DE1037416B - Nach dem Gegenstromprinzip und unter Fliehkrafteinwirkung arbeitende Einrichtung zum innigen gegenseitigen Durchdringen und unmittelbar anschliessenden Trennen von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine nach dem Gegenstromprinzip und unter Fliehkrafteinwirkung arbeitende Einrichtung zum innigen gegenseitigen Durchdringen und unmittelbar anschließenden Trennen von Flüssigkeiten verschiedener Dichte. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise für die Zwecke der lösenden Extraktion, für chemische Behandlung u. dgl. verwendet werden. Sie läßt sich auch benutzen, um zwei Flüssigkeiten, die teilweise oder völlig unvermischbar miteinander sind, miteinander in Berührung zu bringen.

Die Erfindung betrifft ferner derartige Einrichtungen mit einem umlaufenden Rotor, der durch unterbrochene Trennwände in radialer Richtung unterteilt ist und vom Behandlungsgut durchströmt wird, wobei dem Rotor die eine Flüssigkeitskomponente außen zu- und innen abgeführt wird.

Es ist bekannt, Flüssigkeiten, die miteinander schwer oder gar nicht mischbar sind, mit Hilfe der Fliehkraft und im Gegenstrom in solchen umlaufenden Rotoren aufeinander einwirken zu lassen. Dabei weisen diese Rotoren von den unterbrochenen Trennwänden gebildete Kammern auf, in denen die Flüssigkeiten in spiralförmigen oder kreisförmigen Führungskanälen umlaufen. Die gegenseitige Einwirkung der beiden Flüssigkeiten aufeinander erfolgt bei den bekannten Einrichtungen im wesentlichen an der — sehr ausgedehnten — Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten.

Ferner sind für diese Zwecke auch schon umlaufende Vorrichtungen benutzt worden, bei denen in entsprechenden Kammern kegelförmige Bleche in gewissen Abständen ineinandergreifend angeordnet waren. Hier bewirkt das Umlaufen der Kammer, in der die Berührung der Flüssigkeiten vor sich geht, eine Rotationsbewegung bzw. ein AVirbeln der Flüssigkeiten in der ganzen Kammer.

Diese bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf. daß verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen erforderlich sind, um die umlaufenden Behälter, Trommeln oder Kammern, in denen die Einwirkung der Flüssigkeiten aufeinander stattfindet, völlig zu füllen. Damit ist das Anwendungsgebiet der bekannten Einrichtungen auf Großbetriebe beschränkt.

Solche Einrichtungen lassen sich auch nicht kleiner bauen, denn die Einwirkung der Flüssigkeiten aufeinander erfolgt, wie bereits erwähnt, an der Grenzfläche der beiden Medien. Für eine genügend starke Einwirkung ist also eine ausreichend große Grenzfläche, d. h. Oberfläche des einen bzw. anderen der beiden Medien, Voraussetzung. Räumlich kleine Vorrichtungen für den Durchsatz verhältnismäßig geringer Flüssigkeitsmengen lassen sich daher auf diese Weise nicht bauen.

Nach der Erfindung wird eine wesentlich inten-

Nach dem Gegenstromprinzip

und unter Fliehkrafteinwirkung

arbeitende Einrichtung zum innigen

gegenseitigen Durchdringen

und unmittelbar anschließenden Trennen

von Flüssigkeiten

Anmelder:

Walter Joseph Podbielniak

und Wladzia Gajda Podbielniak,

Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. Juni 1951

Walter Joseph Podbielniak, Chicago, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

sivere Einwirkung der beiden Medien aufeinander erreicht. Daher kann die neue Einrichtung für eine gegebene Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit kleiner ausgebildet werden, und es können auch Flüssigkeitsmengen verarbeitet werden, für die bisher eine derartige Enirichtung überhaupt nicht in Betracht kam. Daher ist die Einrichtung nach der Erfindung vornehmlich, aber nicht ausschließlich, dazu bestimmt, im kleinen Betriebe angewendet zu werden, beispielsweise bei der Erzeugung bestimmter pharmazeutischer Mittel oder anderer feiner Chemikalien, von denen nur verhältnismäßig kleine Mengen zur Behandlung

4c kommen.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann außerdem — im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Apparaten dieser Art — so ausgebildet werden, daß sich ihre Betriebsbedingungen leicht ändern lassen.

Dies ist in den Fällen von besonderer Bedeutung, in denen es in erster Linie darauf ankommt, Versuche durchzuführen, um die Wirksamkeit eines Verfahrens zu erproben und die Bedingungen zu ermitteln, die bei der Anwendung im Großbetriebe zu beachten sind.

Die neue Einrichtung kennzeichnet sich nach der Erfindung durch die Ausbildung des Rotors als eine von der Drehachse aus nach außen gerichtete langgestreckte Arbeitskammer, die durch gelochte Trennwände in viele kleine, in radialer Richtung aufeinan-

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derfolgende und miteinander durch die öffnungen verbundene Einzelkammern unterteilt ist, und durch die Anordnung einer Zuführung für die schwere Flüssigkeit in die innerste Einzelkammer und einer Zuführung für die leichtere Flüssigkeit in die äußerste Einzelkammer sowie je einer Abführung in der äußersten Einzelkammer für die schwere Flüssigkeit und in der innersten Einzelkammer für die leichtere Flüssigkeit.

Bei dieser Einrichtung wird also nicht mehr durch Herstellen einer möglichst großen Grenzfläche bei relativ langsamem Transport der Medien, also in einen quasi statischen Vorgang, für eine ausreichende gegenseitige Einwirkung gesorgt, sondern die Einwirkung wird auf dynamische Weise besonders intensiv gestaltet. Zu diesem Zwecke werden beide Medien einer Vielzahl von sehr krassen Geschwindigkeitsänderungen mittels entsprechender Querschnittsänderungen der Kammer unterworfen, die beide Medien im Gegenstrom durchlaufen müssen. Auf diese Weise wird nicht nur eine sehr kräftige Wirkung erzielt, sondern die Vorrichtung läßt sich auch leicht so konstruieren, daß zur einmaligen Füllung des Apparates sehr geringe Mengen von Flüssigkeit genügen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Gesamtquerschnitt der in jeder einzelnen Trennwand vorgesehenen öffnungen derart gewählt, daß er sich umgekehrt proportional einer Potenz des radialen Abstands der jeweiligen Trennwand von der Drehachse des Rotors mit einem Exponenten von 0,5 bis 2 ändert.

