SE427248B - Centrifugalseparator med automatisk flodeskontroll i utloppet for fastfasfraktion - Google Patents

Description

7900525-7 nämnd slam, i rotorns radiellt sett yttre del, varvid denna fastfasfraktion . intermittent utskjutes genom de nämnda periferiella öppningarna. En dylik centri- fufgalseparator uppvisar en relativt komplicerad och därmed dyr konstruktion. Om halten fast substans i vätskan är någorlunda hög, komer därför en centrifizgalse- ' parator med en rotor, försedd med ett antal periferiellt anordnade ständigt öppna munstycken, ifråga. Dessa mmstycken, vilkas öppningsdiameter i regel är av stor- leksordningen l mm användes exempelvis för jästsnspensioner. Nackdelen med denna typ av centrifugalseparatorer är, att mmstyokenas öppningsarea måste vara begränsad, för att inte ett allt för stort flöde av fastfasfraktion, dvs. exempelvis jästkon- centrat skall uppkomma, med tanke på. det vid munstyckena normalt rådande höga trycket av storleksordningen 150-200 bar, vilket är en följd av den höga centrifugalkr-aft som är behövlig för en effektiv separation av exempelvis jästen från vätskan. Detta förhållande innebär risk för igensättningar. Det föreligger sålunda ett behov av någon form av reglering av flödet genom utloppet från en centrifugalseparator för i rotorns radiellt sett yttersta inre del ansamla fastfasfraktion.

En lösning på detta problem anvisas exempelvis i den svenska patentskriften 227,lO6, som avser en oentrifizgalseparator med kanaler, ledande radiellt från rotorns ra- diellt sett yttersta inre del inåt till en med avlopp, dvs. skalorgan, försedd mot- tagningskammare nere i rotorn, vid vilken en ventil är anordnad att stänga och öppna kanalernas nnynningar i mottagningskammaren. Funktionen är, att fastfasfraktion dvs. slam, strömmar genom kanalerna ner .till mottagxingskammaren, varifrån det ut- tages 'med ett skalrör eller liknande. En sådan centrifugalseparator kan förses med en regleringsanordning, vilken utjämnar variationer i halten fast substans i den inkommande blandningen på så sätt, att halten fast substans i den utgående fastfas- fraktionen förblir relativt konstant. En sådan regleringsanordning kan innefatta ett avkänningsorgan, vilket är anordnat att avkänna en egenskap såsom viskositeten i det utgående fastfasfraktionsflödet och att via en regulator påverka den nämnda ventilen på så sätt, att den öppnar' och stänger kanalnwnningarna så, att halten fast substans i fastfasfraktionsflödet förblir relativt konstant.

En sådan regleranordning kan ofta användas med relativt gott resultat, men ställer sig dyrbar och är relativt känslig för driftsstömingar.

Ett problem av något avvikande karaktär, men dock besläktat med de just beskrivna, består i förhållandet, att vissa centrifugalseparatorers rotorer är utformade med en sådan radie och drives med en sådan rotationshastigiaet, att ett intermittent flöde genom i rotorns periferi anordnade utlopp när så hög hastighet, att den fasta sub- , 7900523-7 stansen verkar kraftigt eroderande, så att de i anslutning till utloppen anordnade stängningsorganens funktion försämras eller t.o.m. omöjliggöres. Bär skulle behövas någon hastighetsbegränsande men, med tanke på behovet av tillräcklig genomströmnings- area, dock ej areabegränsande anordning. ^ De nu återgivna problemen i anslutning till användning av centrifugalseparatorer av det inledningsvis nämnda slaget har enligt uppfinningen lösts på ett sätt, som även visat sig ge ytterligare konstruktiva möjligheter, nämligen genom att ett organ för automatisk flödeskontroll är anordnat i det nämnda utloppets strömnings- väg, vilket organ innefattar 'åtminstone en virvelfluidistor, vilkens virvel- kammare är förbunden med rotorns separeringskammare, varvid virvelkaxnmaren är utformad att icke separera den inkommande fastfasfraktionen vidare, och är ut- formad enligt i och för sig känd virvelfluidistortekrxikvpå ett sådant sätt, att flödet genom virvelkammaren ökar med ökande viskositet hos den nämnda frak- tionen och vice versa.

