Abschnitt des Separators aus Fig. 1 mit einem in einem Verteilerkanal angeordneten Strömungsgleichrichter;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Tellerspaltes zwischen zwei Trenntellern des Separators aus Fig.1 mit zwei unterschiedlichen in diesem Tellerspalt angeordneten Strömungsgleichrichtern; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Strömungslaminators.

Fig. 1 zeigt eine drehbare Trommel 1 einer Zentrifuge, die als Separator mit vertikaler Drehachse ausgebildet ist.

Die Trommel 1 ist ein Teil eines sich im Betrieb um die vertikale Drehachse drehenden bzw. rotierenden Systems des Separators. Daneben weist der Separator auch sich im Betrieb nicht drehende Komponenten auf, die insofern nicht dem rotierenden System zugehören. Der Separator kann insofern neben der Trommel 1 noch weitere - hier nicht sämtlich dargestellte - Komponenten wie einen Steuerungsrechner, einen Antriebsmotor zum Drehen der Trommel, eine Haube 30, einen Feststofffänger 40 usw. aufweisen.

Die auf eine drehbar gelagerte Antriebsspindel 2 aufgesetzte drehbare Trommel 1 ist vorzugsweise - aber nicht zwingend - für einen kontinuierlichen Betrieb - d.h. die kontinuierliche und nicht chargenweise Verarbeitung eines Produktes - ausgelegt. Die Trommel 1 besteht aus einem Unterteil 3 und einem Oberteil 4. In das Unterteil 3 ist ein Kolbenschieber 5 eingesetzt. In der konischen bzw. hier sogar doppelt-konisch geformten Trommel 1 ist im Trommelinnenraum 6 ein Tellerpaket 7 aus konischen Trenntellern 8 angeordnet. Die Trennteller 8 sind auf einem Verteilerschaft 9 eines Verteilers 10 angeordnet. Die in diesem Absatz vorstehend erwähnten Komponenten gehören zum sich drehenden System des Separators. In diesem Zusammenhang ist auch zu erwähnen, dass sich mit der Erfindung insbesondere auch der Betrieb eines solchen Separators oder Dekanters optimieren lässt, in dessen Trommel ein solches Tellerpaket 7 aus Trenntellern 8 ausgebildet ist. Ein Zulaufrohr 1 1 dient zur Zuleitung eines zu verarbeitenden fließfähigen Produktes in die Trommel 1 (Strömungsrichtung hier: von oben nach unten). Das Zulaufrohr 1 1 ist hier als sich im Betrieb nicht drehendes, stillstehendes Element ausgebildet. Es erstreckt sich konzentrisch zur Drehachse in die Trommel 1 . Nach Fig. 1 und 2 ragt es in bevorzugter - aber nicht zwingender - Ausgestaltung von oben in die Separa- tortrommel 1 . Es kann sich aber auch von unten in die Trommel 1 erstrecken.

Das aus dem freien Ende des Zulaufrohrs 1 1 austretende Produkt strömt in sich radial erstreckende Verteilerkanäle 12a, b des Verteilers 10 und wird in diesen infolge der Drehungen der sich drehenden Separatortrommel 1 mitgedreht bzw. in Umfangs- richtung beschleunigt.

Die Verteilerkanäle 12a, b (Strömungsrichtung radial nach außen) münden in den Trommelinnenraum 6 mit dem Tellerstapel 7. In dem Trommelinnenraum 6 - auch Schleuderraum genannt - erfolgt eine Klärung des Produktes von Feststoffen sowie - hier nicht dargestellt - ggf. optional eine Trennung in zwei oder mehr Flüssigkeitsphasen unterschiedlicher Dichte.

Bei einer Klärung fließt der Feststoff aus dem Tellerpaket 7 radial nach außen und die Flüssigkeitsphase radial nach innen, wo sie radial innen am Tellerpaket 7 in ei- nem Ablaufkanal 13 radial nach oben geleitet wird.

Sofern auch oder alternativ eine Trennung in zwei Flüssigkeitsphasen verschiedener Dichte erfolgt, wird die leichtere Flüssigkeitsphase ebenfalls durch einen solchen Ablaufkanal 13 innen am Tellerpaket 7 abgeleitet, während die schwerere Flüssigkeits- phase radial nach außen aus dem Tellerpaket 7 fließt und dort durch einen weiteren Ablaufkanal geleitet wird. Dieser ist beispielsweise zwischen einem Scheideteller oberhalb des Tellerpakets 7 und dem Trommeloberteil 4 ausgebildet (hier nicht dargestellt).