Zweckmäßig haben die Trennwandöffnungen Abmessungen, die in der Größenordnung zwischen 0,018 und 0,380 cm liegen. Der Gesamtdurchgangsquerschnitt der öffnung bzw. öffnungen in jeder Trennwand sollte dabei zweckmäßig 5 %> der lichten Fläche dieser Wand nicht übersteigen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verringert sich der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Trennwänden im umgekehrten Verhältnis ihres radialen Abstandes von der Umlaufachse.

Mit Vorteil weist die Arbeitskammer auf ihrer ganzen Länge gleichen Querschnitt auf, und die Trennwände bestehen aus gelochten Scheiben, die sich quer durch den Arbeitsraum erstrecken und durch Abstandsstücke voneinander getrennt werden; hierbei ist am einen Ende der Arbeitskammer ein abnehmbares Verschlußstück vorgesehen.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn jede Arbeitskammer in einem senkrecht zur Umlaufachse geführten Schnitt etwa elliptische Form hat.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einigen weiteren Abänderungsformen veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt die Einrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht und teilweise im Schnitt;

Fig. 2 ist eine Ansicht der Einrichtung nach Fig. 1 in Längsrichtung dargestellt und teilweise geschnitten;

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt einen umlaufenden Arm der Einrichtung nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 zeigt eine andere Ansicht des umlaufenden Arms sowie Teile der Umlaufachse, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 veranschaulicht den Verschlußpfropfen für die radiale Kammer des umlaufenden Armes;

Fig. 6 zeigt in schaubildlicher Darstellung eine gelochte Scheibe, wie sie als Trennwand im Innern des Arbeitsraumes des umlaufenden Armes zur Anwendung kommt;

Fig. 7 zeigt in schaubildlicher Darstellung einen Abstandsring, wie er zwischen den einzelnen Scheiben in dem Arbeitsraum des umlaufenden Armes Verwendung findet;

Fig. 8 zeigt einen Mittellängsschnitt durch das eine Ende der umlaufenden Achse und durch einen Teil des umlaufenden Armes;

Fig. 9 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine andere Ausführungsform des umlaufenden Armes;

Fig. 10 veranschaulicht in gleicher Darstellung wie Fig. 9 eine weitere Abänderungsform des umlaufenden Armes.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Einrichtung hat ein Traggestell 10, in dem ein Rotor von allgemein zylindrischer Form gelagert ist. Von diesem Rotor werden Arme 12 und 13 getragen, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien veranschaulicht sind. Ein ortsfestes Gehäuse 14, in dem der Rotor arbeitet, wird nachstehend noch näher beschrieben.

Wie aus den Fig. 2 und 8 zu erkennen ist, weist der Rotor 11 Achsansätze 15 und 16 auf. Da Lagerung und Bauart dieser Achsansätze im wesentlichen dieselbe ist mit der im nachstehenden erwähnten Ausnähme, ist nur der rechts vom Rotor (Fig. 2) liegende Achsansatz im einzelnen in Fig. 8 veranschaulicht. Von der nachstehend noch zu erwähnenden Ausnahme abgesehen, ist die innere Bauart des Achsansatzes 16 etwa die gleiche wie diejenige des dargestellten Achsansatzes 15.

Der Achsansatz 15 ist in einem Kugellager 17a gelagert, der von einer ortsfesten Hülse 17 getragen wird; die Hülse wiederum ruht in dem Gestell 10. Auch der Achsansatz 16 ist in ähnlicher Weise gelagert. Wie im nachstehenden noch weiter beschrieben wird, sind die Achsansätze so ausgebildet, daß durch sie leichte und schwere Flüssigkeiten der Einrichtung zugeführt werden können, und zwar bevor der sich unter Fliehkrafteinwirkung abspielende Vorgang des Inberührungkommens beginnt; außerdem sind Mittel vorgesehen, um die leichten und schweren Flüssigkeiten nach Beendigung des Berührungsvorganges wieder abzuziehen.

Der umlaufende Arm 12 weist eine Bohrung bzw. einen Arbeitsraum 18 auf, der sich nach außen erstreckt und an einer nahe der Umlaufachse des Rotors liegenden Stelle beginnt. Bei der in Fig. 1 bis 8 veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich der Arbeitsraum in radialer Richtung; er kann aber gewünschtenfalls auch gegenüber dem Radius des Rotors geneigt sein. Am Grunde bzw. am inneren Ende der Bohrung befindet sich ein kurzer Stutzen 19 mit mittlerer Bohrung 20, die über eine Bohrung 21 mit einem Kanal 22 in Verbindung steht, der sich bis in die Achse des Rotors erstreckt und zur Zufuhr von schwerer Flüssigkeit zum Arbeitsraum 18 im Arm 12 dient. Der in den Arbeitsraum 18 hineinragende Stutzen 19 wird von einem Ringraum umgeben. Von diesem Ringraum geht eine andere Bohrung od. dgl. 23 aus, durch die leichte Flüssigkeit hindurchgelangen kann, die aus dem Raum 18 austritt, wenn der Vorgang des sich nach dem Gegenstromprinzip abspielenden, miteinander Inberührungkommens der Flüssigkeiten beendet ist.

Der Arbeitsraum 18 erweitert sich in einem geringen Abstand von der Achse und bildet eine Schulter 24. Auf dieser Schulter liegen in abwechselnder Reihenfolge gelochte Scheiben 25 und Abstandsringe 26. Diese bilden eine Reihe von Kammern, die sich von der Rotorachse aus nach außen aneinanderschließen.

