DE1532707C3 - Separating centrifuge for the continuous separation of two liquid phases of different densities - Google Patents
Separating centrifuge for the continuous separation of two liquid phases of different densitiesInfo
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Description
näle für das Schleudergut in eine von zwei Trennwänden gebildete Trennkammer münden.sew in one of two partitions for the centrifuged material formed separation chamber open.
Durch diese Ausbildung ist der Grundgedanke der Erfindung verwirklicht, nämlich einerseits durch schlagartige Beschleunigung des Schleuderguts bereits in der Schleudergutkammer und durch Unterteilung der Trennkammern in einzelne Sektoren jegliche Umfangsströmung der Flüssigkeiten in den Trennkammern zu unterbinden und andererseits die Strömungswege für die leichte Flüssigkeitsphase und die schwere Flüssigkeitsphase konsequent zu trennen und dadurch einer teilweisen, erneuten Vermischung der beiden Flüssigkeitsphasen, wie sie insbesondere bei den bekannten Tellerzentrifugen auftritt, vorzubeugen. In vorteilhafter Weise wird hierdurch ein gegenüber allen bekannten Zentrifugen erheblich gesteigertes Trennungsvermögen, nämlich eine absolute Phasentrennung, bei gleichzeitig außerordentlich hoher Durchsatzfähigkeit erzielt. So kann beispielsweise bei einem Trommelvolumen von 100 ml und einer Drehzahl von 18 000 Umdrehungen/min eine absolute Phasentrennung eines aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel, wie etwa Petroleum, bestehenden Zwei-Phasen-Systems mit einem Durchsatz von 200 l/h erreicht werden, was einer Verweilzeit in der Trommel von 1,8 Sekunden entspricht. Andere Versuche haben gezeigt, daß selbst bei einem Dichteunterschied der beiden Flüssigkeitsphasen von nur Ο,ΟΙ-.g/cm3 noch eine absolute Phasentrennung erreichbar-ist wobei der Durchsatz unter Verwendung einer 130-ml-Zentrifuge 3 l/h beträgt.This design realizes the basic idea of the invention, namely on the one hand to prevent any circumferential flow of the liquids in the separation chambers by suddenly accelerating the material to be centrifuged already in the centrifugal material chamber and by dividing the separation chambers into individual sectors and on the other hand to prevent the flow paths for the light liquid phase and the heavy liquid phase to separate them consistently and thereby prevent a partial, renewed mixing of the two liquid phases, as occurs in particular in the known disc centrifuges. In an advantageous manner, this results in a separation capacity that is considerably higher than that of all known centrifuges, namely an absolute phase separation, with an extremely high throughput capacity at the same time. For example, with a drum volume of 100 ml and a speed of 18,000 revolutions / min, an absolute phase separation of a two-phase system consisting of water and an organic solvent such as petroleum can be achieved with a throughput of 200 l / h, which corresponds to a residence time in the drum of 1.8 seconds. Other experiments have shown that even with a density difference between the two liquid phases of only Ο, ΟΙ-.g / cm 3 , an absolute phase separation can still be achieved, the throughput being 3 l / h using a 130 ml centrifuge.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Trennzentrifuge nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the centrifugal separator according to the invention are specified in the subclaims.
In der Zeichnung ist die Trennzentrifuge nach der Erfindung an Hand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Es zeigtIn the drawing, the centrifugal separator according to the invention is shown on the basis of an example chosen Embodiment illustrated schematically. It shows
F i g. 1 einen Axialschnitt durch die Trennzentrifuge undF i g. 1 shows an axial section through the centrifuge and
F i g. 2 einen Querschnitt durch die Zentrifuge gemäß der Linie H-II in F i g. 1.F i g. 2 shows a cross section through the centrifuge according to the line H-II in FIG. 1.
