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B e s c h r e i b u n g Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von
Fldssigkeit aus einer Suspension.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entfernen von Flüssigkeit aus einer Suspension von Teilchen, bei der die Bldssigkeit
insbesondere Agglomerate enthält.
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Der Ausdruck "Teilchen" bezeichnet im folgenden kleine Stücke eines
festen und/oder plastischen Stoffs, die bei der während der Trennung herrscnenden
Temperatur nicht flüssig sind, die jedoch verformbar sein können, und deren spezifische
Masse größer ist als diejenige der ltissigkeit, in der die teilchen suspendiert
sind.
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Um Blüssigkeit aus einer Suspension abzuscheiden, die Teilchen enthält,
werden in großem UmSang bekannte Verfahren angewendet, z.BO das Filtrieren, das
Zentrifugieren und das Absetzenlassen. Die Wahl des in einem bestimmten Fall anzawendenden
Veriahrens richtet sich nach zahlreichen aktoren, z.B. den Eigenschaften und der
Größe der festen Teilchen, der relativen Größe der Flüsigkeitsmenge, dem gewtinsohten
Grad, in dem die Füssigkeit entfernt werden soll, dem Relnheitsgrad der abgeschiedenen
Flüssigkeit, der kenge des zu verarbeitenden Materials sowie den Kosten des Trennungsvorgangs.
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Wenn eine Flüssigkeit aus einer Suspension von Teilchen entfernt werden
soll, die nur kleinen mechanischen Kräften standhalten, oder die dazu neigen, sich
miteinander zu verkleben, zeigt es sich, daß sich bei der Anwendung bekannter Verfahren
Schwierigkeiten ergeben, wenn eine Verkleinerung oder Agglomeration der Teilchen
vermieden werden soll. Derartige Schwierigkeiten treten insbesondere dann auf, wenn
Flüssigkeit aus einer Prozeßzone entfernt werden soll, in der Agglomerate aus sehr
kleinen festen Teilchen, z.Bv Ruß, der ein Bindemittel, z.B.
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Ö1, enthält, in einem wässerigen Medium dadurch erzeugt werden, daß
man das Behandlungsgutbin dieser Zone in einem geeigneten beweglichen Zustand hält.
Solche Agglomerate können die Form von sogenannten Pellets haben, deren Durchmesser
z.B. 3 bis 5 mm beträgt. Bei einem sich kontinuierlich abspielenden Prozeß soll
stets eine bestimmte Konzentration von Agglomeraten in der Agglomerierungszone vorhanden
sein, um die Agglomeration der in die Zone eintretenden Stoffe zu fördern. Gewöhnlich
wird der betreffende Stoff in Form sehr kleiner Teilchen der Prozeßzone zusammen
mit Wasser zugeführt. Wenn das Agglomerationsverfahren angewendet wird, um mit Öl
verunreinigtes Wasser zu reinigen, tritt eine relativ große Wassermenge in die Agglomerationszone
ein, so daß es erforderlich ist, ziemlich große Wassermengen aus dieser Zone ab
zuführen, ohne daß das Wasser Agglomerate mitreißt. Unter den in der Agglomerationszone
herrschenden Bedingungen können diese Agglomerate eine geringe mechanische Festigkeit
aufweisen, so daß es z.B. nicht möglich ist, das Wasser mit Hilfe eines Siebes abzuscheiden,
durch das die Agglomerate zurückgehalten werden, denn die auf das Sieb auftreffenden
Agglomerate werden zerkleinert bzw.
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pulverisiert. Unter diesen Umständen wird aus der Agglomerationszone
kein reines Wasser abgeführt.
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Die Erfindung sieht nunmehr Verfahren und Vorrichtungen vor, die
es auf zweckmäßige Weise ermöglichen, eine solche Trennung dann durchzuführen, wenn
die Teilchen ein höheres spezifisches Gewicht haben als die sie umgebende Flüssigkeit.
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Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von
Flüssigkeit aus einer Suspension von Teilchen,
insbesondere von
Agglomeraten, vor, wobei die spezifische Masse der Teilchen größer ist als diejenige
der Flüssigkeit; gemäß der Erfindung wird die Flüssigkeit dadurch entfernt, daß
man sie durch Öffnungen strömen IäOt, die in der gekrümmten Seitenwand eines hohlen,
mindestens im wesentlichen zylindrischen Körpers ausgebildet sind und zu dem in
dem Körper ausgebildeten Hohlraum führen, aus dem die Flüssigkeit mit Hilfe einer
Rohrleitung abgeführt wird, die mit dem Körper verbunden und gleichachsig mit dem
Körper angeordnet ist, der seinerseits in der Suspension angeordnet ist und sich
um seine eigene Mittelachse dreht.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Anwendung des Verfahrens nach der
Erfindung die Teilchen daran gehindert werden, in Berührung mit dem sich drehenden
zylindrischen Körper zu kommen.
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Wegen der Drehbewegung des Zylinders wird auch die dem Zylinder unmittelbar
benachbarte Flüssigkeit in Umdrehung versetzte Da die Teilchen eine größere spezifische
Masse haben als die Flüssigkeit, bewegen sie sich von dem Zylinder weg. Außerdem
bewirkt die Drehbewegung des Zylinders, daß ein Teil der eintretenden Flüssigkeit
über die bdfnungen zu der Suspension zurückgeleitet wird; infolgedessen werden insbesondere
die Ränder der Öffnungen durch eine Flüssigkeitsschicht geschützt.