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Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, können die 41 und dem Ringkanal 43 wird weiter unten he-

Abstandsringe allmählich kleiner werdende Höhen- schrieben.

abmessungen haben, so daß die in radialer Richtung Schwere Flüssigkeit wird von dem äußeren Ende gemessenen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden des umlaufenden Armes abgezogen und in den Ring-Scheiben mit zunehmendem radialen Abstand kleiner 5 kanal 43 des Achsansatzes 15 eingeführt und von dort werden. Dies wird weiter unten noch genauer be- aus der Einrichtung abgeleitet, und zwar auf folgende schrieben. In manchen Fällen kann es jedoch erwünscht Weise:

sein, daß die Scheiben alle den gleichen Abstand Die schwere Flüssigkeit, welche den Berührungsvoneinander haben oder daß sogar sich der Abstand Vorgang durchgemacht (hat, sammelt sich am äußeren mit zunehmender Entfernung von der Rotorachse io Ende des umlaufenden Armes und gelangt durch die vergrößert. Die Trennscheiben und Abstandsringe Öffnung 29 in die Leitung 31 und in ihr in Richtung werden mittels eines Schraubstopfens 27 an Ort und auf die umlaufende Achse des Rotors. Aus dem Kanal Stelle festgehalten, der gleichzeitig dazu dient, die 31 gelangt die Flüssigkeit durch eine öffnung 48 in Arbeitskammer 18 abzuschließen. Die Innenseite des der Wandung des umlaufenden Armes und durdh ein Schließstopfens 27 hat eine mittlere Aussparung, die 15 äußeres Rohrstück 49 sowie einen radial im Rotor 11 von im Abstand voneinander liegenden Ansätzen 28 vorgesehenen Kanal 50 in den Ringraum 47, der das umgeben wird, wie dies aus Fig. 5 zu erkennen ist. Ansatzstück 42a der Hülse 42 umgibt. Die schwere Die Abstände zwischen den einzelnen Ansätzen bilden Flüssigkeit wird dann durch den Kanal 46 in den Durchgangsöffnungen für den Ein- und Auslaß der Ringkanal 43 geführt, der das Rohr 41 umgibt. Flüssigkeiten. Diese Durchgangsöffnungen stehen über ao Wie schon erwähnt, erstreckt sich der Ringkanal 43 Bohrungen 29 und 30. die zweckmäßig an einander bis an das äußere Ende des Hülsenabschnittes 42 c, gegenüberliegenden Seiten des Armes 12 nahe seines an dem der Innendurchmesser dieses Hülsenabschnittes äußeren Endes vorgesehen sind, mit Kanälen 31 bzw. verringert ist, so daß sich eine Schulter 51 bildet, die 32 in Verbindung, die duroh den Arm 12 hindurch- den Ringkanal 43 abschließt. Das Rohr 41 ist noch geführt sind. Die beim Bohren der öffnungen 29 und »5 über diese Stelle hinaus fest mit der Hülse verbunden. 30 entstandenen öffnungen sind durch Stopfen 33 Ein schräger Kanal 53, der durch den Endabschnitt und die beim Bohren der Kanäle 31 und 32 entstan- der Hülse 42 etwa an der Stelle hindurchführt, an der denen öffnungen durch Stopfen 34 verschlossen. der ringförmige Kanal 43 endet, mündet in einen Besondere Mittel sind vorgesehen, um die in Be- Ringraum 53 einer ortsfesten Verschlußkappe 54. Aus tracht kommenden Flüssigkeiten auf dem Arbeits- 3° dieser Verschlußkappe gelangt die schwere Flüssigvorgang der Einrichtung zuzuführen und wieder ab- keit durch eine äußere Leitung 55 nach außen, zuziehen. Zu diesem Zweck weist der Achsansatz 15 Um leichte Flüssigkeit in das Innere des Rohres 41 des Rotors eine axiale Bohrung 35 auf, die im Innern einführen zu können, muß eine Dichtungsvorrichtung verschieden großen Durchmesser hat und im Innern vorgesehen werden, denn das Rohr 41 läuft um, wähdes Rotors in einer kleinen Kammer 36 mündet. Diese 35 rend die Verschlußkappe 54, durch die die Flüssigkeit Kammer steht mit einem Kanal 38 in Verbindung zugeführt wird, ortsfest ist. Wie weiter oben erwähnt, (Fig. 4), der radial in dem Rotor angeordnet ist; sitzt das äußere Ende des Rohres 41 fest und abgedieser Kanal steht über ein kurzes äußeres Rohrstück dichtet an dem Ende der Hülse 42. Ein umlaufender 39 mit einer öffnung 40 in Verbindung, die in der Dichtungsring 56 aus Metall, der im Querschnitt Wand des Rotorarmes liegt und in den Kanal 32 4° L-förmig ausgebildet ist und eine mittlere, zur Boheinmündet, und zwar in seinem inneren Ende. Leichte rung des Rohres 41 konzentrische öffnung 47 aufFlüssigkeit, die, wie nachstehend noch beschrieben weist, ist an dem Ende der Hülse 42 befestigt. Zwiwird, in die kleine Kammer 36 gelangt, kann so in sehen diesen Teilen liegt eine Dichtungsscheibe 57a. den umlaufenden Arm geführt werden, daß sie in den Ein nicht umlaufender Dichtungsring 58 aus Kohle Arbeitsraum 18 durch die öffnung 30 am äußeren 45 legt sich gegen die Stirnfläche des umlaufenden Dich-Ende des Arbeitsraumes gelangt, worauf sie unter tungsringes 56 aus Metall. Der Kohlering ist an einem Druck durch diesen Arbeitsraum hindurchgeführt nicht umlaufenden, verschiebbaren hülsenartigen wird, und zwar unter Überwindung der im Rotor Haltestück 59 befestigt, wobei auch zwischen diese erzeugten Fliehkraft. Teile eine Vorrichtung vorgesehen ist. An seinem Wie Fig. 8 zeigt, liegt in der Axialbohrung des 50 inneren Ende weist das Haltestück 59 einen Rand 60 Achsansatzes 15 ein Rohr 41. das von einer Hülse 42 auf, gegen den sich mehrere federbelastete Kolben 61 umgeben wird. Die Hülse liegt im Abstand von dem legen. Eine geeignete Anzahl solcher Kolben sind im Rohr 41, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein Abstand rund um die Achse verteilt; sie halten den Ringkanal 43 entsteht. Die Hülse 42 besteht aus drei Köhledichtungsring 58 in abdichtender Berührung mit zu einer Einheit miteinander verzweigten Teilen, und 55 dem metallenen Dichtungsring 56. Eine Topf scheibe 62 zwar einem inneren Ansatzstück 42a, einem mittleren aus inertem biegsamem Material wird mittels einer zylindrischen Teil 42 b und einem äußeren Endstück Mutter 63 gegen eine am Haltestück 59 vorgesehene 42c. Die Hülse 42 ist als Ganzes starr in der Axial- Schulter gedrückt. Auf diese Weise ist ein abgedichbohrung 35 befestigt, und zwar zweckmäßig durch teter Kanal geschaffen, durch den Flüssigkeit in das Schrumpfpassung. Auch das Rohr 41 wird in ahn- 60 Innere des Rohres 41 aus einer äußeren Rohrleitung licher Weise innerhalb der Hülse 41 starr befestigt. 66 (Fig. 2) geleitet werden kann. Diese äußere Rohr-Die Endabschnitte der Hülse sind zu diesem Zweck leitung 66 ist in ein Loch 65 der Verschlußkappe 54 bei 44 und 45 in ihren Innendurchmessern verankert. eingeschraubt. Der Zuführungskanal besteht also aus Das Ansatzstück 42a besitzt Bahrungen 46. die einer- einer Kammer 64 mit der Verschlußkappe, den mittseits mit dem ringförmigen Kanal 43 zwischen dem 65 leren Bohrungen des Haltestückes 59 und des Kohle-Rohr 41 und der Hülse 42 und anderseits mit einem dic'htungsringes 58 sowie aus der mittleren öffnung 57 ringförmigen Raum 47 in Verbindung stehen. Dieser des metallenen Dichtungsringes 56. Ringraum wird durdh eine Nut gebildet, die in das Wie weiter oben erwähnt, ruht der Achsansatz 15 Ansatzstück 42a der Hülse 42 eingeschnitten ist. Der in einem Kugellager 17a im Innern einer ortsfesten Zufluß und die Ableitung aus dem Innern des Rohres 70 Lagerhülse 17. An der Innenseite des Kugellagers ist

