DE3712909A1 - Zentrifugalkraftsichter zur trennung eines hochdispersen gutes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Frak­ tioniertechnik und betrifft insbesondere Zentrifugalkraft­ sichter mit einer Trenneinrichtung, die auf dem Prinzip der Gegenwirkung von zwei Kräften, u. zw. der Zentrifugal­ kraft und der die Teilchen des Gutes tragenden Kraft des Gasstromes (Stokessche Kraft), beruht. Die Erfindung kann in verschiedenen Verfahren angewendet werden, in denen der Einsatz von pulverförmigen Gütern mit vorgegebener granulometrischer Zusammensetzung vorgesehen ist. Beson­ ders vorteilhaft kann sie in der Mikroelektronik, in der Produktion von Schleifpulvern, in der keramischen Produk­ tion usw. zur Anwendung kommen.

Gegenwärtig sind Zentrifugalkraftsichtern verschie­ dener Typen bekannt. Bekannt ist beispielsweise ein Sich­ ter nach dem SU-Urheberschein 7 40 305, Kl. BO7B/083, 1980, der ein Gehäuse enthält, in dem ein Rotor unterge­ bracht ist, der eine Reihe von Scheiben für die Verdrehung eines Pulver-Gas-Gemisches trägt, aus dem bei seinem Durchgang durch die sogenannte "Trennzone" (Trennzone" ist ein Raumbereich, in dem die Fraktionierung des Gutes stattfindet), die durch die Scheibenkanten gebildet ist, die Grobfraktion ausgestoßen und die Feinfraktion durch den Gasstrom über den hohlen Rotorteil in den Austritts­ stutzen ausgetragen wird.

Ein Nachteil der Einrichtung besteht darin, daß die Streuung der Gutsteilchengrößen an der Trenngrenze groß und die untere Trenngrenze auf 5 bis 10 Mikron beschränkt ist. Das ist dadurch bedingt, daß die "Trennzone" eine geringe Ausdehnung und eine derartige räumliche Konfigura­ tion hat, daß die daraus zufällig ausgefallenen Gutsteil­ chen in die Trennung schon nicht mehr einbezogen werden. Außerdem kann nicht das gesamte Behandlungsgut durch die gegebene Scheibenkonstruktion verdreht werden.

Bekannt ist ebenfalls ein Sichter (siehe DE-PS 33 03 078, Kl. BO77/083), der ein Gehäuse enthält, in dem ein Rotor mit starr darauf befestigten und koaxial angeordneten Scheiben untergebracht ist, die mittels Schaufeln miteinander verbunden sind, durch die ein da­ zwischen eingeführtes Luft-Dispersionsgemisch verdreht wird, das ins Gehäuse über einen Eintrittsstutzen einge­ leitet wird. Das getrennte Gut wird über den inneren Rotorteil in einen Austrittsstutzen abgeführt.

Ein Nachteil der Einrichtung besteht darin, daß, um eine Trenngrenze in einem Bereich von 4 bis 8 Mikron zu erzielen, eine hohe Rotorgeschwindigkeit bis zu 20 000 min^-1 erforderlich ist, weil die "Trennzone" in dieser Einrichtung noch kleiner (sie ist nur auf die Außenfläche der Trenneinrichtung beschränkt) ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile der oben erwähnten Zentrifugalkraftsichter zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalkraftsichter mit einer derartigen konstrukti­ ven Ausführung der Trenneinrichtung zu schaffen, durch die eine wirksame Trennung des Gutes mit einer Trenngren­ ze von 1 bis 2 Mikron und bei relativ geringen Rotorge­ schwindigkeiten erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Zentrifugalkraftsichter zur Trennung eines hoch­ dispersen Gutes, der ein Gehäuse enthält, in dem ein an­ getriebener Rotor mit einem starr befestigten und koaxial angeordneten Paar von Scheiben zum Verdrehen eines zwi­ schen diesen eingeführten Luft-Dispersionsgemisches un­ tergebracht ist, das über ein im Gehäuse vorgesehenen Stutzen zugeführt und zwischen den Scheiben über den hohlen Rotorteil in einen Austrittsstutzen abgeführt wird, erfindungsgemäß die einander zugewandten Umfangsbereiche der Oberflächen der Scheiben mit Radiusabrundungen ausge­ führt sind und äquidistant zueinander liegen.

Zweckmäßigerweise wird in der Nähe der Kante der Scheibe mit dem größeren Durchmesser in der Seitenwand des Gehäuses eine Öffnung für die Abführung der Grobfrak­ tion vorgesehen und die Scheibe mit dem kleineren Dreh­ messer mit Schlägern für eine zusätzliche Desaggregation des zugeführten Gutes versehen.

