Verfahren und Vorrichtung zur Trennung physikalischer Gemische. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung physi kalischer Gemische mit flüssigem oder gas förmigem Gemischträger. Das Verfahren be steht darin, dass das Gemisch als gerader, um seine Achse sich drehender Strahl durch ein feststehendes Gehäuse hindurchgeführt wird, und dass die Umgebung des Strahls im Ge häuse nicht oder wesentlich langsamer um laufend als der Strahl selbst gehalten wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine mit einem feststehenden Gehäuse in Verbin dung stehende Schleuderkammer, in welcher aus dem in diese eingeführten Gemisch ein gerader, um seine Achse sich drehender Strahl gebildet wird, der dann durch das Ge häuse hindurchgeführt wird.
Der Wirkungsgrad von bekannten Flieh- kraftabscheidern (Zyklone) befriedigt nicht, wenn sehr fein verteilte Beimengungen, z. B. sehr feiner Staub, aus der Luft auszuschei den sind. Gerade dieser feinste Staub ver lässt den Abscheider wieder mit der austre tenden Luft, weil die Wirkung der Flieh kraft C auf die 3Zassenteilchen in nicht ge- nügend hoch ist.
In bekannten Zyklonen kann nämlich die Umfangsgeschwindigkeit v" des Gemisches nicht beliebig gesteigert werden, weil die bereits ausgeschiedenen Staubteilchen wieder aufgewirbelt werden und durch die unregelmässigen Strombahnen bei hohen Geschwindigkeiten sehr hohe Rei bungsverluste entstehen.
Es kann auch in der Formel für die Fliehkraft
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der Bahnhalbmesser r mit Rücksicht auf die Kapazität des Ab- scheiders nicht beliebig verkleinert werden.
Gemäss der Erfindung wird eine Verbes serung des Wirkungsgrades dadurch zu errei chen versucht, dass die Fliehkraft an den aus zuscheidenden Teilchen durch Bildung eines Strahls gesteigert wird, und zwar unter Be nutzung des bekannten physikalischen Geset zes vom unveränderlichen Moment der Ge schwindigkeit (Flächensatz), wonach in einer idealen Umlaufströmung die Winkelgeschwin digkeit eines Teilchens umgekehrt proportio nal seinem Abstand von der Achse ist. Eine solche Umlaufströmung (Potentialströmung, Strudel) gemäss dem Gesetz (r . v") = const ist hydrodynamisch die denkbar günstigste und auch für eine wirkliche reibungsbehaf tete Flüssigkeit wegen ihrer minimalen Rei bungsverluste für den vorliegenden Zweck ganz besonders geeignet.
Sie erlaubt eine Steigerung der Fliehkraft dadurch, dass das Gemisch in einer zweckentsprechend ausge bildeten Kammer allmählich näher an die Umdrehungsachse herangeführt wird, wobei sich eine anfänglich eingeleitete Umfangs geschwindigkeit gemäss
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vergrö ssert.
Es sind Vorrichtungen bekannt, die die spezifisch schwereren Teilchen eines Ge misches dadurch ausscheiden, dass dieses Ge misch zunächst in Rotation versetzt, dann in einer feststehenden konischen Düse mit kreis förmigem Querschnitt allmählich näher an die Umdrehungsachse herangedrängt und an der engsten Stelle der Düse an seitlichen Öffnungen der Düsenwand vorbeigeführt wird. Wenn die auszuscheidenden Teilchen vorher die äussere Wand erreicht haben, wer den sie durch diese Öffnungen den Strahl verlassen; bei einigermassen nennenswerter Achsialgeschw indigkeit va wird aber so nur ein Teil des Sichtgutes ausgeschieden, und zwar in erster Linie der mit gröberem Korn.
Der Wirkungsgrad einer solchen Vorrich tung muss also von einer gewissen Belastung ab. das heisst von einem kritischen Wert v", ab, stark leiden.
Versuche haben nun bewiesen, dass es gar nicht notwendig ist, den umlaufenden Strahl auf seiner ganzen Länge in einer konischen Düse zu führen und nur an der engsten Stelle der Düse den Austritt der auszuscheidenden Teilchen zu erlauben. Es ist vielmehr zweck mässig, den auf hohe Winkelgeschwindigkeit gebrachten Strahl frei durch ein feststehen des Gehäuse hindurchzuführen, wenn nur - sei es durch die Grösse des Gehäuses allein oder durch besondere konstruktive Mittel dafür gesorgt wird, dass die Umgebung des Strahls im Gehäuse gar nicht oder doch wesentlich langsamer umläuft als der Strahl selbst.