auf dem Achsansatz 15 ein Ringflansch 70 vorgesehen, der dazu beiträgt, das Kugellager in seiner Stellung zu sichern, und der mit der Lagerhülse 17 ineinandergreift, ohne jedoch die letztere zu berühren. Der Ring 70 kann frei mit der Achse umlaufen. Auf der gegenüberliegenden Seite der äußeren Laufbahn des Kugellagers 17a befindet sich ein Gewindesperring 71, der auf den Ac'hsansatz 15 aufgeschraubt ist und das Kugellager in seiner Stellung sichert. Der Achsansatz 15 ist hinreichend lang ausgebildet, so daß er eine Antriebsscheibe 72 tragen kann. Diese Scheibe ist auf dem Achsansatz in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise mittels eines Keils 73 und einer Ringmutter 74. befestigt. Jenseits der Ringmutter 74 weist der Achsansatz 15 eine Schulter 75 auf, gegen die sich ein mittlerer Dichtungsring 76 legt; dieser Dichtungsring läuft mit der Achse um und wirkt mit einem ortsfesten Kohledichtungsring 77 zusammen, der mittels eines unter Federwirkung stehenden Haltestückes in seiner Lage gesichert ist. Zwischen dem Haltestück 78 und dem Kohledichtungsring 77 sowie zwischen dem metallenen Dichtungsring 76 und der Schulter 75 sind Dichtungsscheiben vorgesehen. Eine Topfsoheibe 79 aus inertem, biegsamem Material wird mittels einer Ringmutter 80 gegen eine Schulter arn Ende des Haltestückes 78 gedrückt. Auf diese Weise ist der ringförmige Kanal 53 nach beiden Richtungen hin gegen Leckverluste der Flüssigkeit gesichert.

Ein ortsfest angeordnetes Gehäuse 51 schützt die Antriebsscheibe und ist mit der Lagerhülse 17 durch einen Ring 82 verbunden, der durch Bolzen 83 in seiner Stellung gehalten wird. Die Bolzen sind in geeigneten Abständen rings um den Ring herum verteilt. Die Verschlußkappe 54 wird am Gehäuse 81 mit Hilfe eines ähnlichen Ringes 84 gesichert. Für die Zuführ und den Durchfluß eines Schmiermittels für den Achsansatz 15 und die mit ihm zusammenwirkenden Teile sind geeignete Mittel vorgesehen.

