DE3419671A1

DE3419671A1 - Anordnung mit einer wirbelkammer-fluidikvorrichtung zum auftrennen einer mischung aus einer fluessigen phase und einer verhaeltnismaessig schweren festen phase

Info

Publication number: DE3419671A1
Application number: DE19843419671
Authority: DE
Inventors: Per Gunnar Karlsson
Original assignee: Alfa Laval Separation AB
Current assignee: Alfa Laval Separation AB
Priority date: 1983-05-27
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1984-11-29
Also published as: FR2546420B1; JPS59228958A; FR2546420A1; US4536285A; BR8402513A; SE8302991L; JPH0450863B2; SE436701B; SE8302991D0

Description

Anordnung mit einer Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung zum Auftrennen einer Mischung aus einer flüssigen Phase und einer verhältnismäßig schweren festen Phase

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Trennen einer Speisemischung aus einer flüssigen Phase und einer verhältnismäßig schweren, üblicherweise festen Phase zu mindestens einer flüssigen Fraktion und einer an schwerer Phase angereicherten Fraktion, d.h. einer Schwerphasenfraktion, bestehend aus einem Strömungskreis mit einer Zentrifuge, deren Rotor mindestens einen Auslaß für die Schwerphasenfraktion enthält, die sich im radial außenliegenden Teil der Trennkammer des Rotors angesammelt hat, einer Fördereinrichtung wie beispielsweise einer Umwälzpumpe oder einer Schäleinrichtung, einer Leitung, die der Zentrifuge mindestens einen Teil der

aus dem Rotorauslaß abgehenden Schwerphasenfraktion zuführt, sowie einer Leitung, mit der die nicht rückgeführte Schwerphasenf raktion aus dem Strömungskreis abgeführt wird.

Derartige Anordnungen sind bekannt und weisen Zentrifugen auf, deren Rotor entweder mit einer Vielzahl von Umfangsdüsen oder mit Kanälen versehen ist, die die im Außenteil des Rotors angesammelte schwere Phase, den sogenannten Schlamm, zentralen Schälkammern zuführt, wo der Schlamm aus dem Rotor ausgetragen wird.

Anordnungen dieser Art werden eingesetzt, wenn die Konzentration der schweren Phase in der Speisemischung erheblich schwankt oder konstant niedrig ist, und es erwünscht ist, eine Schwerphasenfraktion mit einer konstanten hohen Konzentration der schweren Phase zu erreichen. Hierzu wird in einer Anordnung der eingangs erwähnten Art eine Steuereinrichtung verwendet, die mit einem Fühler die Konzentration der schweren Phase in der Umlaufleitung ermittelt und auf ein Steuerventil arbeitet, das die rückgeführte Menge der schweren Phase steuert. Das Steuerventil läßt sich entweder in demjenigen Teil des Strömungskreises, in dem die schwere Phase zurückfließt, oder in der Ableitung für die nicht rückgeführte Phase anordnen. Es lassen sich Fühleinrichtungen unterschiedlicher Art verwenden, um die Konzentration der schweren Phase zu bestimmen - beispielsweise ein Viscosimeter, ein Turbidi-

meter oder ein ähnliches Instrument. Auch kann man die auf der Umwälzpumpe wirkende Last - falls eine solche Einrichtung vorgesehen und die Strömung kontinuierlich und konstant ist oder den Druck in der Kreisleitung als Signal für eine Steuerung dieser Art ausnutzen. Der Nachteil einer Fühleinrichtung der beschriebenen Art ist, daß sie teuer und störanfällig ist. Wird die Last oder der Druck als Bestimmungsgröße für die Steuerung verwendet, besteht die Gefahr, daß, falls die Strömung beispielsweise infolge einer verstopften Düse im Rotor absinkt, der rückgeführte Anteil zunimmt, so daß der Rotor sich mit schwerer Phase füllt und zwecks Reinigung zum Stillstand gebracht werden muß.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die billig ist und funktionssicher arbeitet. Erfindungsgemäß ist eine solche Anordnung gekennzeichnet durch eine Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung zur Steuerung der Strömung in der Ausgangsleitung, wobei die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung die zuströmende Schwerphasenfraktion nicht weiter aufteilt, und entsprechend der bekannten Technik der Wirbelkammer-Fluidikeinrichtung so konstruiert ist, daß die Strömung durch die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung mit der Viskosität der Fraktion zunimmt und umgekehrt, wobei ein bestimmter Überdruck in der Rückführleitung für die Schwerphasenfraktion herrscht und eine entsprechende

Strömung durch die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung erfolgt.