Zur Ableitung der wenigstens einen Flüssigkeitsphase L - Fig. 1 - oder der mehreren Flüssigkeitsphasen dienen einer oder mehrere Auslässe für eine Flüssigkeitsphase L. Nach Fig. 1 ist ein einziger Flüssigkeitsauslass vorgesehen. Die (aus dem Tellerstapel 7 innen radial nach innen hin ablaufende Flüssigkeit strömt in eine Schälscheibenkammer 14, die sich mit der Trommel 1 dreht und als hier oberer abschließender Teil dieser Trommel 1 ausgebildet ist. In der Schälscheibenkammer 14 ist eine sich hier nicht drehende Schälscheibe 15 angeordnet, die den Flüssigkeitsauslass bildet.

Die Schälscheibe 15 weist einen in der Schälscheibenkammer 12 angeordneten Scheibenabschnitt 1 6 auf sowie einen an einem inneren Radius des Scheibenabschnittes 1 6 ansetzenden und von dort aus der Schälscheibenkammer 14 und der gesamten Trommel 1 nach außen vorstehenden Schälscheibenschaft 17, der in eine Leitung 18 außerhalb der Trommel 1 mündet.

Der wenigstens eine Einlass der Schälscheibe 15 liegt vorzugsweise am Außenradius des Scheibenabschnitts 1 6. Von diesem wenigstens einen Einlass aus fließt die Flüssigkeit in dem Scheibenabschnitt 1 6 radial nach innen (in wenigstens einem ra- dialen Kanal) und strömt dann durch den Schälscheibenschaft 17 axial nach oben aus der Trommel und aus dem sich drehenden System 1 . Die Schälscheibe 15 arbeitet nach dem Prinzip einer Zentripetalpumpe. Sofern eine weitere Flüssigkeitsphase abzuleiten ist, erfolgt deren Ableitung über einen weiteren Flüssigkeitsablauf, ggf. über eine weitere Schälscheibe.

Die Feststoffe werden durch umfangsverteilte, sich radial erstreckende Austrittsöffnungen 19 vorzugsweise im Bereich des größten Radius/Umfangs der Zentrifugentrommel aus der Zentrifugentrommel 1 nach außen ausgestoßen. Die Austrittsöffnungen 19 können als Düsen ausgebildet sein, durch die kontinuierlich Feststoffe ausgestoßen werden (nicht dargestellt). Ihnen kann alternativ aber auch ein Öffnungs- und Schließmechanismus zugeordnet sein. Nach Fig. 1 und Fig. 2 ist dazu in dem Trommelunterteil 2 der hydraulisch betätigbare Kolbenschieber 5 vorgesehen, mit dem die Austrittsöffnungen 19 diskontinuierlich geöffnet und wieder verschlossen werden können.

Zur Optimierung des Strömungsverhaltens ist vorgesehen, in den Durchflussweg der Zentrifuge wenigstens einen oder mehrere Strömungsgleichrichter 20 - siehe Fig. 2 bis 4 - zu integrieren.

Der Strömungsgleichrichter 20 ist eine Einrichtung zur Minderung turbulenter Strömungen. Der Strömungsgleichrichter 20 kann eine oder mehrere Stufen 20a, 20b, 20c aufweisen.

Der wenigstens eine Strömungsgleichrichter 20 wird vorzugsweise in einen Abschnitt der Durchflusswege integriert, der rohrartig ausgebildet ist. Er wird vorzugsweise in diesen rohrartigen Abschnitt eingesetzt. Nachfolgend wird beispielhaft anhand eines in das Zulaufrohr 1 1 eingesetzten Strömungsgleichrichters 20 dessen bevorzugter Aufbau unter Bezug auf Fig. 2 erörtert.