Um besonders schwere Teilchen schon aus der Schleuderkammer auszuscheiden, also gar nicht bis in den rasch rotierenden Strahl mit zuschleppen, kann die Schleuderkammer ganz oder teilweise von einer zweiten Kammer umgeben sein, wobei die Trennungswand zwischen diesen beiden Kammern mit schlitz artigen Öffnungen versehen sein kann und der Druck zu beiden Seiten der Trennungs wand gleich hoch oder annähernd gleich hoch gehalten werden kann, damit die die Umlauf strömung störenden Querströmungen vermie den werden.
Auf der beliegenden Zeichnung sind Bei spiele von Vorrichtungen zur Ausführung des beanspruchten Verfahrens schematisch dargestellt.
Es zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch eine einfache Ausführungsform mit einer Strömungsrichtung des -Strahls senkrecht von oben nach unten, Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B in Abb. 1; Abb. 3 und 4 zei gen im Längsschnitt und im Querschnitt eine andere Ausführungsform mit der Haupt stromrichtung senkrecht von unten nach oben. Die gleiche Stromrichtung wie die Vorrichtung nach Abb. 1 und 2 weist da gegen wieder die in Abb. 5 im Längsschnitt und in Abb. 6 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform auf.
Die Vorrichtung nach Abb. 1 und 2 be sitzt ein Gehäuse 1, welches mit einem Ein lassstutzen 2 und einem Auslassstutzen 3 ver sehen ist. Der Einlassstutzen 2 führt tangen- tial in eine Schleuderkammer 4, welche unten durch die Querwand 5 mit dem kreisrunden Ausschnitt 6 begrenzt ist. Gegenüber der Wand 5 liegt eine Wand 7 rhit einem klei neren konzentrischen Ausschnitt B. Der Aus lassstutzen 3 führt ins Freie, in eine Rohr leitung oder auch in einen Diffusor bekann ter Bauart. Durch den Stutzen 9 wird das ausgeschiedene Gut in Pausen oder fortlau fend abgezogen.
Zwischen der Gehäusewand der Querwand 5 und der Querwand 7 liegen radiale Rippen 22', 22".
Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 ist 10 der Einlassstutzen, 11 der Aus- lassstutzen für den gereinigten Gemischträ ger, das ausgeschiedene Gut wird durch den Rohrstutzen 12 entfernt. In dem an die Schleuderkammer 15 anschliessenden Gehäuse sind eine Anzahl von Querwänden 13', 13",... mit zur Strahlachse konzentrischen Aus schnitten 14', 14<B>.....</B> eingebaut, durch wel che die Zellen 19', 19", 19"' gebildet werden. Diese Zellen besitzen Öffnungen 21', 21", 21"' und radiale Rippen 23', 23",... Die Ein laufkammer 15 ist von einer Sammelkammer 27 umgeben und mit dieser durch Schlitze 29 verbunden.
Der massive konzentrische gern 26 der Einlaufkammer 15 ragt auch noch in die Zellen. 19', 19" hinein.
Bei der Ausführungsform nach Abb. 5 und 6 ist 33 der Einlassstutzen in eine geräu mige Vorkammer 35; der Austrittsstutzen für das gereinigte Gas ist mit 34 bezeichnet. Aus 35 tritt das Gemisch durch Leitkanäle 17 zwischen den Leitschaufeln 16 in die eigentliche Schleuderkammer 36. Die Leit- schaufeln 16 sind hohl; die Hohlräume 28 sind mit der Schleuderkammer 36 durch Schlitze 30 verbunden und münden in den gemeinsamen Sammelraum 37. Durch den an die Schleuderkammer 36 anschliessenden Raum 38 hindurch führt ein konzentrisches Verbindungsrohr 24 mit fensterartigen Öff nungen 25 zum Auslassstutzen 34.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtungen ist nun folgende: Unter dem Einfluss eines auf beliebige bekannte Art erzeugten Druckunterschiedes zwischen Einlassstutzen und Auslassstutzen tritt die zu trennende Mischung bei der Vor richtung nach Abb. 1 und 2 in die Kammer 4, w o sie in Rotation versetzt wird, weil der Eintritt in diese Kammer tangential erfolgt. Auf die gleiche Weise wird bei der Vorrich tung gemäss Abb. 3 und 4 dem durch den Stutzen 10 einströmenden Gemisch eine Ro tation aufgezwungen, da dieses durch den Stutzen 10 tangential in die Kammer 15 ein strömt.
Auch bei der Vorrichtung nach Abb. 5 und 6 wird das durch den Stutzen 33 einströmende Gemisch in der Schleuderkam mer 36 rasch rotieren, weil es durch einen Leitapparat mit Leitschaufeln 16 und Leit- kanälen 17 tangential in die Kammer 36 eintritt.