Virvelfluidistorer undersöktes redan i slutet av 1920-talet, och har från början av 1960-talet kommit att uppmärksammas inom en tåsiologi, som på engelska kallas "fluidios" och på svenska “fluidistik". En utförlig sammanfattning av denna tekno- logi återfinnes i LM. Ifirshner och S. Katz: Design Theory of Fluidic Components- Academic Press NJ. 1975. Det framgår av denna publikation, att fluidistiken är relativt väl teoretiskt genomarbetad, men att de praktiska tillämpningarna hittills varit relativt få, troligen beroende på elektronikens oerhört snabba utveckling under de senaste årtiondena. Inom fluidistiken användes från elektroniken välkända, analoga begrepp. Så talar man om dioder, trioder etc.

En virvelfluidistor av diodtyp innefattar sålunda en väsentligen rotationssymmetrisk virvelkammare, försedd med ett tangentiellt inlopp och åtminstone ett centralt ut- lopp, anordnat i en gavel. Vid en vanlig utformning är virvelkammaren försedd med plana gavlar och endast ett centralt, cirkulärt utlopp. I analog-i med de från elek- troniken välkända dioderna är strönmingsmotståndet betydligt större, om ett flöde får inträda genom det tangentiella inloppet och, efter att tvångsvis ha bringats att följa en spiralbana mot det centrala utloppet, utträde genom detta, än om strömningsvägen är den motsatta. Fullständig avstängiing av flödet är dock ej möj- lig.

En virvelflziidistor av triodtyp åter innefattar en väsentligen rotationssymmetrisk virvelksmmsre, försedd med ett radiellt inlopp för ett huvudflöde och åtminstone ett tangentiellt inlopp för ett styrflöde och åtminstone ett centralt utlopp, an- 7900523-7 4 ordnat i en gavel. I en sådan virvelfluidistor kan man påverka ett huwnzdflöde, genom att införa ett styrflöde, som måste ha högre tryck än huvudflödet, ty aamars kan det ej inträda i virvelkannnaren. Med ökande styrflödestryok ökar styrflödet efterhand, varvid huvudflödet och även summan av styr-flöde och huvudflöde efter- hand minskar, tills huvtdflödetïrid enps.k'.""cut-off" 'punkt till sist helt avstängs, varvid styrflödet strömmar ensamt genom virvelfluidistorn.

Genom att införa en virvelfluidistor i rotorutloppens strömningsväg har man så- lunda. skapat en möjlighet till flödesbegränsning, medelst en anordning med be- gränsade dimensioner, utan att strömningsarean behövt reduceras, vilket ju skulle öka risken för igensättning. Virvelfluidistorer av diodtyp kan, som framgått av ovanstående beskrivning, inte styras, men uppvisar dock en egenskap, som medger en viss självregleriizg av flödet, vilket beror på en speciell egenskap hos virvel- _fluidistorer, nämligen förhållandet, att en ökande viskositet i det till virvel- fluidistorn inkommande flödet upp till så höga viskositeter, att strömningsmot- ståndet börjar göra sig alltför mycket gällande, medför ett ökatflöde. Detta :Ln- nebär, att virvelfluidistorema kan ge en synnerligen enkel form av reglering av ett inkommande flöde med varierande viskositet, vilket framgår av ett utförings- exempel, som redovisas nedan. Virvelfluidistorer av triodtyp låter sig däremot, som likaså framgår av ovanstående, styras vilket kan vara en fördel, men som dock medför en något mer komplicerad konstruktion, med tilloppskanal för ett styrflöde.