Der Strömungsgleichrichter 20 - siehe Fig. 2 - unterteilt den Querschnitt dieses rohrartigen Abschnitts über seine gesamte Länge oder einen Teil seiner Länge in mehrere im Vergleich zum Gesamtquerschnitt kleinere Einzelquerschnitte und/oder Kam- mern. Dies dient zur Erzeugung weniger turbulenter Strömungen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist wenigstens eine Stufe 20a des Strömungsgleichrichters 20 als Strömungshomogenisator 21 ausgebildet. Der Strö- mungshomogenisator 21 ist derart ausgestaltet, dass sich über seinen Querschnitt eine im Wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Anders als in einem freien Rohr ist die Strömungsgeschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit innen nicht oder nicht wesentlich höher als am Rand des Rohres. Der Strömungshomogenisator 21 weist dazu Wandungen auf, welche den Rohrabschnitt im Bereich des Strömungshomogenisators 21 in eine Vielzahl miteinander strömungstechnisch verbundener Kammern 21 a, b, c, ... unterteilen. Vorzugsweise weisen die Kammern 21 a, b, c, ... eine schwamm-, sieb- und/oder geflechtartige Struktur auf. Die Kammern 21 a, b, c sorgen über den Gesamtquerschnitt für eine Vereinheitlichung der Strömungsgeschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit. Derart wird im Bereich dieser Kammern 21 a, b, c, ... und auch in dem drauf folgenden Rohrabschnitt eine weitgehend gleichmäßige Strömung und ein weitge- hend gleicher Druck über den Querschnitt in diesem Abschnitt erreicht.

Der Strömungshomogenisator 21 weist hier einen konstanten Durchmesser D1 quer zur Haupterstreckungsrichtung X und eine Länge L1 auf. Für eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömung zur Unterdrückung turbulenter Strömungen ist nach Versu- chen vorteilhaft, wenn D1 und L1 folgende Bedingung erfüllen:

0,5 <= L1 /D1 <= 5.

Der Strömungshomogenisator 21 bildet vorzugsweise die erste Stufe von mehreren Stufen 20a, b, c des Strömungsgleichrichters 20. Ein weiterer Vorteil besteht in einer vorteilhaften Beeinflussung des Trennvorganges durch Tröpchenbildung in einer Flüssigkeitsphase einer Dispersion.

Wenigstens eine Stufe 20b des Strömungsgleichrichters 20 kann vorteilhaft als Strömungslaminator 22 ausgebildet sein. Der Strömungslaminator 22 unterteilt den Rohrabschnitt, in den er eingesetzt oder in dem er ausgebildet ist, in zwei oder mehr Einzelkanäle 22a, b, c, .... Die Einzelkanäle 22a, b, c, .... sind nach einer Variante ganz oder im Wesentlichen voneinander strömungstechnisch getrennt. Sie können aber auch miteinander (quer) verbunden sein, um unterschiedlichen Drücken entge- genzuwirken. Sie weisen vorzugsweise relativ glatte Innenwände auf. Die Strömungsgeschwindigkeit in ihnen beträgt vorzugsweise 0,1 m/sec bis 20 m/sec.

Vorzugsweise erstrecken sich die Einzelkanäle 22a, b, c, d, abschnittsweise oder über ihre gesamte Länge parallel zueinander. Derart wird im Bereich dieser Einzel- kanäle 22a, b, c, ... und auch in dem darauffolgenden Rohrabschnitt eine weitgehend laminare Strömung erreicht, in dem kaum Turbulenzen vorhanden sind.

Die Einzelkanäle 22a, 22b, 22c, ... können als parallel verlaufende Kanäle in einem einstückigen Materialblock 22^* ausgebildet sein (siehe Fig. 5). Dieser Materialblock 22^* kann aus einem Keramik-, einem Metall und/oder einem Kunststoff material bestehen. Alternativ können die Einzelkanäle 22a, b, c, ... aber auch als Einzelröhrchen ausgebildet sein, die zu einem Rohrbündel zusammengefasst sind (nicht dargestellt). Die Einzelkanäle 22a, b, c, ... können einen runden oder eckigen Querschnitt auf- weisen.

Der Strömungslaminator 22 bildet vorzugsweise die zweite Stufe von mehreren Stufen 21 , 22, 23 des Strömungsgleichrichters 20 aus. Der Strömungslaminator 22 weist einen Durchmesser D2 quer zur Haupterstre- ckungsrichtung X und eine Länge L2 auf. Für eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömung zur Unterdrückung turbulenter Strömungen ist nach Versuchen vorteilhaft, wenn D2 und L2 folgende Bedingung erfüllen: 0,5 <= L2/D2 <= 10.