In einer der Ausführungsformen des Zentrifugalkraft­ sichters wird vorgesehen, daß am Rotor von der Einführungs­ seite für das Gut eine zusätzliche Scheibe starr befestigt wird, die mit der ihr folgenden Hauptscheibe koaxial ange­ ordnet wird und mit dieser eine "Verbrennungszone" für das Gut bildet, bei der der Austritt als eine Reihe von an der Umfangslinie der Hauptscheibe liegenden Öffnungen aus­ gebildet ist, wobei diese Scheiben mit einem Spalt rela­ tiv zu der letzten, am Rotor befestigten Scheibe angeord­ net sind, und im Gehäuse ein Stutzen für die teilweise Einführung eines Gases in den genannten Spalt vorgesehen ist.

Durch eine derartige Ausführung des Sichters wird eine hohe Trenngüte unter Ausscheiden von feinsten Frak­ tionen mit einer Korngröße von 1 bis 2 Mikron erzielt.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch die Radiusabrundungen der Umfangsbereiche der einander zugewandten Oberflächen der Scheiben eine sanfte Drehung des die Teilchen des Gutes tragenden Gases bei dessen Eintritt in den Scheibenzwischenraum gewährleistet wird. Die Resultierende aus den zwei in den Zentrifugal­ kraftsichtern wirkenden Hauptkräfte, d. h. der Stokes­ schen Kraft und der Zentrifugalkraft, ist derart gerich­ tet, daß sämtliche Teilchen des Gutes auf die Oberfläche der einen der rotierenden Scheiben, u. zw. der mit der kon­ kaven Oberfläche gelangen. Das wird ebenfalls durch das "Zykloneffekt" beim Ausschleudern der Teilchen aus dem sich drehenden Gasstrom gefördert. Beim Gelangen auf die Scheibe erhalten die Teilchen eine gleiche Drehgeschwin­ digkeit. Auf die Teilchen, die sich auf der Scheibenober­ fläche befinden, wirkt gemäß der Poiseuillschen Kurve die Stokessche Kraft nicht mehr ein, und es wirkt nur die Zen­ trifugalkraft, durch die die Teilchen gegen den Gasstrom bewegt werden und an den Eintritt in den Scheibenzwischen­ raum ausgetragen werden. Dann werden die Teilchen wieder durch den Gasstrom erfaßt und in die "Trennzone" zurück­ gebracht. Auf diese Weise wird das Gut einer mehrfachen Behandlung unterzogen. Im Ergebnis dieser Behandlungen werden die Grobkörner an die Seitenwand des Gehäuses aus­ getragen und durch die darin vorgesehene Öffnung heraus­ geführt und die Feinkörner aus der "Trennzone" in den Scheibenzwischenram eingezogen und über den hohlen Ro­ torteil in den Austrittsstutzen für die Feinfraktion ab­ geführt.

Durch die Ausführung der genannten Bereiche der Scheibenoberfläche mit Radiusabrundungen unter Beibehal­ tung des äquidistanten Abstandes dieser Bereiche vonein­ ander wird ein störungsfreies Einführen des Gasstromes in den Scheibenzwischenraum ermöglicht, wodurch die Trenn­ wirksamkeit positiv beeinflußt wird.

Dadurch, daß in der Gehäuseseitenwand in der Nähe der Kante der Scheibe mit dem größeren Durchmesser eine Öffnung begrenzter Größe für die Entnahme der Grobfrak­ tion vorgesehen ist, wird ein Nachfraktionieren der Grob­ körner ermöglicht, bevor sie aus dem Gehäuse ausgetragen werden.

Die Anordnung der Schläger auf der Oberfläche der einen der vom Pulver-Gas-Ausgangsgemisch umströmten Schei­ ben gestattet es, die sich im hochdispersen Gut bildenden Teilchenaggregate zusätzlich zu zerstören, weil für die qualitätsmäßige Trennung eine vollständigere Teilchen­ dispergierung erforderlich ist.

Bei der Verwendung der zusätzlichen Scheibe am Ro­ tor wird eine "Verdrehungszone" für das Gut erzeugt, die durch die einander zugewandten Oberflächen der zusätz­ lichen und der Hauptscheiben gebildet wird. Sämtliche durch die an der Umfangslinie der Hauptscheibe liegenden Öffnungen durchgetretene Teilchen des Gutes gewinnen, un­ abhängig von ihrer Anzahl, eine gleiche Umfangsgeschwin­ digkeit, wodurch die Durchsatzleistung des Sichters er­ höht wird. Zur Entfernung der Grobfraktion, die den grö­ ßeren Teil des zwischen den die "Verdrehungszone" bilden­ den Scheiben und der die "Trennzone" für das Gut bilden­ den Scheibe befindlichen Ausgangsgutes ausmacht, ist ein Spalt vorgesehen, durch den die Grobteilchen der Frak­ tion, unabhängig von dem Grad der Leistungssteigerung des Sichters, ausgetragen werden. Zur Abtrennung einer feineren Fraktion von den Grobteilchen wird dem zwischen den Scheiben vorgesehenen Spalt entgegen dem Grobteilchen­ strom eine Gasportion zugeführt, die durch den im Gehäuse vorhandenen Stutzen eingeleitet wird.

