DE2850690A1

DE2850690A1 - Verfahren und vorrichtungen zur zentrifugalen behandlung von fluiden oder gasen zur abscheidung von verunreinigungen mittels hoher geschwindigkeit

Info

Publication number: DE2850690A1
Application number: DE19782850690
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Vicard
Original assignee: SOC LAB SARL
Current assignee: SOC LAB SARL
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1979-05-23
Also published as: JPS622854B2; DE2850690C2; ZA786427B; JPS5481561A; FR2409076B1; IN149088B; US4170555A; CA1110981A; BR7807589A; FR2409076A1

Description

Anmelder: Societe LAB sarl.

241, Route de Genas

69100 Villeurbanne (Rhone), Frankreich

Verfahren und Vorrichtungen zur zentrifugalen Behandlung von Fluiden oder Gasen zur Abscheidung von Verunreinigungen mittels hoher Geschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Geräte und Vorrichtungen, in welchen ein Fluid, in dem sich schwebende Verunreinigungen befinden, die schwerer und/oder leichter als diese sind, zwecks Ausscheidung in schnelle Rotation versetzt werden.

Es ist bekannt, dass das Fluid dort in einer Rotation gemäss dem sogenannten wirbelfreien Bereich versetzt wird, wenn es tangential in ein solches Gerät eingespritzt wird, wodurch die Ausscheidung der Verunreinigungen begünstigt wird. Die Reibungen gegen die Wand behindern jedoch den stabilen Aufbau dieses Bereichs.

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Die vorliegende Erfindung soll diesen Nachteil beheben.

Bei dieser Erfindung wird das Fluid, das aus der Vorrichtung kommt, einmal oder mehrere Male tangential eingespritzt, und zxirar in verschiedenen Entfernungen von der Achse, so dass mehrere zylindrisch-konzentrische Schichten gebildet werden, die sich in der gleichen Richtung drehen - im wesentlichen entsprechend dem gleichen Gesetzt über die Veränderlichkeit der linearen Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Radius.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Verwirklichung des obigen Verfahrens.

Die beigefügte Zeichnung soll als Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung dienen:

Bei Fig. 1 handelt es sich um einen Längsschnitt eines Geräts mit zwei aufeinanderfolgenden, sich drehenden Schichten gemäss der Erfindung.

Die Figs. 2 und 5 zeigen Querschnitte IJ-II und III-III gemäss der Fig. 1.

Fig. 4· zeigt als Teilansicht des Vertikalquerschnitts eine Variante des Geräteunterteils.

Fig. 5 ist eine Teilansicht des Vertikalquerschnitts, aus welchem eine mögliche Ausbildung des Querschnitts der Tangential-Zuführungsdüse entnommen werden kann.

Zweoks Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit handelt.

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Das in Fig. 1 dargestellte Gerät besteht aus einem zylindrischen, senkrechten Körper 1. An seinem oberen Ende ist dieser Körper teilweise durch einen Boden verschlossen, der aus zwei ringförmigen, konzentrischen Teilen 2 und 3 besteht, wobei sich das Aussenteil 2 in einer niedrigeren Ebene als Teil 3 befindet und beide Teile durch eine senkrechte Hülse 4 miteinander verbunden sind. Das Aussenteil 2 ist mit einer öffnung versehen, die als Ausgang für die Tangential-Düse 5 dient. Diese Düse ist nach unten geneigt, und ihr sehr flacher Querschnitt nimmt die gesamte radiale Breite dieses Teils ein. Zum Innenteil 3 gehört in gleicher Weise eine ähnliche Düse 6. Aus Gründen der Klarheit wurden die Düsen 5 und 6 als Schnitt in der gleichen Ebene dargestellt, während es aus konstruktiven Gründen von Nutzen wäre, sie um die senkrechte Achse des Körpers 1 im Winkel leicht versetzt anzuordnen, so wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Verbindungshülse 4- verlängert sich nach unten unterhalb des Teils 2. Darüberhinaus ist eine zweite Hülse 7 vorgesehen, die die inneren Grenzen von Teil 3 festlegt und ebenfalls, wenn auch weniger als Hülse 4, nach unten zeigt. Das obere Ende der zweiten Hülse 7 ist mit einem Isolator 8 versehen, der eine axiale Elektrode 9 t^ägt, die den gesamten Körper 1 nach unten durchläuft und unterhalb desselben ausmündet.