I de typer av centrifugalseparatorer, som är försedda med utloppsöppningar i ro- torns periferi, inplaceras en virvelfluidistorsom ett munstyoke i utloppskana- len, lämpligen så, att utloppskanalens väsentliga riktning (bortsett från den spi- ralformade strömningsvägen genom virvelfluidistorns virvelkammare) är riktad ra- diellt. Det bör observeras, att i ordinära centrifugalseparatorrotorer, försedda med ständigt öppna, periferiellt anordnade utlopp, dessa är riktade bakåt i rotorns rotationsriktning. Anledning till detta är, att man önskar återvinna den rörelse- energi, dvs. reaktionsenergi, som annars ginge förlorad vid utströmrzingen av fast- fasfraktion. Vid användning av virvelfluidistorer blir emellertid utloppshastig- heten relativt låg, varför man ej behöver ta till, eller snarare kan, åter- vinna någon reaktions energi.

De i rotom perifert anordnade utloppen kan även vara väsentligen axiellt riktade, vilket dock ej medför något speciellt problem vid införande av en virvelfluidistor i strömningsvägen.

Vid sådana centrifugalseparatorer, som innefattar kanaler, ledande radiellt från rotorns radiellt sett yttersta inre del inåt till en med avlopp t.ex. skal- organ, försedd med mottagningskammare nere i rotorn, anordnas en virvelfluidistor 7900523-7 i varje sådan kanal, lämpligen i kanalens mot rotorns rotationsaxel riktade, inners- ta del, dvs. mynning.

Det har visat sig, att 'virvelfluidistorernas symmetriaxel kan orienteras på olika sätt i förhållande till 'rotorns 'rotationsáakeL En lämplig orientering är med den nämnda. symmetriaxeln parallell med denna rotationsaxel. Symmetriaxeln kan även 'orienteras vinkelrätt mot rotationsaxeln.

Vid ett sådant arrangemang kan det vara lämpligt att anordna virvelkammarens radiellt sett utåtvända gavel i form av en stympad kon, med ett centralt utlopp anordnat i konens smalaste del. Ein sådan utformning ger fördelen, att risken för att fast substans skall avsätta sig i virvelkammaren minimeras.

Om virvelfluidistorer av triodtyp kommer till användning, kan styrflödet tillföras på 'olika sätt. Om utloppen är anordnade i rotorperiferien, är det lämpligt att tillföra ett styr-flöde genom rotorspondeln och, vidare genom en kanal anordnad i rotoms undre del. Som redan nämnts krävs ett högre tryck i styrflödet, för att detta över huvud taget skall kunna påverka, dvs. minska huvudflödet, i detta fall fastfasfraktionsflödet. Genom att tillföra styrflödet inifrån spindeln, dvs. nära rotorns rotationsaxel, erhålles automatiskt ett högre tryck i styrflödet vid det- tas inträde i virvelkammaren på grund av det från spindeln integrerade trycket, uppbyggt genom centrifugalkraften, än i huvudflödet, vilkets tryck är lika med det i rotorns radiellt sett yttersta inre del rådande, eftersom detta tryck byggs upp från vätskeytan, som befinner sig radiellt sett på avstånd från rotoms rota- tionsaxel. variationer i styrflödets tryck för reglering av huvudflödet kan så på.- läggas genom motsvarande tryckvariation i styrflödets källa.

En nackdel vid användning av virvelfluidistorer av triodtyp är, att styrflödet ut- träder tillsammans med huvudflödet. Uppfinningen sP-tall i det följande beskrivas närmare med hänvisning till bifogade figurer och diagram. Samtliga figurer är schematiska.

'I Figur l visar ett axialsnitt genom en centrifugrotor, med radiella, i periferin an- ordnade ständigt öppna utlopp, med en virvelfluidistor antydd; 'figur 2 visar på samma sätt en centrifugrotor med aaciella, interxnittent öppnings- bara i periferien anordnade utlopp, med en virvelfluidistor antydd; figur 5 visar ett axíalsnitt genom en centrifugrotor, försedd med en inåtledande kanal, i vilkens inre nwnrxing en virvelfluidistor. är antydd; 79005237 figur 4 visar ett axialsnitt genom en centrifugrotor med horisontell axel och inre transportskruv, med en virvelfluidistor antydd i ett i rotorperiferin anord- nat radiellt utlopp; Il. I I|' II 'figur 5 visar en perspektivskiss av en virvelfluidistor av diodtypen; figur 6 visar det radiella utloppet i oentrifugrotorn i figur' 1 i större skala; figur 7 visar en vy av ett horisontellt snitt. längs linjen A - A i figur 6; - figur 8 visar en altemativ orientering av en virvelfluidistor i ett radiellt riktat utlopp, med komisk gavel; figur 9 visar ett aadalsnitt genom en centrifugrotor medi periferin anordnade, radiella. utlopp, med en virvelfluidistor av triodtyp antydd; ' figur 10 visar ett diagram av konoentratflödet som funktion av torrsubstanshalten vid ett driftsförsök med en oentrifugalseparator enligt uppfinningen, och figur ll visar ett motsvarande diagram, med torrsubstansflödet om funktion av torrsubstanshalten i koncentratet.