In einer geeigneten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in der zur Zentrifuge führenden Rückleitung in Strömungsrichtung nach der Abzweigung der Auslaßleitung ein Element vorgesehen, das vorzugsweise mit variabler Einstellung so auf die Strömung wirkt, daß eine zunehmende Viskosität der Strömung diese abschwächt und umgekehrt. Es wird also die Strömung in der Umlaufleitung vor der Abzweigung der Ableitung beeinflußt und der Steuerbereich für eine bestimmte Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung wird vergrößert.

Wirbelkammer-Fluidikeinrichtungen wurden bereits in den zwanziger Jahren untersucht und in den sechziger Jahren auf dem Gebiet der Fluidik gründlich erforscht. In der Fluidik werden aus der Elektronik abgeleitete Definitionen verwendet, beispielsweise Diode, Triode, usw. Die erfindungsgemäße Anordnung richtet sich auf eine einfache und funktionssichere Anordnung, weswegen in erster Linie Wirbelkammer-Fluidikvorrichtungen des Diodentyps in Frage kommen.

Die spezielle Eigenschaft, daß die Strömung mit der Viskosität zunimmt, gilt natürlich mit der Einschränkung, daß eine zu hohe Viskosität zu einem Überwiegen des Strömungswiderstandes der

art führt, daß die Strömung schließlich wieder abnimmt und aus diesem Grund abbricht. ]

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erläutert werden.

Fig. 1 und 2 zeigen schaubildlich bekannte Anordnungen als Ausgangspunkt der Erfindung ;

Fig. 3 zeigt schaubildlich eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt schaubildlich eine Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung des Diodentyps;

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung;

Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Anordnung der Fig. 5 von oben gesehen;.und

Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Strömung beispielsweise dem Durchsatz (m³/h) und dem Trockenfeststoff-Anteil (kg/m³) in einer Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung des Diodentyps. .

In den Fig. 1, 2 und 3 bezeichnen 1 eine Zentrifuge mit einem Rotor mit permanenten Umfangsöffnungen, 2 eine Umwälzpumpe, 3 eine Speiseleitung für die ankommende Mischung, 4 eine Ableitung für die vom Rotor kommende Schwerphasenfraktion, 5 einen Zwischentank für die Schwerphasenfraktion, 6 und 7 Leitungen im Umlaufkreis, 8 eine Auslaßleitung für die nicht rückgeführte Schwerphasenfraktion und 9 eine Leitung für die abgehende klare Flüssigkeit. In der Fig. 1 ist weiterhin 10 ein Viscosimeter und eine Stelleinrichtung und 11 ein Ventil, auf das letztere wirkt. In der Fig. 2 ist 12 ein Lastfühler, der die auf die Umwälzpumpe 2 wirkende Last erfaßt, sowie ein Stellglied, das auf ein Ventil 11 arbeitet. Wie bereits erwähnt, entsprechen die in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnungen dem Stand der Technik.

In der Fig. 3 ist 13 eine Wirbelkammer-Fluidikeinrichtung des Diodentyps und 14 ein Element, mit dem die Strömung beeinflußt wird. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Wirbelkammer-Fluidikeinrichtung des Diodentyps. Sie weist einen tangentialen Einlaßkanal 15, eine Wirbelkammer 16 sowie einen Auslaßkanal 17 auf, der von einem zentralen Auslaß in einer der Deckflächen der Wirbelkammer abgeht. Die andere Deckfläche 20 ist in der j erläuterten Konstruktion geschlossen. Die Wirbelkammer-Fluidik-

einrichtung der Fig. 5 besteht aus einem kreiszylindrischen Ge- ! häuse 21 mit einer abnehmbaren Kappe 22. In der unteren festen Abschlußfläche 23 des Gehäuses 21 befinden sich ein Einlaß 24 j

sowie ein zentraler Auslaß 25. Die eigentliche Wirbelkammer-

Fluidikvorrichtung ist von einem Einsatz gebildet, der von einer Abschlußfläche 26, einem Wandelement 27 und der Kappe besteht, die ihrerseits eine Abschlußfläche bildet. Der Einsatz ist mit einem tangentialen Einlaß 28 und einem zentralen Auslaß 29 versehen. Der Einsatz ist gegen ein Verbindungsstück in der Abschlußfläche 23 mit einem Dichtring 31 abgeschlossen. Der Vorteil einer Ausführungsform wie der in Fig. 5 dargestellten ist, daß der Einsatz innerhalb eines breiten Größenbereichs dimensioniert werden kann, so daß eine Anordnung der eingangs erwähnten Art sich innerhalb eines breiten Kapazitätsbereichs und in Anwendungen mit sehr unterschiedlichen Anteilen an fester Phase einsetzen läßt.