Aus dem rasch rotierenden Strahl, dessen Winkelgeschwindigkeit bei der Annäherung an die Achse gemäss dem Flächensatz einen hohen Wert erreicht hat, und der aus der Schleuderkammer 4 bezw. 15 bezw. 36 aus tritt, werden die spezifisch schwereren Ge mischteilchen durch die Fliehkraft abge- schleudert; sie sammeln sich in dem Ge häuse 1 (Abb. 1 und 2), bezw. in den Zel len 19'... (Abb. 3 und 4), bezw. im Raum 38 (Abb. 5 und 6).
Die Wirkung der einfachen Vorrichtung nach Abb. 1 und 2 kann wesentlich gestei gert werden, wenn das Gehäuse wie bei der Vorrichtung nach Abb. 3 und 4 durch Quer wände in einzelne Zellen unterteilt wird. Bei der Vorrichtung nach Abb. 3 und 4 wird das Gemisch durch die zur Strahlachse kon zentrischen Ausschnitte 14'... gezwungen, sich auf dem Weg durch das Gehäuse der Achse immer wieder zu nähern, so dass die Fliehkräfte trotz etwaiger Reibungsverluste auf dem ganzen Weg des Strahls durch das Gehäuse etwa auf gleicher Höhe erhalten werden können. Die Absetzzellen <B>19'...</B> wer den durch die Öffnungen 21', 21<B>......</B> ent leert.
Bei einer derartigen Vorrichtung er folgt gleichzeitig eine Sichtung des auszu scheidenden Materials, weil das Korn um so feiner ist, je näher an dem Auslassstutzen 11 die Ausscheidung erfolgt.
Zur Verbesserung der Wirkung sind im Gehäuse bezw. in den Absetzzellen in der Längsrichtung verlaufende Rippen angeord net, die eine Umlaufströmung im Gehäuse 1 bezw. in den Zellen 19', 19'-<B>.....</B> ausserhalb des Strahls verhindern. In Abb. 1 und 2 sind diese Rippen mit 22', in Abb. 3 und 4 mit 23', 23", . . . bezeichnet.
Bei der Vorrichtung nach Abb. 5 und 6 ist eine Umlaufströmung ausserhalb des Strahls dadurch wirksam verhindert, dass der Strahl vom Raum 38 durch ein Rohr 24 mit fensterartigen Öffnungen 25 getrennt ist. Durch diese Öffnungen 25 können zwar die auszuscheidenden Teilchen den Strahl verlas sen, es erfolgt aber keine Strömung des Ge mischträgers durch diese Öffnungen, weil zu beiden Seiten der Wand 24 gleicher Druck herrscht.
Da der flüssige Kern eines Potentialwir bels nicht mehr dem Gesetz (r . vu) = con- stant folgt, bezw. da von einem gewissen untern Wert von r ab Hohlraumbildung im gern auftritt, erscheint es zweckmässig, den Wirbelkern überhaupt auszuschalten und durch einen festen glatten gern zu ersetzen. Einen solchen festen Kern 26 besitzt die Vor richtung nach Abb. 3 und 4.
Es kann weiterhin geschehen, dass beson ders schwere Teilchen in der Schleuderkam mer 4 bezw. 15 bezw. 36 die vorgeschriebene Annäherung an die Umdrehungsachse nicht mitmachen, also gar nicht an die konzentri schen Austrittsöffnungen dieser Kammern herankommen. Dies sind jene Teilchen, bei denen die Resultierende aus allen angreifen den Kräften tangential an einen Parallelkreis oder nach aussen gerichtet ist. Solche Teil chen wirbeln dauernd in der Schleuderkam mer herum, verursachen Energieverluste und verschlechtern den Wirkungsgrad.
Um besonders schwere Teilchen schon aus der Schleuderkammer auszuscheiden, ist diese bei der Vorrichtung nach Abb. 3 und 4 von der Sammelkammer 27, bei der Vorrichtung nach Abb. 5 und 6 von der Sammelkammer 37 umgeben. Die Trennungswand zwischen beiden Kammern hat Schlitze 29 bezw. 30, durch welche die gröberen Teilchen in die Sammelkammer 27 bezw. 37 austreten. Von hier werden sie dann durch den Rohrstutzen 12 (Abb. 3) bezw. 31 (Abb. 5) fortlaufend oder in Pausen entfernt.
Zur Verbesserung des Ausscheidungsgra- des können mehrere der beschriebenen Vor richtungen hintereinander geschaltet werden. Eine Parallelschaltung erhöht die Gesamt aufnahmefähigkeit, also die Belastungsmög lichkeit.