Wie beschrieben, weisen der Achsansatz 15 und die mit ihm zusammenwirkenden Teile Leitungen auf, durch die ständig leichte Flüssigkeit dem äußeren Ende des umlaufenden Armes zugeführt und von diesem Ende schwere Flüssigkeit abgezogen werden kann. Der Achsansatz 16 enUhält entsprechende Leitungen für die Zufuhr einer schweren Flüssigkeit zu dem inneren Ende des umlaufenden Armes und zum Abziehen der leidhten Flüssigkeit von diesem inneren Ende. Der Achsansatz 16 ist so lang wie der Achsansatz 15. da sich auf ihm keine Antriebsscheibe befindet; im übrigen aber ist seine innere Ausgestaltung im wesentlichen die gleiche. Das innere Ende dieses Achsansatzes ist in der linken Hälfte der Fig. 8 im Schnitt veranschaulicht. Das innere Rohr 90 entspricht dem inneren Rohr 41 des Achsansatzes 15, und der Ringkanal 91 entspricht dem Ringkanal 43. Das Rohr 90 mündet in eine Kammer 92 am Ende der Bohrung des Achsansatzes 16; diese Kammer 92 steht über die Kanäle 22 und 21 mit der öffnung 20 im Stopfen 19 am Grunde bzw. inneren Ende des Arbeitsraumes 18 des umlaufenden Armes 12 in Verbindung. Die der Einrichtung zugeführte schwere Flüssigkeit wird dem Rohr 90 durch eine Leitung 93 zugeführt, die der Leitung 66 entspricht, welche in der weiter oben erwähnten Weise mit der Verschlußkappe 54 in Verbindung steht.

Den umlaufenden Arm verlassende leichte Flüssigkeit gelangt durch die öffnung 23 am inneren Ende des umlaufenden Armes 12 nach außen und tritt durch einen in der Rotorachse vorgesehenen Kanal 94, der mit einem Ringraum 95 in Verbindung steht. Dieser Ringraum entspricht dem Ringraum 47 im Achsansatz 15. Vom Ringraum 95 gelangt die leichte Flüssigkeit durch Bohrungen 96 in den Ringkanal 91. Aus diesem tritt die Flüssigkeit durch eine Leitung 97 (Fig. 2) nach außen, die der Leitung 55 des Achsansatzes 15 entspricht. Auf diese Weise kann schwere Flüssigkeit dem inneren Ende des umlaufenden Armes 12 während des Arbeitsvorganges ständig zugeführt und gleichzeitig leichte Flüssigkeit von diesem inneren

ίο Ende abgezogen werden.

Das den Rotor umgebende Gehäuse 14 besteht aus einem unteren ortsfesten Teil 98 (Fig. 1), das von einem Raum 99 gehalten wird. Dieser Raum ist durch Bolzen an dem Träger 10 befestigt. Der obere Gehäuseteil 100 ist am Rahmen 99 schwenkbar und mit Riegelgliedern versehen, beispielsweise einem Gelenkbolzen 101. Sowohl der obere Teil 100 als auch der untere Teil 98 des Gehäuses 15 haben Ausschnitte, die bei geschlossenem Gehäuse in eine Nut 102' ragen, die in der Lagerhülse 17 vorgesehen ist.

Sofern der Arbeitsraum 18. wie dargestellt, im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist, läßt er sich leicht herstellen. Der Arbeitsraum kann auch natürlich im Querschnitt rechteckig, elliptisch oder in einer sonstigen Form ausgebildet sein.

Wie weiter oben erwähnt, können die Abstände zwischen den gelochten Scheiben in dem radial gerichteten Arbeitsraum 18 gleich groß sein, sie können sich aber gegebenenfalls auch mit zunehmendem Abstand von der Achse vergrößern: vorzugsweise aber nimmt der Abstand zwischen den Scheiben mit zu nehmendem Radius ab; so kann der Abstand zwischen den Scheiben eine umgekehrte Funktion des Radius sein in der Größenordnung von 0,5 bis 2, und zwar zweckmäßig von 0,7 bis 1,5. Die Abstände können also, wie die Zeichnung zeigt, sich in umgekehrtem Verhältnis zum Radius ändern.

Die öffnungen in den Trennscheiben können runde Löcher sein, es können aber auch elliptische oder rechteckige Schlitze sein. Die Zahl der öffnungen kann von 1 bis 3 oder 4 oder noch mehr sich ändern, je nach dem Innendurchmesser des Arbeitsraumes innerhalb der Abstandsringe 26. Die Größe und Zahl der Öffnungen kann sich in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der zu behandelnden Flüssigkeiten und von dem Wirkungsgrad oder der Anzahl der theoretischen Verfahrensabsdhnitte ändern. Wenn also Flüsssigkeiten zur Behandlung kommen sollen, in denen irgendwelche Stoffe suspendiert sind, oder wenn kein sehr höher Wirkungsgrad erzielt zu werden braucht, können kreisförmige öffnungen im Durchmesser von etwa 0,5 bis 6,35 cm zur Anwendung kommen. Soll ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt werden, so muß die Größe der öffnungen wenigstens in einer Dimension klein gewählt sein, so daß offensichtlich die Flüssigkeiten in einem Strahl durch die Öffnungen hindurchtreten; wahrscheinlich wird eine besonders kräftige Austauschwirkung im Gegenstrom erreicht, wenn die Vermischung dadurch erzielt wird, daß die Flüssigkeiten bei ihrem Durchgang durch diese öffnungen strahlförmig durchtreten. Zur Erzielung hoher Wirksamkeit können die öffnungen wenigstens in der einen Dimension so verengt werden, daß sie in ihr nicht größer als 0,23 bis 0,38 cm sind.

Im allgemeinen sollte diese Dimension 0,18 bis 0,025 cm nicht unterschreiten. Eine Mindestabmessung zwischen 0,025 und 0,180 cm ist zu bevorzugen; wenn die öffnungen in der einen Richtung eingeschnürt sind, so brauchen sie nicht notwendigerweise auch in der anderen Richtung verengt zu sein, es sei denn,

ίο

daß besondere Verhältnisse dies vorschreiben sollten. Rs ist festgestellt worden, daß rechteckige öffnungen oder Schlitze, die 0,1 bis 0,23 cm breit und 0,254 bis 0,38 cm lang sind, eine besonders gute Wirkung haben. Die Länge der Schlitze kann bis zu 1,25 cm und noch langer betragen bis herauf zur Breite des Raumes selbst. Zur Vermeidung von Verformungen ist es jedoch zweckmäßig, die Schlitze nicht länger als 0,63 bis 1,25 cm lang zu machen. Sollen größere Öffnungen

zentraten von 54,5 Millimol pro Liter. Der Innendurchmesser des Arbeitsraumes innerhalb der Abstandsringe betrug 1,75 cm. Es wurden 26 Scheiben verwendet, von denen die innerste in einem Abstand von 4,7 cm von der Rotorachse lag; der Abstand zwischen den Scheiben variierte von 1,345 bis 0,129 cm, und zwar im wesentlichen im umgekehrten Verhältnis zu R⁰·⁷, wobei R der Radius war. Jede Scheibe hatte nur eine einzige öffnung, und zwar in