Die Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Strömung bzw. dem Volumen-Durchsatz und dem Trocken-Feststoffgehalt (d.h. dem Anteil der schweren Phase) für eine solche Wirbelkammer-Fluidikeinrichtung. Es ist einzusehen, daß innerhalb eines bestimmten Bereichs des Trockenfeststoffanteils die Strömung mit dem Trockenfeststoffgehalt zunimmt. Es besteht natürlich eine obere Grenze, an der die Strömung infolge eines zu hohen Trockenfeststoffanteils abbricht.

Die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung 13 soll immer in einer Größe ausgeführt werden, die der gewünschten Strömung und dem relevanten Bereich des Anteils an schwerer Phase entspricht,

desgleichen unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen dem Anteil an schwerer Phase und der Viskosität für die zu trennende Mischung. Die erfindungsgemäße Anordnung ist so konstruiert, daß die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung oder Teile derselben sich leicht bei Bedarf ersetzen bzw. austauschen lassen.

Es ist von Vorteil, wenn die Anordnung auch mit einem Element versehen ist, insbesondere wenn dieses so groß ausgeführt wird, daß die Strömung durch es laminar, d.h. die Reynolds-Zahl verhältnismäßig niedrig ist. Unter diesen Umständen ist der Druckabfall über dem Element im Prinzip proportional der Viskosität der Strömung, wenn nur die Viskosität in Betracht gezogen wird.

Bei turbulenter Strömung hängt der Druckabfall über dem Element - wenn nur die Viskosität der Strömung betrachtet wird -' weit schwächer von ihr ab (proportional Vise. ™", wo "exp." eine Zahl in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 ist). In dieser Anordnung lassen ein und dieselbe Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung sich innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereichs von Strömungen und Anteilen der schweren Phasen in ihnen einsetzen.

Die Anordnung arbeitet also so, daß eine zuströmende Mischung einer Flüssigkeit und einer schweren Phase in der Zentrifuge 1

aufgetrennt wird, wobei die Schwerphasenfraktion durch die Leitung 4 abgeht und von der Umwälzpumpe 2 zur Leitung 6 gepumpt wird, die sich in die Leitungen 7 und 8 aufteilt, so daß im Kreislauf 1, 4, 5, 6, 7, 14, 1 eine im wesentlichen konstante Viskosität aufrechterhalten wird. Man erhält also eine verbesserte Arbeitsweise, auch wenn die ankommende Mischung unterschiedliche Anteile der schweren Phase aufweist.

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- Leerseite -

Claims

Patentans ρ r ü c h e

1 .) Anordnung mit einer Wirbelkainmer-Fluidik-Vorrichtung zum Trennen einer Mischung aus einer flüssigen Phase und
einer verhältnismäßig schweren festen Phase zu mindestens einer flüssigen Fraktion und einer an schwerer Phase angereicherten Fraktion (Schwerphasenfraktion), bestehend aus einem Strömungskreis mit einer Zentrifuge, deren Rotor mit mindestens einem Auslaß für die schwere Fraktion versehen ist, die sich im radial außenliegenden Teil der Trennkammer des Rotors gesammelt hat, einer Fördereinrichtung wie einer Umwälzpumpe oder einer Schäleinrichtung , einer Leitung,
mit der mindestens ein Teil der aus dem Rotor austretenden

schweren Fraktion wieder zur Zentrifuge rückgeführt wird, sowie einer Auslaßleitung für die schwere Fraktion, die nicht in den Kreislauf zurückgeführt worden ist, gekennzeichnet durch eine Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung (13) zur Steuerung der Strömung in der Ausgangsleitung (8), wobei die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung die zuströmende schwere Fraktion nicht weiter aufteilt, und nach der bekannten Technik der Fluidikvorrichtungen so konstruiert ist, daß die Strömung durch die Wirbelkammer-Fluidikvorrichtung (13) mit der Viskosität der zugeführten Fraktion zunimmt und umgekehrt, wobei zum Rückführen der schweren Fraktion in der Leitung (6) ein bestimmter Überdruck aufrechterhalten wird, so daß sich eine entsprechende Strömung durch die Wirbelkammer-fluidikvorrichtung (13) ergibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (7), in der die Rückführung zur Zentrifuge (1) erfolgt, in Strömungsrichtung nach der Abzweigung der Auslaßleitung (8) ein Element (14) eingefügt ist, das vorzugsweise mit variabler Einstellung so auf die Strömung wirkt, daß bei zunehmender Viskosität der Strömung diese schwächer wird und umgekehrt.