Die rotierenden Teile der Trennzentrifuge sind in einem Zentrifugengehäuse 1 untergebracht, das aus einem zylindrischen Körper 2 mit einem Deckel 3 und einem Boden 4 besteht. Ein Einlaßrohr 8 für die aus den zwei zu trennenden Flüssigkeitsphasen bestehende Rohflüssigkeit geht in ein oberes Einsatzstück 7 über, das durch eine Öffnung in dem Deckel 3 ins Innere der Zentrifuge ragt und einen ebenen radialen Ringflansch 6 aufweist In ähnlicher Weise ist in einer Öffnung des Bodens 4 ein unteres Einsatzstück 5 befestigt, das eine zylindrische Bohrung 10 besitzt und einen Ringflansch 47 aufweist Die Schleudertrommel 20 der Zentrifuge sitzt auf einer Antriebswelle 21, die mit dem Trommelboden 22 verbunden ist und in dem unteren Einsatzstück 5 mittels Kugellagern 25 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Trommelboden 22 und dem unteren Einsatzstück 5 befindet sich eine Dichtung 26, die vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht. Diese Dichtung ermöglicht es, in der Schleudertrommel sowohl mit Überdruck als auch mit Unterdruck zu arbeiten.The rotating parts of the centrifugal separator are housed in a centrifuge housing 1, which consists of a cylindrical body 2 with a cover 3 and a bottom 4. An inlet pipe 8 for from the raw liquid consisting of two liquid phases to be separated passes into an upper insert 7, which protrudes through an opening in the lid 3 into the interior of the centrifuge and a flat radial annular flange 6 has a lower insert piece 5 is attached in a similar manner in an opening of the bottom 4, the one Has a cylindrical bore 10 and an annular flange 47. The centrifugal drum 20 of the centrifuge sits on a drive shaft 21, which is connected to the drum base 22 and in the lower insert 5 is rotatably mounted by means of ball bearings 25. Between the drum base 22 and the lower insert 5 is a seal 26, which is preferably made of polytetrafluoroethylene. This seal makes it possible to work in the centrifugal drum with both positive and negative pressure.
Die Schleudertrommel 20 besteht außerdem aus einem äußeren Trommelmantel 23 mit einem den Trommeldeckel bildenden, nach innen ragenden Trommelringflansch 66, auf dem eine obere Abdeckplatte 24 befestigt ist. Der Trommelmantel 23 sitzt mit seiner Trennwand 64 auf dem Umfangsbereich des Trommelbodens 22 auf. An der unteren Stirnseite des Trommelmantels 23 ist mittels Bolzen 30 eine untere Abdeckplatte 29 befestigt, die sich mit ihrem mittleren Bereich 32 bis nahe zu einem weiteren unteren Einsatzstück 9 erstreckt, das einen zur ebenen Stirnseite des Ringflansches 47 parallelen Ringflansch 34 aufweist und mit ihm einen radialen, nach außen offenen Spalt 35 bildet, der innen in einen zylindrischen, zwischen den Einsatzstükken 5 und 9 liegenden Ringkanal 53 übergeht. Die Ringflansche 47 und 34 bilden eine untere Schälscheibe. Die untere Abdeckplatte 29 begrenzt mit ihrem mittleren Bereich 32 nach unten hin eine untere Sammelkammer 33 für eine der abgetrennten Flüssigkeitsphasen. In gleicher Weise besitzt die obere Abdeckplatte 24 einen mittleren Bereich 36, der sich bis nahe zu einem weiteren oberen Einsatzstück 46 erstreckt, das einen zu dem Ringflansch 6 parallelen Ringflansch 27 aufweist und mit ihm einen radialen, nach außen offenen Spalt 28 bildet, der innen in einen zylindrischen, zwischen den Einsatzstücken 7 und 46 liegenden Ringkanal 52 übergeht. Die Flansche 6 und 27 bilden eine obere Schälscheibe. The centrifugal drum 20 also consists of an outer drum shell 23 with a the Inwardly protruding drum ring flange 66 which forms the drum cover and on which an upper cover plate 24 is attached. The drum shell 23 sits with its partition wall 64 on the circumferential area of the drum base 22 on. At the lower end of the drum shell 23 is a lower cover plate by means of bolts 30 29, which extends with its central region 32 up to close to a further lower insert piece 9 which has an annular flange 34 parallel to the flat end face of the annular flange 47 and with it a radial, outwardly open gap 35 forms, the inside into a cylindrical, between the insert pieces 5 and 9 lying annular channel 53 passes. The annular flanges 47 and 34 form a lower paring disc. The lower cover plate 29 delimits a lower collecting chamber with its central region 32 at the bottom 33 for one of the separated liquid phases. In the same way, the upper cover plate 24 has a middle area 36, which extends up to close to a further upper insert piece 46, the one to the Annular flange 6 has parallel annular flange 27 and with it a radial gap 28 that is open to the outside forms which on the inside merges into a cylindrical annular channel 52 lying between the insert pieces 7 and 46. The flanges 6 and 27 form an upper paring disc.