Verwendung finden, so ist es zweckmäßig, wenn io Gestalt eines etwa rechteckigen Schlitzes mit der

mehrere Schlitze geringerer Länge zur Anwendung kommen. Der Gesamtquerschnitt der öffnungen hängt von den zu erzielenden Wirkungsgraden und Leistungen ab; er kann 10 bis 15% des Höhten Querschnitts

Abmessung 0.158 · 0,380 cm. Das Verhältnis von Kerosin zu Wasser betrug 2,8 : 1. Die Zuführungsgeschwindigkeit betrug 250 ecm n-butylamirihaltiges Kerosin pro Minute und 92 ecm Wasser pro Minute.

und des Arbeitsraumes oder gar noch mehr betragen. 15 Die Temperatur der Flüssigkeiten beim Eintritt in

Im allgemeinen wird zur Erzielung eines hohen Wir- die Einrichtung betrug 26° C. Die Temperatur der

kungsgrades der Gesamtquerschnitt der öffnungen leichten Flüssigkeit beim Aderlässen der Einrichtung

etwa 1 bis 5% des lichten Querschnittsbereiches des betrug 129° C und diejenige der schweren Flüssig-

Arbeitsraumes betragen. Mit Zunahme des Wirkungs- keit l>eim Verlassen der Einrichtung etwa 33,5° C.

grades kann der Gesamtdurchgangsquersdhnitt der 20 Das der Einrichtung zugeführte Wasser war frei von

öffnungen sich ändern; er kann beispielsweise in Butylamin. Der Rotor lief mit einer Geschwindigkeit

umgekehrtem Verhältnis einer Potenz des Radius von von 5000 Umläufen in der Minute um.

0,5 bis 2 betragen. Der Gesamtquerschnitt kann aber, Die Konzentration des Butylamin war in der leich-

wie die Zeichnung zeigt, auch konstant sein. ten die Einrichtung verlassenden Flüssigkeit auf

Der Arm 13, der als Gegengewidht für den Arm 12 25 ungefähr 9 Millimol herabgesetzt, und die Konzentra-

dient, kann in Größe und Form ähnlich dem letzteren tion des Butylamin in dem die Einrichtung verlässen-

ausgebildet sein. Er ist auch mit einer radialen Boh- den Wasser betrug 130 Millimol pro Liter. Im Ver-

rung bzw. einem Arbeitsraum 102 versehen, der dem gleich zu bekannten Werten der Gleichgewichtsvertei-

Arbeitsraum 18 im Arm 12 entspricht. Die Bohrung lung von n-Butylamin zwischen Wasser und Kerosin

112 weist Innengewinde auf, so daß ein Verschluß- 30 ergab sich eine 8fache Erhöhung der Wirksamkeit des

stopfen 103 eingeschraubt werden kann. Die Lage Verfahrens.

dieses Stopfens kann verändert werden, so daß sich Bei der veranschaulichten Einrichtung sind ein-

der Arm 12 und die mit ihm zusammenhängenden ander entgegengesetztgerichtete Rotorarme vor-

Teile im Betriebe dynamisch auswuchten lassen. gesehen; in dem einen dieser Rotorarme befinden'sich

Für den Rotor sind geeignete Antriebsmittel vor- 35 im Abstand voneinander die gelochten Scheiben, mit

gesehen. Wie schon erwähnt, kann auf dem Achs- deren Hilfe die gegenseitige Berührung im Gegen

ansatz 15 eine Antriebsscheibe 72 angeordnet sein. Diese Achse und der Rotor können dann mittels eines Motors oder einer anderen geeigneten Antriebsquelle über Riemen 104 in Umlauf gesetzt werden.

Ein besonders leichtes Anwendungsgebiet für die veranschaulichte Einrichtung ist die Verwendung als Versuchseinrichtung bzw. Einrichtung im Kleinen. Die Einrichtung paßt sich leicht Schwankungen hinsichtlich der zugeführten Flüssigkeitsmengen an und läßt auch Änderungen bezüglich der inneren Bauweise leicht zu. so daß die Auswirkung solcher Änderungen auf die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad der Einrichtung bestimmt werden kann. So können die

stromverfahren durchgeführt wird. Der andere Rotor dient als Gegengewicht. Gegebenenfalls können auch beide Arme mit derartigen im Abstand voneinander liegenden durchlochten Scheiben sowie mit den notwendigen Hilfsmitteln zur Zu- und Abführung der zu behandelnden Flüssigkeiten versehen sein. Der Rotor kann natürlich auch mit jeder beliebigen Anzahl von wirksamen Rotorarmen versehen sein. Anstatt solche Arme zu verwenden, kann der Rotor auch als eine Scheibe oder als sich ergänzende Scheiben ausgebildet sein, in denen sich in radialer Richtung erstreckende Arbeitsräume vorhanden sind. Diese Räume sind so ausgebildet, daß die vorhandenen Flüssigkeiten hin

gelochten Scheiben und die Abstandsringe leicht ent- 50 sichtlich des freien Flusses in der Umfangsrichtung

fernt und durch Scheiben anderer Bauart bzw. Größe begrenzt sind; und daß ein Übertreten der Flüssigkeit

oder anderer Gesamtdurdhgangsquerschnitte der OfF- aus einem Arbeitsraum in den anderen verhindert ist.

nungen ersetzt werden; auch lassen sich andere Ab- Die sich nach außen erstreckenden Arbeitsräume