Der Einsatz der Erfindung gibt die Möglichkeit, so­ gar bei kleineren Rotorgeschwindigkeiten bis zu 5000 min^-1 die Trenngrenze auf 1 bis 2 Mikron herabzusetzen und in Abhängigkeit von den adhäsiven Eigenschaften und der Dichte des Gutes einen Durchsatz von 0,4 bis 5 kg/h zu erzielen.

Nachstehend wird eine konkrete Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung an Hand der Zeich­ nungen erläutert, in denen es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zentrifugalkraft­ sichter, im Axialschnitt;

Fig. 2 einen Stutzen zum Abführen der Grobfraktion des Gutes;

Fig. 3 eine Ausführungsform des Zentrifugalkraft­ sichters mit drei Trennscheiben, im Axialschnitt;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig. 3.

Der erfindungsgemäße Zentrifugalkraftsichter (Fig. 1) zur Trennung eines hochdispersen Gutes enthält ein zylin­ drisches Gehäuse 1 mit einem Stutzen 2 zum Einführen eines Gases und des Trenngutes sowie mit einer Öffnung 3 in der Seitenwand des Gehäuses 1 mit einem Stutzen 4 (Fig. 2) zum Austragen der Grobfraktion. Im Gehäuse 1 (Fig. 1) ist auf seiner Achse ein Rotor 5 untergebracht, der mit einem außenliegenden Antrieb 6 versehen ist. Auf dem Rotor 5 sind koaxial damit angeordnete Scheiben 7 und 8 starr be­ festigt. Die eine der Scheiben hat einen größeren Durch­ messer und ist relativ zu der anderen derart angeordnet, daß der dazwischen liegende Raum sowohl mit einem Ein­ trittsstutzen 2, als auch mit dem Innenraum des Rotors 5 und einem Stutzen 9 zum Abführen des Gases und der Feinfraktion kommuniziert. Der Stutzen 4 läuft in einen Sammelbehälter 10 (Fig. 2) für die Grobfraktion aus. Die Öffnung 3 (Fig. 1) ist in der Seitenwand des Gehäuses 1 in der Nähe der Kante der Scheibe 7 ausgeführt. Auf der dem Eintrittsstutzen 2 zugewandten Oberfläche der Schei­ be 8 sind Schläger 11 angeordnet und die einander zuge­ wandten Umfangsbereiche der Oberflächen der Scheiben 7 und 8 sind mit Radiusabrundungen ausgeführt und liegen äquidistant zueinander.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des Zentrifugal­ kraftsichters dargestellt, bei der am Rotor 5 von der Einführungsseite für das Gut eine zusätzliche Scheibe 12 angeordnet ist, die mit der ihr folgenden Hauptscheibe 8 koaxial liegt. Die Scheiben 12 und 8 bilden untereinan­ der eine "Verdrehungszone" für das Gut, bei der der Austritt als eine Reihe von an der Umfangslinie der Schei­ be 8 liegenden Öffnungen 13 (Fig. 4) ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Scheiben 12 und 8 (Fig. 3) einen gleichen Durchmesser, und ihre Kanten sind miteinander starr verbunden. Die Scheiben 12 und 8 sind ihrerseits unter Belassen eines Spaltes rela­ tiv zu der Scheibe 7 angeordnet, die den gleichen Durch­ messer hat, und bilden mit dieser eine "Trennzone" für die Trennung des Gutes in Fraktionen. Im Gehäuse 1 ist ein Stutzen 14 für die teilweise Einführung eines Gases in den zwischen den Scheiben vorhandenen Spalt vorgesehen.