Die Schleudertrommel enthält in ihrem Inneren einen Hohlkörper 38, dessen Oberseite zusammen mit einem Teil des oberen Trommelringflansches 66 und mit der oberen Abdeckplatte 24 eine obere Sammel-kammer 39 für die-ajidere abgetrennte Flüssigkeitsphase begrenzt. Im Inneren des Hohlkörpers 38 befindet sich eine sich in Richtung auf den Trommelboden 22 kegelig erweiternde, zentrale Schleudergutkammer 42, in jjie das obere Einsatzstück 7 hineinragt.The centrifugal drum contains a hollow body 38 in its interior, the top of which together with a part of the upper drum ring flange 66 and with the upper cover plate 24 an upper collecting chamber 39 for the-ajidere separated liquid phase limited. In the interior of the hollow body 38 there is a one in the direction of the drum base 22 Conical widening, central centrifugal material chamber 42, into which the upper insert 7 protrudes.
'öie^Schleudertrommel ist in der Nähe ihres Schwerpunkts gelagert.'öie ^ centrifugal drum is near its center of gravity stored.
Die abgetrennten Phasen werden aus den Sammelkammern 39 bzw. 33 mittels der stillstehenden Schälscheiben 6, 27 bzw. 34, 47 ausgetragen, die so angeord-The separated phases are removed from the collecting chambers 39 and 33 by means of the stationary peeling disks 6, 27 or 34, 47, which are arranged in this way
35· net sind, daß sie durch die Flüssigkeitsspiegel 50 bzw. 51 ein wenig in die angesammelten Flüssigkeitsmengen 48 bzw. 49 hineinragen. Die Ringkanäle 52 bzw. 53 münden in Auslaßkanäle 54 bzw. 55 im Gehäusedeckel 3 bzw. im Gehäuseboden 4 für die ausgetragenen Flüssigkeitsphasen. Diese Auslaßkanäle 54 bzw. 55 gehen in Auslaßrohre 56 bzw. 57 über, welche mit Drosselventilen 58 bzw. 59 versehen sind, durch die die Flüssigkeitsspiegel 50 bzw. 51 in den Sammelkammern in dem gewünschten Abstand von der Achse der Schleudertrommel gehalten werden könrieii. ;_.. Γ-35 are net that they are caused by the liquid level 50 or 51 protrude a little into the accumulated amounts of liquid 48 and 49, respectively. The ring channels 52 and 53, respectively open into outlet channels 54 and 55 in the housing cover 3 or in the housing bottom 4 for the discharged liquid phases. These outlet channels 54 and 55 merge into outlet pipes 56 and 57, which have throttle valves 58 and 59 are provided, through which the liquid level 50 and 51 in the collection chambers in the desired Distance from the axis of the centrifugal drum can be maintained. ; _ .. Γ-
Zwischen dem irirfererrHohikörper 38 und dem äußeren
Trommelmäntel "23~befinden sich konzentrische Trennkammern 75, 76, 77-und 78. Wie aus F i g. 2 ersichtlich,
sind diese Trennkammern durch radiale Wände 63 in acht Sektoren unterteilt. Die radialen Wände
63 erstrecken sich vorzugsweise bis zur Innenwand 64
des äußeren Trommelmantels 23, können aber möglichrweise auch einen Spalt von ein oder zwei Millimetern
zu dieser Innenwand 64 freilassen. Nach innen werden die Trennkammern durch die Außenwand 65
des inneren Hohlkörpers 38 begrenzt. Nach oben werden die Trennkammern durch den sich radial nach innen
erstreckenden oberen Trommelringflansch 66 des Trommeldeckels begrenzt, nach unten durch den Umfangsbereich
68 des Trommelbodens 22 und, bezüglich der innersten Trennkammer 75, durch einen radial nach
außen reichenden Ringflansch 67 des inneren Hohlkörpers 38.