Standsringe verwenden, um die Entfernung der Trenn- können gegebenenfalls auch im Winkel zu dem Radius

scheiben voneinander verändern zu können. Besteht 55 angeordnet oder nach einer Kurve ausgebildet sein,

die Einrichtung aus rostfreiem Stahl oder einem die eine zunehmende Abweichung von Rotorradius in

anderen nicht korrodierenden Metall, so kann sie zur der L^Tmlaufrichtung aufweist, jedoch in seiner Ebene

Behandlung der verschiedenartigsten Flüssigkeiten Hegt. In einem solchen Falle liegen die gelochten

Verwendung finden. Trennwände zweckmäßig tangential zu konzentrischen

Als ein Beispiel für die Anwendung der Einrichtung 60 Kreisen, deren gemeinsamer Mittelpunkt in der Um-

im Kleinbetrieb und um den Wirkungsgrad deutlich laufachse des Rotors liegt. Die Bildung von Wirbel-

zu machen, der mit dieser Einrichtung erzielbar ist, strömen in den Kammern zwischen den gelochten

wird folgendes Verfahren erwähnt: Trennwänden kann auf diese Weise etwas unterdrückt

Bei dem einen Vorgang zum Ineinanderinberüh- und die Wirksamkeit der Kammern bei dem gegen-

rungbringen von Flüssigkeiten wurde z. B. als schwere 65 seitigen Inberührungbringen der Flüssigkeiten erhöht

Flüssigkeit Wasser und als leichte Flüssigkeit ein werden.

feiner Kerosinverschnitt von 67° C Selbstentzim- In den Fig. 9 und 10 sind Abänderungsformen des

dungstemperatur (bei geschlosssenem Behälter) ver- im Rotorarm der Einrichtung liegenden Arbeitsraumes

wendet. Für die Prüfzwecke wurde n-Butylamin in veranschaulicht. Anstatt durchlochte Schei1>en und

dem Kerosinverschnitt aufgelöst, und zwar in Kon- 7° Abstandsringe zu verwenden, um den Arbeitsraum

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des Rotorarmes entsprechend der Darstellung nach den Fig. 2,3 und 8 zu unterteilen, wird dieser Arbeitsraum aus einzelnen Kammern gebildet, deren Form so gewählt ist, daß das inaktive Volumen dieser Kammern auf ein Mindestmaß reduziert wird. Bei der S Entwicklung der Formgestalt der einzelnen Kammern ist die Querbewegung und der Wirbel der Flüssigkeiten berücksichtigt, die von der Umlaufbewegung der Arme verursacht werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 entspricht der Rotorarm 105 dem Arm 12 der Bauart nach Fig. 3. In dem unteren Ende des Rotorarmes befindet sich eine im wesentlichen zylindrische Kammer 106, die der untersten des zuvor beschriebenen Armes 12 entspricht. Diese Kammer weist eine vorspringende Düse bzw. einen hohlen Stopfen 107 für die Zuführung schwerer Flüssigkeit und eine öffnung 108 zum Abführen der leichten Flüssigkeit auf, entsprechend dem Stopfen 19 und der öffnung 23 beim Arm 12 nach Fig. 8. ao

Bei dem Arm 105 sind, wie in Fig. 9 dargestellt, mehrere Kammern 109 annähernd gleicher Größe und Form vorgesehen, die durch öffnungen 110 miteinander in Verbindung stehen. Diese öffnungen sind in dem Körper des Armes vorgesehen und erstrecken sich zwischen den einzelnen Kammern. Die Größe dieser Öffnungen wird von denselben Erwägungen bestimmt, die auch maßgebend sind für die Größe der öffnungen in den obenbeschriebenen gelochten Scheiben 25.

Die Form der Kammern 109 ist unter besonderer Berücksichtigung der beabsichtigten Umlaufrichtung des Armes 105 gewählt, die in Fig. 9 durch den Pfeil bezeichnet ist. Jede der Kammern 109 weist im Querschnitt, in einer radialen Ebene betrachtet, die allgemeine Form einer flachen Ellipse auf, deren Achse leicht geneigt ist. Bei der Ausgestaltung der elliptischen Form aller dieser Kammern ist diese Form au den in Fig. 9 durch die Ziffern 111 turf 112 bezeichneten Stellen abgeflacht. Die Stelle 111, die der Rotorachse näher liegt, ist so abgeflacht, daß kein Teil der Kammer innerhalb einer Tangente liegt, die an einen Kreis gelegt ist, der durch jenen Punkt hindurchgeht, an dem die in die nächste innere Kammer führende öffnung 110 in die betreffende Kammer übergeht. Gegebenenfalls kann der abgeflachte Teil 111 selbst im Schnitt ein Kreis oder ein elliptischer Bogen sein, der tangential zu dieser Linie liegt. Entsprechend ist auch der mit 112 bezeichnete Teil des Kammerabschnittes so ausgebildet, daß kein Teil davon außerhalb einer Tangente liegt, die, an einen Kreis gelegt ist, der durch jenen Punkt hindurchgellt, in den die öffnung 110, die zur nächstäußeren Kammer führt, die Wandung dieser Kammer trifft. Der Teil 112 kann im Schnitt ein Kreis oder ein elliptischer Bogen sein, der tangential an einer solchen Linie anliegt.

Die äußerste Kammer 109 steht mit einem Endraum 113 in Verbindung, die, im radialen Schnitt gesehen, etwa die Form des Ausschnittes aus einer Ellipse hat, wobei die Fläche 114 in der gleichen Weise abgeflacht ist wie dies mit Bezug auf die Fläche 111 der Kammern 109 beschrieben wurde. Im Querschnitt verjüngt sich die Endkammer 113 in Richtung auf i'hr äußeres Ende, an dem die schwere Flüssigkeit aus dieser Kammer durch Kanäle 115 und 116 abgeleitet wird; diese Flüssigkeit erfährt dann anschließend die gleiche Behandlung wie dies mit Bezug auf die Ableitung der schweren Flüssigkeit aus dem Rotorarm 12 bereits beschrieben wurde. Leichte Flüssigkeit wird der Kammer 113 durch Kanäle bzw. öffnungen 117 und 118 an einer Stelle zugeleitet, die näher an der Rotorachse liegt.