Das untere Ende des Körpers 1 ist teilweise durck den ring-

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förmigen Boden 10 verschlossen. In diesem Boden sind drei Tangentialausgänge 11, 12 und IJ vorgesehen, die leicht nach unten geneigt sind und wiederum in Fig. 1 als Schnitt in einer gleichen radialen Ebene dargestellt sind, während sie in Wirklichkeit im Winkel versetzt, wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet werden. Der äusserste Ausgang 11 besitzt eine reduzierte, radiale Breite.

Es folgt der breitere Ausgang 12, und beide Ausgänge 11 und 12 entsprechen zusammen in einer Querebene einer radialen Zone, die identisch ist mit der Zone, die dem Teil 2 des oberen Bodens entspricht, d.h. der Düse 5· Anders formuliert gleicht die Gesamtbreite von 11 und 12 der Entfernung zwischen der Hülse 4 und der peripherischen Wandung des Körpers 1. Was den dritten Ausgang 13 anbelangt, so gleicht die entsprechende, radiale Zone im wesentlichen der Zone gemäss Düse 6, d.h. die Düse, die in einer Querebene durch die beiden Hülsen 4- und 7 begrenzt ist.

In der zentralen öffnung des Innenbodens IO ist ein auseinandergehender Rohrstutzen 14 eingebaut, der nach unten zeigt, wobei sein Innendurchmesser dem Innendurchmesser der Hülse 7 weitestgehend entspricht. Aus Fig. 1 ist deutlich zu sehen, dass die Elektrode 9 aus dem Rohrstutzen 14 herausragt.

Bei der Düse 5 handelt es sich um die Zuführungsdüse des Geräts (siehe Pfeil 15)· Sie ist mit einer geeigneten Vorrichtung, die nicht dargestellt ist, verbunden, die die zu behandelnde Suspension unter Druck befördert. Der Ausgang 11

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ist für den ausgeschiedenen Schlamm vorgesehen (Pfeil 16, Fig. 3)· Dieser Ausgang ist mit einem Ablassbehälter verbunden, der τη it einem Ventil oder einer entsprechenden Vorrichtung versehen ist, mit welcher die Ausströmungsmenge in Abhängigkeit der Menge an ausgeschiedenen, schweren Partikeln eingestellt werden kann, um die begleitende Flüssigkeit smenge reduzieren zu können. Der Ausgang 12 ist mit der Düse 6 über eine Aussenleitung, die in 17 angedeutet ist, verbunden. In diese Leitung wurde ein Venturi-Rohr eingeschoben, das an seinem Hals mit einer Einspritzdüse 19 versehen ist, die mit einem Hilfsfluid (Pfeil 20) unter einem relativ hohen Druck betrieben wdrd. Aus Gründen der Klarheit - wird hier angenommen, dass es sich bei diesem Hilfsfluid um Luft handelt. Der Ausgang 17 ist mit einer geeigneten - nicht dargestellten - Leitung verbunden, die zur Aufnahme der behandelten Flüssigkeit dient.

Das Gerät funktioniert wie folgt: Die zu behandelnde Flüssigkeit, die durch 16 ankommt, wird in das Gerät über die Düse 5 eingespritzt. Im Gerät bildet die Flüssigkeit eine zylindrische Schicht A, die dazu neigt, sich im wirbelfreien Bereich zu drehen, und zwar unter Bildung eines axialen - theoretisch hyperbolischen - Wirbels, die jedoch einer zylindrischen Fläche entspricht, wenn die Einspritzgeschwindigkeit hoch genug ist. Durch die Zentrifugalkraft wandern die schweren Verunreinigungen nach und nach zur Peripherie hin. Die sich drehende Masse erfährt zusätzlich eine Abwärtsbewegung, so dass man am Ausgang 11 einen mehr