Zwischen dem äußeren Trommelmantel 23 und dem inneren Hohlkörper 38 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei Trennwände, nämlich eine innere Trennwand 71, eine mittlere Trennwand 72 und eine
äußere Trennwand 73 derart angeordnet, daß dieThere are concentric separating chambers 75, 76, 77 and 78 between the peripheral tubular body 38 and the outer drum shell "23". As can be seen from FIG. 2, these separating chambers are divided into eight sectors by radial walls 63. The radial walls 63 extend preferably up to the inner wall 64 of the outer drum shell 23, but can possibly also leave a gap of one or two millimeters to this inner wall 64. Inwardly, the separating chambers are delimited by the outer wall 65 of the inner hollow body 38 The upper drum ring flange 66 of the drum cover extending radially inward is limited, downward by the circumferential area 68 of the drum base 22 and, with respect to the innermost separating chamber 75, by an annular flange 67 of the inner hollow body 38 that extends radially outward.
Between the outer drum shell 23 and the inner hollow body 38, three partition walls, namely an inner partition wall 71, a middle partition wall 72 and an outer partition wall 73 are arranged in the present embodiment so that the
Trennkammern oberhalb und unterhalb der Trennwände radial miteinander in Verbindung stehen. Die obere Verbindung ist mit 62 bezeichnet. Die Trennwände 71, 72 und 73 besitzen ebenso wie die Außenwand 65 des inneren Hohlkörpers 38 und die Innenwand 64 des außeren Trommelmantels 23 einen leicht konischen Verlauf, und zwar derart, daß der Durchmesser vom Trommelboden in Richtung auf den Trommeldeckel um einen geringen Betrag abnimmt. Demgemäß wird die aus der zentralen Schleudergutkammer 42 über radiale Einlaßkanäle 81 in die Trennkammern eingeführte Rohflüssigkeit in eine sich abwärts bewegende schwere Phase und eine sich aufwärts bewegende leichte Phase getrennt. Die schwere Phase sammelt sich vorzugsweise im unteren Bereich der äußersten Trennkammer 78 und strömt durch einen Auslaß 82 in die untere Sammelkammer 33 ab, während sich die leichte Phase in der innersten Trennkammer 75 vorwiegend im oberen Bereich sammelt und über einen Auslaß 83 in die obere Sammelkammer 39 abströmt.Separation chambers are radially connected to one another above and below the partition walls. The upper Connection is denoted by 62. The partition walls 71, 72 and 73 have the same as the outer wall 65 of the inner hollow body 38 and the inner wall 64 of the outer drum shell 23 have a slightly conical shape, in such a way that the diameter of the drum base in the direction of the drum cover decreases a small amount. Accordingly, from the central centrifugal material chamber 42 is radial Inlet channels 81 in the separation chambers introduced raw liquid into a downward moving heavy Phase and an upward moving light phase separated. The heavy phase preferably accumulates in the lower region of the outermost separation chamber 78 and flows through an outlet 82 into the lower collection chamber 33, while the light phase in the innermost separation chamber 75 is predominantly in the upper Area collects and flows off via an outlet 83 into the upper collection chamber 39.