Alle Kammern im Arm 104 können im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein.

Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Abänderungsform; in dieser Abbildung bezeichnet die Ziffer 120 den Rotorarm; die durch den Pfeil angedeutete Umlaufridhtung ist entgegengesetzt derjenigen des Armes nach Fig. 9. Bei dieser Ausführungsform ist ebenso wie bei derjenigen nach Fig. 9 im unteren Teil des Armes ein Raum 121 kreisförmigen Querschnitts angeordnet; ein hohler Schaft 122 dient zur Zuführung der schweren Flüssigkeit und eine öffnung 123 zur Ableitung der leichten Flüssigkeit aus dem Arm während des Betriebsvorganges. In dem Arm sind mehrere hintereinandergeschaltete Kammern 124 vorgesehen, die durch öffnungen 125 miteinander verbunden sind. Die Kammern 124 haben in einem senkrecht zur Umlaufachse geführten Schnitt die Form einer abgeflachten Ellipse, und zwar ähnlich wie die Kammern 109 nach Fig. 9. Bei der Bauart nach Fig. 10 haben die einzelnen Kammern jedoch immer kleiner werdende Größe, wobei die Größenveränderung auf denselben Überlegungen beruht, die maßgebend sind für den weiter oben erläuterten Abstand aufeinanderfolgender Scheiben im Rotorarm nach Fig. 3. Auch die Zahl und Größe der öffnungen 125 ist nach den gleichen Grundsätzen gewählt, wie sie für die Größe und Anzahl der öffnungen in den Scheiben des zuvor erörterten Rotorarmes 12 nadh Fig. 3 maßgebend sind.

Bei dem Arm nach Fig. 10 ist die letzte der Kammern 124 durch eine öffnung 126 mit einer Endkammer 127 verbunden, die im Schnitt etwa die Form eines schrägen, schmalen Zylinders besitzt. An dem äußersten Ende dieses Zylinders tritt schwere Flüssigkeit durch eine öffnung 129 in die Leitung 130. Aus dieser Leitung gelangt diese Flüssigkeit in den Ringkanal, der, wie weiter oben beschrieben wurde, aus dem Rotor herausführt. Leichte Flüssigkeit wird der Endkammer 127 an ihrem äußersten Ende durch eine Leitung 130 und eine öffnung 131 zugeführt.

Die Ausführungsform der Kammern nach den Fig. 9 und 10 haben den zusätzlichen Vorteil, daß, wenn die Flüssigkeiten, die miteinander in Berührung gebracht werden, feste Bestandteile enthalten, der Austritt dieser Flüssigkeiten durch die Form der einzelnen Kammern und Endkammern in den Rotorteil begünstigt wird.

Es ist aus den Fig. 9 und 10 zu erkennen, daß die dort veranschaulichten Arme aus zwei Teilen bestehen sollen, die sich an den Trennlinien 132 berühren; derartig ausgebildete Arme mit den darin befindlichen Kammern lassen sich leicht herstellen, da jede Armhälfte für sich durch Gießen oder anderweitige Formgebung erzeugt werden kann, worauf die beiden Armhälften durch Sdhweißen od. dgl. miteinander verbunden werden.

Claims (7)

Patentansprüche-.

1. Nach dem Gegenstromprinzip und unter Fliehkrafteinwirkung arbeitende Einrichtung zum innigen gegenseitigen Durchdringen und unmittelbar anschließenden Trennen von Flüssigkeiten verschiedener Dichte mit einem durch unterbrochene Trennwände in radialer Richtung unterteilten und vom Behandlungsgut durchströmten Rotor, bei dem die eine Flüssigkeitskomponente außen zu- und innen abgeführt wird, gekennzeich-

net durch die Ausbildung des Rotors (11) als eine von der Drehachse aus nach außen gerichtete langgestreckte Arbeitskammer (18), die durch gelochte Trennwände (25) in viele kleine, in radialer Richtung aufeinanderfolgende und miteinander durch die öffnungen verbundene Einzelkammern unterteilt ist, und durch die Anordnung einer Zuführung (20) für die schwere Flüssigkeit in die innerste Einzelkammer und einer Zuführung (30) für die leichtere Flüssigkeit in die äußerste Einzelkammer sowie je einer Abführung (23 bzw. 94) in der äußersten Einzelkammer für die schwere Flüssigkeit und in der innersten Einzelkammer für die leichtere Flüssigkeit.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der in jeder einzelnen Trennwand (25) vorgesehenen öffnungen derart gewählt ist, daß er sich umgekehrt proportional einer Potenz des radialen Abstandes der jeweiligen Trennwand von der Drehachse des Rotors (11) mit einem Exponenten von 0,5 bis 2 ändert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen Abmessungen haben, die in der Größenordnung zwischen 0,018 und 0,380 cm liegen.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdurchgangsquerschnitt der öffnung bzw. der öffnungen in jeder Trennwand 5% der lichten Fläche dieser Wand nicht übersteigt.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Trennwänden in umgekehrtem Verhältnis ihres radialen Abstandes von der Umlaufachse allmählich kleiner wird.

6. Einrichtung nach einem der voraufgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer auf ihrer ganzen Länge gleichen Querschnitt aufweist, die Trennwände aus gelochten Scheiben bestehen, die sich quer durdh den Arbeitsraum erstrecken und durch Abstandsstücke voneinander getrennt werden, und am einen Ende der Arbeitskammer ein abnehmbares Verschlußstück (27) vorgesehen ist (Fig. 3).

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitskammer in einem senkrecht zur Umlaufachse geführten Schnitt etwa elliptische Form hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 281 796, 2 286 157.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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