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oder weniger konzentrierten Schlamm und am Ausgang 12 eine relativ klare Flüssigkeit auffangenkann. Der Schlamm wird abgelassen, während die relativ klare Flüssigkeit durch die Rohrleitung 17 wandert und in das Vsnturi-Rohr 18 gelangt, das unter der V/irkung der Einspritzdüse 19 ähnlich einer Pumpe wirkt, xtfodurch der dynamische und/oder statische Druck der Flüssigkeit steigt. Die Flüssigkeit gelangt dann in die Düse 6, wo sie wieder taragential in den Körper 1 eingespritzt wird, in welchem sie eine zweite zylindrische Schicht B bildet, die ebenfalls zu einem wirbelfreien Bereich neigt. Diese Schicht vereinigt sich mit dem Inneren der Schicht Ä, und bei richtiger Einstellung der Leistung des Venturi-Rohrinjektors 18 sowie der Gestaltung der Düse 6 unterliegt diese Schicht weitestgehend dem gleichen Bewegungsgesetz wie bei der Lage A, so dass die linearen Geschwindigkeiten an der Grenzfläche beider Schichten weitestgehend gleich sind; es bildet sich kein Wirbel.

In diesem Zusammenhang wird daran erinnert, dass die wirbelfreie Bewegung sich durch die Formel vr = k bestimmen lässt, wobei v; = Geschwindigkeit in irgendeinem Punkt, r_ = radiale Entfernung von diesem Punkt im Verhältnis zur Achse und k = Konstante ist. Damit beide Schichten A und B sich harmonisch drehen können, genügt es, wenn die Konstante k in beiden Fällen identisch ist. Die Hülse U- dient der Trennung beider Schichten zu Beginn der Rotationsbewegung, damit diese genügend Zeit haben, den wirbelfreien Bereich störungsfrei zu erreichen. Die Hülse 7 wirkt in

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gleicher Weise, so dass sich der mit C gekennzeichnete
Zentralwirbel, in dessen Zentrum sich die Elektrode 9
befindet, störungsfrei bilden kann. In der Schicht B ist das .Zentrifugalfeld stärker ausgebildet als in der Schicht A, so dass übriggebliebene, schwere Verunreinigungen noch ausgeschieden und in die Schicht A geschleudert werden,
von wo aus sie durch den Ausgang 11 abgeführt werden. Die klare Flüssigkeit wird am Ausgang 13 aufgefangen.

Dieser Ausgang kann so eingestellt werden, dass eine kleine Henge klarer Flüssigkeit durch den Rohrstutzen überläuft,

wodurch eventuell vorhandene leichtere Verunreinigungen,
: wie schwimmende Partikel und Schaum, mitgenommen werden.
Wenn es sich beim in 19 eingespritzten Hilfsfluid um Luft handelt, so kommt es in der Schicht B zur Bildung von feinen Blasen, die ins Innere wandern, um somit die Ausscheidung dieser leichten Verunreinigungen durch Aufschwimmen zu begünstigen.

Die Elektrode 9 wirkt wie bekannt, um die Verdichtung und Ausscheidung der Partikel zu begünstigen.

Wenn die Flüssigkeit keine leichten Verunreinigungen enthält, und wenn man sie zum Zwecke der Zerstäubung verwenden will (z.B. in einer Entstäubungskammer), so kann man
den Ausgang 13 beseitigen bzw. verschliessen. Dann kann die Flüssigkeit durch den zentralen Rohrstutzen 14- vollständig auslaufen,, wobei sie sich in feine Tropfen infolge der Rotationsenergie zersetzt.