Wird das Verhältnis L2/D2 zu klein, ist die Wirkung zu gering. Wird es zu groß, erhöht sich der Strömungswiderstand zu hoch. Der Abstand zwischen dem Strömungshomogenisator 21 und dem Strömungslaminator 22 sei mit 11 bezeichnet (siehe Fig. 2). Für eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömung zur Unterdrückung turbulenter Strömungen ist nach Versuchen vorteilhaft, wenn 11 und L1 folgende Bedingung erfüllen: 0 <= I1 /L1 <= 1 .

Wird das Verhältnis I1 /L1 zu groß (>1 ), lässt der erreichte strömungstechnische Vorteil vor Erreichen der nächsten Stufe relativ stark nach. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist sodann wenigstens eine Stufe 20c des Strömungsgleichrichters 20 als Blende 23 ausgebildet. Die Blende 23 weist eine Querschnittsreduzierung 23a auf, in welcher der Querschnitt im Vergleich zum Querschnitt des Rohres vor und hinter der Blende 23 geringer bzw. verkleinert ist. Die Kontur der Querschnittsreduzierung 23a kann sowohl auf der Zulauf- als auch auf der Ablaufseite scharfkantig, gerundet oder konisch (wie dargestellt) sein.

Aufgabe der Blende ist eine definierte Ablösung der Flüssigkeitsströmung bei dem Übergang von einer Rohrströmung in eine Freistrahlströmung, so dass die Laminari- tat der Flüssigkeitsströmung erhalten bleibt.

Die Blende 23 weist einen Außendurchmesser D3 quer zur Haupterstreckungsrich- tung X und einen Innendurchmesser d3 sowie eine Länge L3 auf. Für eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömung zur Unterdrückung turbulenter Strömungen ist es nach Versuchen vorteilhaft, wenn D3, d3 und L3 folgende Bedingung erfüllen:

0,1 <= L3/D3 <= 2,

0,5 <= d3/D3 <= 0,95. Liegt entweder das Verhältnis L3/D3 oberhalb des angegeben Wertbereiches bzw. das Verhältnis d3/D3 unterhalb des angegeben Wertebereiches, wird der Strömungswiderstand der Blende 23 unvorteilhaft groß.

Liegt das Verhältnis d3/D3 oberhalb des angegeben Wertebereiches, ist die in die- sen Zusammenhang angestrebte Wirkung der Blende 23 kaum noch oder nicht mehr hinreichend gegeben.

Liegt es unterhalb des angegeben Wertes, ist die Wirkung der Blende 23 kaum noch oder nicht mehr hinreichend gegeben.

Der Abstand zwischen dem Strömungslaminator 22 und der Blende 23 wird mit 12 bezeichnet. Für eine vorteilhafte Beeinflussung der Strömung zur Unterdrückung turbulenter Strömungen ist nach Versuchen weiter vorteilhaft, wenn 12 und L2 folgende Bedingung erfüllen:

0 <= I2/L2 <= 1 . Wird das Verhältnis I2/L2 zu groß (>1 ), lässt der erreichte strömungstechnische Vorteil vor Erreichen der nächsten Stufe relativ stark nach.