Av figur 5 framgår, hur en virvelfluidistor av diodtyp kan vara utformad. Den innefattar en inloppskanal 1, en virvelkammare-Z ooh ett en utloppskanal 3, ledande från ett centralt utlopp 4, anordnat i virvelkammarens 2 ena gavel 5. Den andra gaveln 6 är i detta fall ej försedd med något centralt utlopp, men som redan nämnts förekommer även sådana konstruktioner.

En sådan virvelfluidistor är antydd med Ft i figur 1, och visas mer i detalj i figur 6 och 7. Det framgår, att virvelfluidistorn är så inplacerad i utloppet, att utloppets strönmingsväg är väsentligen radiellt riktad. Virvelkammarens symmetri- axel är anordnad parallell med centrifizgrotorns rotationsaxel.

I figur 8 visas en alternativ orientering och utformning av en virvelfluidistor av diodtyp, anordnad i ett väsentligen radiellt riktad utlopp. I detta fall är vir- . velkammarens symmetriaxel riktad radiellt i rotorväggen, med den centrala utloppet riktat radiellt utåt. Virvellnammarens med utlopp fdrsedda gavel är därtill delvis koniskt utformad, vilket innebär, att risken för avsättning av fast substan mini- merats .

Centrifizgrotorn, som visas i figur 2, har intermittent förslutbara utlopp med 7900523-7 väsentligen aoriell inriktning. I detta fall kan virvelfluidistom F lämpligen inplaceras på så. sätt, att virvelkammarens symmetriaxel är vinkelrät mot rotorns rotationsaxel. Den erhållna begränsningen av utetrömningshastigïzeten utan att ge- nomströmningsarean behövt minskas löser i detta fall problemet med den nötning som de fasta partiklarna utövat 'på förslutningsorgenet? på. grund av den stora utströmmgshastigïxeten, som i sin tur beror på de höga tryck som råder i derma typ av centrifugalseparatorer inom området för utloppens ingångssida.

Den i figur 4 visade centrifugrotorn med horisontell axel och transportskruv är försedd med i periferin anordnade radiella utlopp, försedda med virvelfluidistorer F, lämpligen anordnade med vírvelkammanias symmetriaxlar parallella med rotoms rotationsaxel. Centrifugalseparatorer med horisontell axel och en inuti rotorn an- ordnad transportskruv brukar normalt vara utformade med en rotor, vilken dels upp- visar ett cirkulärcylindriskt parti, och dels ett stympat koniskt parti. .Anled- ningen till detta är, att man önskar transportera den avskilda fastfasfrektionen, dvs. slammet radiellt inåt, så att det kan utträda. ur centrifugalseparatom utan be- röring med vätskefasen. Teoretiskt vore väl i och för sig en konstruktion med en rotor, enbart cylindriekt utformad och försedd med radiellt i periferin anordnade utlopp med mycket begränsad genomströmningsarea möjlig, men på. grund av den fasta _ substansens karaktär vid normala tillämpningar skulle en sådan konstruktion ej fungera i praktiken p.g.a. igensättníng. En ökning av genomströmningearean i ordi- nära utlopp för att Imdánröja denna nackdel skulle medföra ett alltför stort flöde, varigenom torrsubstenshalten i den utströmmande fraktionen skulle bli alltför låg.

Användningen av virvelfluidistorer möjliggör dock en sådan konstruktion tack vare kombinationen av stor genomströmiingsarea och lågt flöde.