Fig. 4 zeigt eine Variante, die eingesetzt werden kann,
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wenn man die leichten Verunreinigungen ohne Zerstäubungseffekt auffangen will. In diesem Fall wird der Rohrstutzen "L¹V durch eine einfache axiale Leitung ersetzt, die aus einem ersten Teil 22 mit grossem Durchmesser besteht, in welchem sich die Elektrode 9 befindet. Diesem Teil ist ein weiterer Teil 23 mit kleinerem Durchmesser nachgeschaltet, in welchem sich die Rotations energie zerstreut ·

Fig. 5 zeigt, wie die Eingangsdüsen 5 und 6 zwecks Begünstigung der Bildung des wirbelfreien Bereichs ausgebildet werden können. Ihr Querschnitt, wie aus der Zeichnung entnommen werden kann, hat die Form eines rechtwinkligen Trapezes, das so liegt, dass sich die Höhe dieses Querschnitts in Richtung Achse verjüngt, während die obere Trapezseite nach innen gekrümmt sein kann, um somit den durch den wirbeifreien Bereich verlangten Bedingungen besser entsprechen zu können.

Zum gleichen Zweck können die Wandungen der Teile 2 und 3 des oberen Bodens schraubenförmig ausgebildet sein, um sich der spiralförmigen Bewegung der flüssigen Strahlen anpassen zu können, wobei sich der Ausgang aller Basen in einer radialen Ebene befindet. Bei Verwendung von BSseb mit einer Gestaltung gemäss Fig. 5 muss sich der durch die spiralförmige Wandung gebildete Strahl nach und nach auflösen, um sich dem Profil der Düse anzupassen.

Es ist ebenfalle möglich., die Wirbelbildung in Sichtung d«r Düsen dadurch zu reduzieren, indem man ihre Anzahl j· Teil

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2 oder 3 des Bodens vergrössert. Es können also vier Düsen vorgesehen werden, die um 90 ° versetzt auf Teil 2 des Bodens und vier Düsen 6, die um 4-5 ° von den ersten versetzt auf Teil 3 angebracht werden. Auf diese Weise werden die Turbulenzen verteilt, die somit besser gedämpft werden.

In den vorangegangenen Figuren wurde ein Gerät vorgestellt, in welchem sich zwei konzentrische Schichten A und B drehen,man wird jedoch verstehen, dass die Anzahl dieser Schichten höher als 2 liegen kann.

Im Vorhergesagten wurde davon ausgegangen, dass es sich beim behandelten Fluid um eine Flüssigkeit handelt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls für Gase geeignet. In diesem Fall entfällt die Bildung des Wirbels G, und in Abwesenheit von leichten Verunreinigungen kann der untere Boden dicht geschlossen werden. Die Elektrode endet dann oberhalb des Bodens. Falls gewünscht, kann der Ausgang 13 dann zentral vorgesehen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(±) Verfahren zur zentrifugalen Behandlung von Fluiden oder Gasen, die schwebende Verunreinigungen enthalten, wobei bei diesem Verfahren das zu behandelnde. Fluid tangential in einen ersten Teil eines Geräts mit einem kreisförmigen Querschnitt eingespritzt wird, in welchem das Fluid eine erste sich drehende und weitestgehend zylindrisch ausgebildete Schicht bildet, während man am anderen Ende, ausgehend von der Peripherie, ein mit schweren Verunreinigungen beladenes Fluid, dann ein klareres Fluid und schliesslich gegebenenfalls eine bestimmte Menge eines Fluids entnehmen kann, das Verunreinigungen enthält, die leichter als das Fluid sind, wobei zumindest eine Teilmenge des Fluids, das das Gerät verlässt, erneut durch tangentiales Einspritzen in das eine Ende des Gerätes eingespritzt werden kann, dadurch gekenn_ zeichnet, dass die erneut verwertete Menge unabhängig vom ursprünglichen Fluid eingespritzt wird, und zwar an einem Punkt mit einer anderen radialen Entfernung vom Einspritzpunkt des ursprünglichen Fluids, um im Gerät mindestens eine zweite, weitestgehend zylindrische Schicht zu bilden, die konzentrisch zur ersten Schicht liegt, wobei sich diese in die gleiche Richtung x^eitestgehend gemäss dem Gesetz über die Veränderlichkeit der linearen Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Radius dreht.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei welchem das zu behandelnde Fluid tangential in eine erste Zone in der Nähe der Peripherie des Geräts eingespritzt wird, so dass eine sich gegen die Peripherie drehende Schicht bildet, wobei man am zweiten