Selbstverständlich könnten die Trennwände 71, 72 und 73 auch mit umgekehrter Neigung, also mit von oben nach unten abnehmendem Durchmesser angeordnet werden, wodurch sich dann die schwere Flüssigkeitsphase oben und die leichte Flüssigkeitsphase unten ansammeln würde.Of course, the partition walls 71, 72 and 73 could also be inclined in the opposite direction, that is to say with from be arranged from top to bottom with decreasing diameter, which then results in the heavy liquid phase at the top and the light liquid phase at the bottom.
Da es für die vollständige Trennung der beiden Phasen voneinander äußerst wichtig ist, daß die Rohflüssigk.eit weit ins Innere der Trennkammern hineingeführt ; wird, sind Ringkrägen vorgesehen, die verhindern, daßi-30, die Flüssigkeit oben und unten an den Trennkammern vorbeiströmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem oberen, nach innen ragenden Trommelringflansch 66 des äußeren Trommelmantels 23 ein innerer, in die innerste Trennkammer 75 weisender Ringkragen (ohne Bezugszeichen) und ein weiterer, in die Trennkammer 77 weisender Ringkragen 86 ausgebildet. Am Außenumfang des Trommelbodens 22 ist eine Nut 87 vorgesehen, die einen in die äußerste Trennkammer 78 weisenden Ringkragen entstehen läßt. Ein weiterer Ringkragen 89 weist in die nächst innere Trennkammer 77. Schließlich ist in dem Trommelboden 22 noch ein Ringkragen 88 ausgebildet, der die über die Einlaßkanäle 81 einströmende Rohflüssigkeit in die Trennkammer 76 umlenkt. Schließlich läuft auch noch der Ringflansch 67 des inneren Hohlkörpers 38 in einem in die Trennkammer 76 gerichteten Ringkragen 85 aus.Since it is extremely important for the complete separation of the two phases that the raw liquid led far into the interior of the separation chambers; ring collars are provided to prevent i-30, the liquid flows past the separation chambers at the top and bottom. In the illustrated embodiment are on the upper, inwardly protruding drum ring flange 66 of the outer drum shell 23 an inner, in the innermost separating chamber 75 facing annular collar (without reference number) and another, in the Separating chamber 77 facing annular collar 86 is formed. On the outer circumference of the drum base 22 is a Groove 87 is provided, which creates an annular collar pointing into the outermost separating chamber 78. A Another ring collar 89 points into the next inner separation chamber 77. Finally, it is in the drum base 22 an annular collar 88 is also formed, which the raw liquid flowing in via the inlet channels 81 into the Diverting separation chamber 76. Finally, the annular flange 67 of the inner hollow body 38 also runs in an annular collar 85 directed into the separation chamber 76.
Die Trennwände 71, 72, 73 sind überlappend angeordnet, um die Umlenkung des Flüssigkeitsstroms in jede Kammer noch zu erleichtern.The partition walls 71, 72, 73 are arranged in an overlapping manner in order to deflect the flow of liquid in to make each chamber even easier.
Die Trennzentrifuge arbeitet wie folgt: Die Rohflüssigkeit, die eine fein verteilte Emulsion sein kann, wird über das Einlaßrohr 8 kontinuierlich in die zentrale Schleudergutkammer 42 eingeführt, von wo sie unter der Wirkung der Zentrifugalkraft durch eine Vielzahl von Einlaßkanälen 81 in die Trennkammer 76 gedrückt wird. In diese Trennkammer 76 strömt überdies auch die schwere Flüssigkeitsphase aus der innersten Trennkammer 75 über die radiale Verbindung, die zwischen der Trennwand 71 und dem Ringkragen 85 besteht. Die Ströme mischen sich unter Wirbelbildung im mittleren Bereich der Trennkammer 76. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft trennen sich die beiden Phasen. und die schwere Phase fließt abwärts entlang der Trennwand 72 durch die von den beiden Ringkrägen 88 und 89 gebildete Ringnut und infolge der Umlenkung durch den Ringkragen 89 wieder aufwärts in die Trennkammer 77. In ähnlicher Weise fließt die leichte Phase in der Trennkammer 76 entlang der Trennwand 71 nach, oben, wird um die Oberkante dieser Trennwand 71 herum nach unten umgelenkt und gelangt so in die innerste Trennkammer 75. Ähnlich verlaufen die Flüssigkeitsströme in den anderen Trennkammern. Die abgetrennten Flüssigkeitsphasen strömen somit in einer wellenförmigen Bewegung von 'Trennkammer zu Trennkammer, und-zwar die schwere Flüssigkeitsphase im unteren'ifereich der Trennkammern nach außen und die leichte Flüssigkeitsphase im oberen Bereich der Trennkammern nach innen.The centrifuge works as follows: The raw liquid, which can be a finely divided emulsion, is continuously via the inlet pipe 8 into the central Centrifugal material chamber 42 introduced, from where it under the action of centrifugal force by a multitude is pressed by inlet channels 81 into the separation chamber 76. In addition, it also flows into this separation chamber 76 the heavy liquid phase from the innermost separation chamber 75 via the radial connection between the partition wall 71 and the annular collar 85 consists. The currents mix with vortex formation in the middle Area of the separation chamber 76. The two phases separate under the action of centrifugal force. and the heavy phase flows downwards along the partition 72 through the two annular collars 88 and 89 formed annular groove and as a result of the deflection by the annular collar 89 back up into the separation chamber 77. Similarly, the light phase in the separation chamber 76 flows along the partition wall 71 towards the top, is deflected around the upper edge of this partition wall 71 downwards and thus reaches the innermost separation chamber 75. The liquid flows in the other separation chambers are similar. The severed ones Liquid phases thus flow in a wave-like movement from the separation chamber Separation chamber, namely the heavy liquid phase in the lower area of the separation chambers to the outside and the light liquid phase in the upper area of the separation chambers inwards.
Die leichte Flüssigkeitsphase verläßt die innerste .Trennkammer 75 über den Auslaß 83 und gelangt in die obere Sammelkammer 39, aus der sie durch die Schälscheibe 6,27 ausgetragen wird. In ähnlicher Weise sammelt sich die schwere Flüssigkeitsphase in der unteren Sammelkammer 33 und wird durch die Schälscheibe 34, 47 ausgetragen.The light liquid phase leaves the innermost. Separation chamber 75 via the outlet 83 and enters the upper collecting chamber 39, from which it is discharged through the paring disc 6,27. Similarly collects the heavy liquid phase in the lower collecting chamber 33 and is through the paring disc 34, 47 carried out.
Die Schleudertrommel 20, die bei einer Laboratoriumszentrifuge einen Durchmesser von etwa 15 cm haben kann, läuft mit beispielsweise 16 000 Umdrehungen pro Minute, wodurch eine Zentrifugalbeschleunigung in der Größenordnung von 15 000 g entsteht. Die Flüssigkeit hat in der Schleudertrommel 20 eine Verweilzeit von wenigen Sekunden, jede Phase, die vollständig frei von Verunreinigungen durch die andere Phase ist, wird durch die zugehörigen Auslaßrohre 56 bzw. 57, gesteuert durch die Ventile 58 bzw. 59, "abgezogen. Die" radialen Wände Bä've'fhüten die Ausbildung einer relativen UmfaiTgssrrölriung in der Schleudertrommel. Eine solche Umfangsbejvegung würde eine vollständige Trennung der beiden Phasen verhindern. Die Umfangsausdehnung d_er'einzelnen Sektoren darf daher nicht zu groß seinr-^" ~'The centrifugal drum 20, which in a laboratory centrifuge have a diameter of about 15 cm can, runs at 16,000 revolutions per minute, for example, causing centrifugal acceleration in of the order of 15,000 g. The liquid has a residence time in the centrifugal drum 20 within a few seconds, each phase that is completely free of impurities from the other phase becomes through the associated outlet pipes 56 and 57, controlled by the valves 58 and 59, "withdrawn. The" radial walls Bä've'f guard the formation of a relative Circumference in the centrifugal drum. One such circumferential movement would prevent a complete separation of the two phases. The extent of the circumference The individual sectors must therefore not be too large- ^ "~ '
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (6)
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