Centrifugalseparatorn i figur 5, försedd med kanaler 8 ledande inåt från ett radiellt yttre parti av rotorns 7 inre till en nere i rotorn centralt belägen mot- tagringskammare 9, har försetts med virvelfluidistorer F vid kanalernas 8 inre myn- ningar. En fastfasfraktion uttag-es från mottagningskammaren 9 medelst ett skalrör 1G. Virvelkamramas symmetrianlar kan lämpligen anordnas parallella med rotorns rotationsaxel. Genom denna konstruktion kan flödet genom kanalerna 8 begränsas utan att någon risk för igensättning föreligger.

I figurerna 1-4 utgöres virvelfluidistorezna av sådana av diodtyp. I figur 9 däre- mot återges användningen av en virvelfluidistor av triodtyp i en oentrifzzgrotor ll, försedd med perifert anordnade, radiella utlopp 12. Ett styrflöde tillföres spin- deln _13 från en källa 14 och ledes genom kanaler 15, 16 till virvelfluidistorn 17.

Vid denna tillämpning kan man således på ett enkelt sätt styra fastfasfraktions- flödet genom utloppet 12 genom att variera trycket i källan 14. Naturligtvis måste man ta hänsyn till att även styrflödet utträder genom utloppet 12. 7900523-7 e Försöksresultat Vid ett praktiskt driftsprov utrustades en oentrifugalseparatorrotor med perifera., radiellt anordnade utlopp, på så sätt som visas i figur 1, 6 och 7 med virvel- fluidistorer av diodtyp. Dimensioner-na pådessa var: inloppsarea, kvadratisk 1,01: 1,0 mm, virvellcammare höjd 1,0 mm diameter 7,0 mm, centralt utlopp diameter 1,0 mm. Rotorns radie till utloppen var 278 mm. Antalet utlopp = 12 st. Det använda varvtalet var cza 4700 rpm. Vid provet centrifugerades jästsuspensioner .med varie- “rande torrsubstanshalt. Det framgår av fig. 10 vilka fastfasfraktionsflöden, dvs. flöden Q kg/h av jästkoncentratet som erhölls vid olika torrsubstanshalter i det- samma. I fig. ll har dessa-resultat omräknats till- att avse G kg/h toirsubstans (dvs. jäst), per timme som passerar de perifera utloppen vid olika torrsubstanshalter i det utgående flödet.

Som synes av de visade kurvorna '_6192 genomströmningen genom de med virvelfluidisto- rer försedda utloppen med ökande torrsubstanshalt-och därmed ökande viskositet. , Detta innebär, att man vid varierande halt torrsubstans i 'den ingående blandningar: får en viss självreglering av flödet genom utloppen, så att en låg torrsubstanshalt ger ett litet flöde och en hög torrsubstanshalt ger ett stort flöde. En sådan regle- ring stabiliserar separeringsförloppet på. så sätt, att torrsubstanshalten kan hållas på en relativt hög, jämn nivå även vid variationer av torrsubstanshalten i den in- gående blandningen.

Sammanfattningsvis uppnås följande fördelar enligt uppfinningen vid centrifugal- separatorer av det inledningsvis nämnda slageti l) Vid rotorer försedda med ständigt öppna utlopp från rotoerna för fastfasfraktion kan man separera inkommande blandningar med väsentligtilägre halt torrsubstans, ' än vad som hittills varit möjligt, utan att utloppsöppningamas genomströmningsarea behöver minskas, så. att risk för igensättning uppkommer. 2) Man kan grovt räknat öka genomströmningsarean till det dubbla genom att införa en virvelfluidistor, jämfört med tidigare utloppskonstnflctioner, utan att flödet I ökar, vilket sålunda ger ökad säkerhet mot igensättning. - 5) En automatisk reglering av torrsubstanshalten i utgående fastfasfraktionsflöde kan erhållas vid relativt vid variation av torrsubstanshalten i den ingående bland- ningen. 4) Högre torrsubstanehalt i det utgående flödet möjlig-göres på. grund av det gynn- samma förhållandet mellan genomströmningsarea och flöde.