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Ende in der von dieser sich, drehenden Schicht beeinflussten, radialen Zone einerseits eine bestimmte Menge Fluid, die stark mit schweren Verunreinigungen beladen ist, und andererseits ein klareres Fluid entnehmen kann, das mindestens teilweise wiederverwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die klarere Fluidmenge sofort wieder ins Innere der ersten sich drehenden Schicht eingespritzt wird, die aus dem zu behandelnden Fluid besteht, wobei man am zweiten Ende des Geräts und in der radialen Zone, die durch die so gebildete zweite Schicht beeinflusst wird, einerseits das behandelte Fluid,andererseits gegebenenfalls ein mit leichten Verunreinigungen behaftetes Fluid auffangen kann.
3· Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Schicht eine sich, in einem geschlossenen Kreislauf bewegende Zwischenumlaufschicht gebildet wird, wobei der Eingang dieses Kreislaufs mit dem Eingang der zweiten Schickt und deren Ausgang mit dem Ausgang der ersten Schicht parallelgeschaltet ist.
4-.Gerät zur zentrifugalen Behandlung eines Fluids, dadurch gekennzeich.net·, dass es an dem einen Ende mit mehreren tangentialen Eingängen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, und am zweiten Ende mit mehreren Ausgängen für das klarere Fluid sowie mit Wiedereinspritzeinrichtungen versehen ist,
5· Gerät gemäss Anspruch, 4·, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedereinspritzeinrichtungen.

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ein Venturi-Rohr mit einer Einspritzdüse enthalten, die durch ein unter Druck stehendes Fluid versorgt wird, so dass ein Pumpen- oder Ventilatoreffekt erzielt wird, wobei das Venturi-Rohr zwischen dem Ausgang der einen Schicht und dem Eingang der nächsten Schicht eingelegt wird.
6. Gerat gemäss Anspruch 4-, dadurch gekennzeichne t , d a s s jeder Tangential-Eingang mit Hilfe einer Düse gebildet wird, die sich über eine erhebliche radiale Distanz erstreckt, wobei der Querschnitt aller Düsen die Form eines liegenden, rechtwinkligen Trapezes hat, dessen kleine Grundseite zur Geräteachse hin zeigt.
7· Gerät gemäss Anspruch 6, dadurch gekennz e ic h η et , dass der Schenkel des Trapezes aller Düsenquerschnitte eine konkave Form aufweist.
8. Gerät gemäss einem der Ansprüche 4 bis 7? dadurch gekennzeichnet, dass es an einem Ende mit Hülsen versehen ist, die ins Gerätinnere über eine bestimmte Distanz reichen, um-die sich in der Eingangszone befindlichen, aufeinanderfolgenden,'zylindrischen Schichten zu trennen, die dann ihren regelmässigen Rotationsbereich noch nicht erreicht haben.
9. Gerät gemäss irgendeinem der obenerwähnten Ansprüche, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , dass es an seinem grösseren Ende zusätzlich zu den jeweiligen Ausgängen für schwere Verunreinigungen für das klarere Fluid, das wiederverwendet wird, und für das endgültig behandelte Fluid mit

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einem Zentralausgang für leichtere Verunreinigungen versehen ist.
10. Gerät gemäss Anspruch 4 mit einer axialen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elektrode sich auf das zweite Ende über den Gerätekörper hinaus durch einen zentral angeordneten Rohrstutzen an seinem Ende erstreckt.
11. Anlage zur zentrifugalen Behandlung von Fluiden, die schwebende Verunreinigungen enthalten, wobei die Anlage mehrere Vorrichtungen gemäss irgendeinem der Ansprüche 4- bis 10 enthält, die mit den gleichen Zu- und Ableitungskreisläufen parallelgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anlage,sämtliche Vorrichtungen eine gemeinsam zur Wiederverwendung des Fluids mit einer einzigen Verdrängungsvorrichtung geeignete Leitung aufweist (aufweisen) .

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