Die Einrichtung funktioniert folgenderweise. Vom Antrieb 6 wird die Drehung auf den Rotor 5 übertragen. Das Gas, das das hochdisperse Ausgangsgut trägt, tritt über den Stutzen 2 ins Gehäuse 1 ein und umströmt die rotierende Scheibe 8, durch die es verdreht wird. Durch die Schläger 11 wird das durch das Gas eingebrachte Gut desaggregiert, daß die "Trennzone" erreicht, die durch die Radiusabrundungen der Umfangsbereiche der einander zugewandten Scheibenoberflächen gebildet ist. Beim Durch­ gang durch die "Trennzone", deren Ausdehnung mittels Profile der einander zugewandten Oberflächen der Schei­ ben 8 und 7 regelbar ist, wird das Gut in zwei Fraktio­ nen getrennt: die Grobteilchen, für die die Zentrifugal­ kraft größer als die tragende Kraft des Gasstromes (Stokessche Kraft) ist, werden an die Seitenwand des Ge­ häuses 1 geschleudert und über die Öffnung 3 und den Stutzen 4 in den Behälter 10 abgeführt und die Feinteil­ chen, für die die Stokessche Kraft größer als die Zen­ trifugalkraft ist, werden durch den Gasstrom in den Schei­ benzwischenraum eingezogen und über den Innenraum des Rotors 5 in den Stutzen 9 herausgeführt.

Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung wird wie folgt beschrieben.

Ein hochdisperses Gut gelangt mit dem Trägergas in die durch die einander zugewandten Oberflächen der Schei­ ben 12 und 8 gebildete "Verdrehungszone" und wird durch die Schläger 11 zusätzlich desaggregiert. Sämtliche Guts­ teilchen gewinnen in der "Verdrehungszone", nachdem sie durch die Öffnungen 13 in der Scheibe 8 durchgetreten sind, eine gleiche Umfangsgeschwindigkeit. Die gröbsten Teilchen gehen durch den Spalt zwischen den Scheiben in das Gehäuse 1 sofort heraus, und das übrige Gut gelangt in die "Trennzone", die im wesentlichen durch die Profil- Radiusabrundungen der Scheibenbereiche der Scheiben 8 und 7 gebildet wird. Die Teilchen, für die die Wirkung der Zentrifugalkraft größer ist, als die Wirkung des Stokesschen Kraft, bewegen sich an der konkaven Oberfläche der Scheibe 7 entlang und treten durch den Spalt zwischen den Scheiben in das Gehäuse heraus. Die Feinfraktion wird mit dem Gasstrom durch die Axialöffnung der Scheibe 7 er­ faßt und über den Stutzen 9 herausgetragen. Über den Stut­ zen 14 wird seinerseits in das Gehäuse ein Gas in Teilmen­ gen eingelassen, das im Durchströmen durch den Spalt zwi­ schen Grobfraktion abtrennt und zusammen mit der Feinfrak­ tion in den Stutzen 9 heraustritt. Die Grobfraktion sam­ melt sich im Behälter 10 an.

Eine ausgedehnte "Trennzone" und ihre räumliche Konfiguration gestatten es, die hochdispersen Güter bis zu einer Trenngrenze von 1 bis 2 Mikron bei verhältnis­ mäßig niedrigen Rotorgeschwindigkeiten zu trennen.

Claims (3)

1. Zentrifugalkraftsichter zur Trennung eines hoch­ dispersen Gutes, der ein Gehäuse (1) enthält, in dem ein angetriebener Rotor (5) mit einem starr befestigten und koaxial angeordneten Paar von Scheiben (7 und 8) zum Verdrehen eines dazwischen eingeführten Luft-Dispersions­ gemisches untergebracht ist, das über einen im Gehäuse (1) vorgesehenen Stutzen (2) zugeführt und zwischen den Scheiben (7, 8) über den hohlen Teil des Rotors (5) in einen Stutzen (9) abgeführt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einander zugewandten Umfangsbereiche der Oberfläche der Scheiben (7, 8) mit Radiusabrundungen ausgeführt sind und äquidistanz zuein­ ander liegen.

2. Zentrifugalkraftsichter zur Trennung eines hoch­ dispersen Gutes nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Nähe der Kante der Scheibe (7) in der Seitenwand des Gehäuses (1) eine Öff­ nung vorgesehen und die Scheibe (8) mit Schlägern (11) für eine zusätzliche Desaggregation des Beschickungsgu­ tes versehen ist.

3. Zentrifugalkraftsichter zur Trennung eines hoch­ dispersen Gutes nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Rotor (5) von der Ein­ führungsseite für das Gut eine zusätzliche Scheibe (12) starr befestigt ist, die koaxial mit der ihr folgenden Hauptscheibe (8) angeordnet ist und mit dieser eine "Ver­ drehungszone" für das Gut bildet, bei der der Austritt als eine Reihe von an der Umfangslinie der Scheibe (8) liegenden Öffnungen (13) ausgebildet ist, wobei diese Scheiben (8, 12) mit einem Spalt relativ zu der Scheibe (7) angeordnet sind, und im Gehäuse (1) ein Stutzen (14) für die teilweise Einführung eines Gases in den genann­ ten Spalt vorgesehen ist.