Claims (12)

7900523-7 Patentkrav

1. l. Centrifugalseparator för uppdelning av en inkommande blandning av en vätska och fast substans i :åtminstone en vätskefraktion och en på fast fas snrikad ' fraktion, dvs. faštfasfraktion, med en rotor, innefattande åtminstone ett ut- lopp ut ur rotorn fór fastfasfraktion, som ansamlats i den radiellt sett ytt- re delen av rotorns separeringsrulm, k ä n n e t e c k n a d att ett organ för automatisk flödeskontroll är anordnat i det nämnda utloppets EV strömmingsväg, vilket organ innefattar åtminstone en virvelfluidistor (F), vilkens virvelkammare (2) är förbunden med rotorns separeringskanmare, varvid virvelkammaren (2) är utformad att icke separera den inkommande fastfasfrsktio- nen vidare, och är utformad enligt i och för sig känd virvelfluidietorteknik på ett sådant sätt, att flödet genom virvelkammaren (2) ökar med ökande viskosi- tet hos den nämnda fraktionen och vice versa.

2. Gentrífugalseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a, d a v att virvelfluidistorn är anordnad i närheten av rotorns periferi.

3. 5. Centrifugalseparator enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n s. d a. v att utloppets (5) strömningsriktning väsentligen är radiell, medan virvelflui- distoms virvelkammare (2) sträcker sig med sin symmetriaxel väsentligen vinkelrätt mot en radie hos rotorn, företrädesvis parallellt med rotorns rota- tionsaxel.

4. Centrifugalseparator enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att utloppets (5) strömningsriktning väsentligen är axiell, (medan virvelfluidis- tcrns virvelkammare (2) sträcker sig med sin symmetriaxel väsentligen vin- kelrätt mot rotorns rotationsaxel, företrädesvis i rotorns omkretsriktning.

5. Centrifugalseparator enligt krav 1, k ä' n n e t e c k n a d a v att -utloppet innefattar åtminstone en kanal, ledande från separeringsrummets ra- diellt sett yttersta del till en med avlopp försedd, i rotorn belägen mottag- ningskammare, varvid virvelfluidistom är anordnad i denna kanal.

6. Centrifugalseparator enligt något av krav l - 5, k ä. n n e t e o k n a d a v att virvelfluidistorn är av diodtyp, dvs. irmefattar en väsentligen rotationssymmetrisk virvelkammare (2), försedd med ett tengentiellt inlopp (1) och åtminstone ett centralt utlopp (4), anordnat i en gavel 2900523-7 t1io

7. Centrifizgalseparator enligt något av lcrav l - 6 k ä. n n e t e c k n a d a v att virvelkemmaren (2) är försedd med två väsentligen plana gavlar (5), varvid virvelkammarens (2) aadella utsträckning är mindre än dess diameter. _, v 1 ;.- .u

8. Centrifizgalseparator enligt krav 7, k ä n n e t _e c k n a d e. v att virvelkammarens (2) axiella utsträckning är 0:a 15 7É av dess diameter.

9. Centrifugalseparator enligt något av krav 2 - 4, varvidvirvelfluidistoms (2) utlopp är anordnat radiellt sett utåt.

10. Centrifugalseparator enligt krav 9, k ä. n n e t e c k n a. d a v att virvelkammarens (2) radiellt sett utåtvända gavel är utformad åtminstone delvis konisk.

11. ll. Centrifugalseparator enligt något av krav lw- 5, k ä. n n e t e c k n a d a v att virvelflvidistom är av triodtyp, dvs. innefattar en väsent- ligen rotationssymmetrisk virvelkammare (2), försedd med ett radiellt inlopp för ett huvudflöde och ett tangentiellt inlopp för ett styrflöde och åtminsto- ne ett centralt utlopp, anordnat i en gavel

12. Centrifugalseparator enligt krav ll, varvid utloppet är anordnat i rotoms perifer-i, k ä n n e t e c k n a d a v att en ledning är anordnad att via rotor-spindeln och rotorväggen tillföra virvelfluidistorn ett styrflöde.