Eine besonders vorteilhafte Verringerung von Turbulenzen kann dadurch erreicht werden, dass eine, zwei oder sämtliche drei der vorstehend beschriebenen Stufen 20a, 20b, 20c in einer Durchflusspassage bzw. einem Durchflussweg, insbesondere in einem Rohrabschnitt, hintereinander angeordnet sind und zwar vorzugsweise - aber nicht zwingend - in der beschriebenen Reihenfolge. Dabei ist der wenigstens eine Strömungsgleichrichter 20 ganz oder es sind zumindest einzelne der Stufen des wenigstens einen Strömungsgleichrichters 20 an einem sich im Betrieb der Zentrifuge nicht drehenden Teil ausgebildet. Es können aber auch optional eine oder mehrere weitere Stufen des wenigstens einen Strömungsgleichrichters oder weitere Strömungsgleichrichter insgesamt an einem sich im Be- trieb der Zentrifuge drehenden Teil ausgebildet sein. Zu den nicht drehenden Teilen können das Zulaufrohr 1 1 , eine oder mehrere Schälscheiben 15 und/oder ein Ablaufrohr in Strömungsrichtung hinter der Schälscheibe 15 gehören. Zu den sich drehenden Teilen können insbesondere einer (siehe Fig. 3) oder mehrere Verteilerkanäle 12a, 12b, der oder die Tellerspalte zwischen zwei benachbarten Trenntellern 8 des Tellerpakets 7 (siehe Fig. 4, Strömungsrichtung radial nach innen) und/oder einer oder mehrere Ablaufkanäle 13 (für eine leichte oder schwere Phase, insbesondere nah am Verteiler/Zulaufrohr oder oberhalb eines Scheidetellers) im sich drehenden System gehören. Sowohl an den sich im Betrieb nicht drehenden Komponenten als auch an sich drehenden Komponenten bewirkt der jeweilige Strömungsgleichrichter 20 eine Verringerung der turbulenten Strömungen. Dabei ist eine Unwuchtbildung durch eine geeignete Verteilung mehrerer Strömungsgleichrichter zu vermeiden, beispielsweise, indem jeweils in jeden Verteilerkanal ein Strömungsgleichrichter eingesetzt wird. Eine besonders vorteilhafte Verringerung von Turbulenzen kann dadurch erreicht werden, dass eine, zwei oder sämtliche drei der vorstehend beschriebenen Stufen in einem Rohrabschnitt hintereinander angeordnet sind. Die Elemente des Strömungsgleichrichters können auf verschiedenste Weise hergestellt sein, so auch im 3-D-Druck oder durch ein sonstiges Herstellverfahren wie Schweißen, Löten, Stanzen, Bohren, Fräsen, Spritzguss, Kleben, Fügen und/oder Pressen.

Die Erfindung eignet sich nicht nur für Separatoren mit vertikaler Drehachse sondern auch für andere Zentrifugen, beispielsweise auch für Vollmantel- Schneckenzentrifugen mit oder ohne Tellerpaket.

Bezugszeichen

Trommel 1

Antriebsspindel 2

Unterteil 3

Oberteil 4

Kolbenschieber 5

Trommelinnenraum 6

Tellerpaket 7

Trennteller 8

Verteilerschaft 9

Verteiler 10

Zulaufrohr 1 1

Verteilerkanäle 12

Ablaufkanal 13

Schälscheibenkammer 14

Schälscheibe 15

Scheibenabschnitt 1 6

Schälscheibenschaft 17

Leitung 18

Austrittsöffnungen 19

Strömungsgleichrichter 20

Stufen 20 a; b; c

Strömungshomogenisator 21

Kammern 21 a, b

Strömungslaminator 22

Materialblock 22^* Einzelkanäle 22a, b Blende 23

Querschnittsreduzierung 23a Haube 30

Feststofffänger 40

Drehachse D

Flüssigkeitsphasen L

Haupterstreckungsrichtung X

Claims

Ansprüche

Zentrifuge mit einer um eine Drehachse (D) drehbaren Trommel (1 ) mit einem Durchflussweg für ein fließfähiges Produkt, der wenigstens ein sich im Betrieb nicht drehendes Zulaufrohr (1 1 ), sowie in der Trommel (1 ) einen Verteiler (9) mit wenigstens einem oder mehreren Verteilerkanälen (12a, 12b) zur Zuleitung von Produkt in den Trommelinnenraum (6) und wenigstens einen Flüssigkeits- austrag aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Durchflussweg wenigstens ein Strömungsgleichrichter (20) integriert ist, wobei der wenigstens eine Strömungsgleichrichter (20) eine oder mehrere Stufen (20a, 20b, 20c) aufweist, wobei wenigstens eine Stufe (20a) des Strömungsgleichrichters als Strömungshomogenisator (21 ) oder als Strömungslaminator (22) ausgebildet ist und wobei die eine oder wenigstens eine der ggf. mehreren Stufen des wenigstens einen Strömungsgleichrichters in wenigstens einem Durchströmweg eines sich im Betrieb nicht drehenden Bauteils des Separators ausgebildet ist/sind.

Zentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Trommel (1 ) ein Tellerpaket (7) aus Trenntellern (8) angeordnet ist.

Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsgleichrichter in Strömungsrichtung in Reihe geschaltet zumindest ein als Strömungshomogenisator (21 ) ausgebildete Stufe und eine als Strömungslaminator (22) ausgebildete Stufe aufweist.

Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator (21 ) derart ausgestaltet ist, dass sich über seinen Querschnitt eine im Wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit ergibt.

Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator (21 ) Wandungen aufweist, welche diesen in eine Vielzahl miteinander strömungstechnisch verbundener Kammern (21 a, b, c, ...) unterteilen.

6. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator (21 ) eine schwamm-, sieb- und/oder geflechtartige Struktur aufweist.

7. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator (21 ) einen Durchmesser D1 quer zur Haupterstreckungsrichtung X und eine Länge L1 aufweist, wobei gilt:

0,5 <= L1 /D1 <= 5.

8. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator (21 ) die erste Stufe von mehreren Stufen (20a, b, c) des Strömungsgleichrichters (20) bildet.

9. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungslaminator (22) einen Rohrabschnitt, in den er eingesetzt oder in dem er ausgebildet ist, in zwei oder mehr Einzelkanäle (22a, b, c, ...) unterteilt, die sich abschnittsweise oder über ihre gesamte Länge parallel zueinander erstrecken.

10. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkanäle (22a, 22b, 22c, ...) als parallel verlaufende Kanäle in einem Materialblock (22^*) ausgebildet sind oder dass die Einzelkanäle (22a, b, c, ...) als Einzelröhrchen ausgebildet sind, die zu einem Rohrbündel zusammen- gefasst sind.

1 1 . Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungslaminator (22) die zweite Stufe von mehreren Stufen (21 , 22, 23) des Strömungsgleichrichters (20) bildet.

12. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungslaminator (22) einen Durchmesser D2 quer zur Haupterstreckungsrichtung X und eine Länge L2 aufweist, wobei folgende Bedingung erfüllt ist:

0,5 <= L2/D2 <= 10.

13. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Strömungshomogenisator (21 ) und dem Strömungslaminator (22) mit 11 bezeichnet wird, wobei folgende Bedingung erfüllt ist:

0 <= I1 /L1 <= 1 .

14. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine optionale Stufe (20c) des Strömungsgleichrichters (20) als Blende (23) ausgebildet ist, welche eine Querschnittsreduzierung (23a) aufweist.

15. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (23) einen Außendurchmesser D3 quer zur Haupterstre- ckungsrichtung X und einen Innendurchmesser d3 sowie eine Länge L3 aufweist und dass folgende Bedingung erfüllt sind:

0,1 <= L3/D3 <= 2; und

0,5 <= d3/D3 <= 0,95.

16. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Strömungslaminator (22) und der Blende (23) mit 12 bezeichnet wird und dass folgende Bedingung erfüllt ist:

0 <= I2/L2 <= 1

17. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Stufen des ein- oder mehrstufigen Strömungsgleichrichters (20) in einem oder mehreren der folgenden sich im Betrieb nicht drehenden Bauteile der Zentrifuge vorgesehen ist/sind: a. im Zulaufrohr (1 1 ), und/oder

b. in einem Flüssigkeitsablauf oder in mehreren Flüssigkeitsabläufen zur Ableitung einer Flüssigkeitsphase aus der Trommel, insbesondere in einer oder mehreren der ggf. als Flüssigkeitsablauf vorgesehenen Schälscheiben (15) und/oder an einem Ablaufrohr.

18. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere weitere Stufen des ein- oder mehrstufigen Strömungsgleichrichters (20) in einem oder mehreren der folgenden sich im Betrieb drehenden Bauteile der Zentrifuge vorgesehen ist/sind: a. in einem oder mehreren Verteilerkanälen (12a, 12b) des Verteilers,

und/oder

b. wenigstens einem Ablaufkanal (13) für eine leichte oder schwere Flüssigkeitsphase, insbesondere am Verteiler oder oberhalb eines Scheidetellers, und/oder

c. in einem oder mehreren Tellerspalten zwischen Tellern eines ggf. vorhandenen Tellerpaktes (7).

19. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Stufen des Strömungsgleichrichters eine Minderung des Auftretens turbulenter Strömungen bewirken.

20. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungshomogenisator und/oder der Strömungslaminator das Koaleszenzverhalten der hierdurch fließenden Suspension positiv beeinflussen.