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Somit werden die Teilchen in einem gewissen Abstand von dem umlaufenden
Zylinder gehalten, d.h. die Teilchen stoßen nicht gegen den Zylinder, und sie werden
daher nicht zerkleinert oder zur Agglomeration gebracht. Die Offnungen des Zylinders
können sich nicht verstopfen, und die Vorrichtung gibt eine einwandfrei gereinigte
Flüssigkeit abO Wenn die Teilchen vorher zur Agglomeration gebracht werden, oder
wenn sich bereits Agglomerate gebildet haben, können die Teilchen oder Agglomerate
weiterhin an dem Vorgang teilnehmen, durch den das frisch zugeführte Material in
Form feiner Teilchen und das Bindemittel gebunden werden.
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Da der sich drehende Körper in der Suspension angeordnet ist, benötigt
man in vielen Pällen eine Pumpe, mittels deren die Flüssigkeit durch die an den
Hohlraum des Körpers angeschlossene
Rohrleitung gefördert wird.
In manchen Fällen kann man jedoch auch dafür sorgen, daß in dem Raum, in den die
Suspension eingeschlossen ist, ein Uberdruffik herrscht, Das erfindungsgemäße Verfahren
kann nicht nur dazu dienen, Flüssigkeit aus einer Agglomerate enthaltenden Suspension
zu entfernen, sondern es kann auch bei jeder beliebigen Suspension von festen 'teilchen
angewendet werden, vorausgesetzt, daß das spezifische Gewicht der Teilchen höher
ist als dasjenige der Flüssigkeit. Als Beispiel sei der Fall genannt, in dem die
Suspensionsflüssigkeit verdampft wird, um die Konzentration der Teilchen zu erhöhen.
Im Vergleich mit dem bekannten Absetzverfahren bietet das Verfahren nach der Erfindung
den Vorteil, daß die benötigte Vorrichtung kleinere Abmessungen besitzt, daß die
Flüssigkeit während einer kürzeren Zeit in der Vorrichtung verbleibt, und daß das
Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann0 Das erfindungsgemäße Verfahren
wird vorzugsweise so durchgeführt, daß an der gekrümmten S>itenwand eine Zentrifugalbeschleunigung
von mindestens 100 m/sec2 auftritt. Benutzt man einen Zylinder mit einem Durchmesser
von 100 mm, wird eine solche Zentrifugalbeschleunigung bei 450 U/min erreicht. In
der Regel werden hierbei die Teilchen mit einer ausreichenden Kraft abgeschleudert.
Wenn der Unterschied zwischen der spezifischen Masse der Teilchen und derjenigen
der Flüssigkeit sehr klein wird, ist es erforderlich, mit einer höheren Zentrifugalbeschleunigung
zu arbeiten.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete
Vorrichtung umfaßt einen hohlen, mindestens im wesentlichen zylindrischen Körper,
der um seine Mittelachse gedreht werden kann, der an seiner gekrümmten Mantelfläche
Öffnungen aufweist, und der ferner mit einer Plüssigkeitsabgabeleitung versehen
ist, die mit dem Innenraum des Zylinders verbunden und gleichachsig mit dem im übrigen
geschlossenen Zylinder angeordnet ist.
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c Es ist sehr zweckmäßig, die mit dem Hohlraum des Zylinders verbundene
Abgabeleitung gleichzeitig als Welle zum
Antreiben des hohlen Körpers
zu benutzen. Der Zylinder ist an seinen Enden durch Stirnwände abgeschlossen, so
daß keine Flüssigkeit über die Enden des Zylinders angesaugt werden kann; Dies ist
von erheblicher Bedeutung, denn die drehende Bewegung der Flüssigkeit nimmt längs
dieser Stirnwände in Richtung auf die Mittelachse des Zylinders schnell ab. Zwar
hat der erwähnte Körper vorzugsweise eine zylindrische Form, doch können sich bestimmte
Abweichungen von dieser Form als sehr zweckmäßig erweisen; beispielsweise kann man
den drehbaren Körper leicht tonnenförmig ausbilden oder ihm eine etwas konische
Form geben.
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In jedem Fall ist es wichtig, daß sich die Umfangsgeschwindig keiten
an allen Öffnungen der gekrümmten Seitenwand nicht zu stark unterscheiden, und daß
ein geeigneter Mindestwert der Umfangsgeschwindigkeit erreicht wird.
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Der drehbare Körper ist vorzugsweise mit schlitzförmigen Öffnungen
versehen, die gleichmäßig über die gekrümmte Seitenwand verteilt sind und sich annähernd
parallel zur Mittelachse des Körpers erstrecken. Beispielsweise ist die fAr die
Öffnungen gewählte Breite etwa gleich dem mittleren Durchmesser der suspendierten
Teilchen. Es hat sich gezeigt, daß die Vorrichtung bei einer solchen Anordnung sehr
zuverlässig arbeitet.
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Eine besonders günstige Wirkung wird erzielt, wenn die Öffnungen
geneigt angeordnet sind, und zwar in der Weise, daß der Winkel zwischen einer Tangente
des Zylinders, die sich an einer Öffnung in der Drehrichtung des Zylinders erstreckt,
und der nach innen verlaufenden Mittellinie der Öffnung kleiner ist als 900, Bei
dieser Anordnung wird eine scharfe Umlenkung der eintretenden Flüssigkeit in der
unmittelbaren Nähe der Öffnung erzielt, und diese Umlenkung bzw. Richtungsänderung
trägt zum Austreiben aller an dieser Stelle vorhandenen Teilchen bei. Außerdem bewirkt
die gegenüber liegende Kante der Öffnung, daß Flüssigkeit nach oben gedrückt wird,
und daß längs dieser Kante ausströmende Flüssigkeit scharf umgelenkt wird, so daß
den festen Teilchen in der Richtung der Zylinderwand ein zusätzlicher Widerstand
entgegengesetzt und das Austreiben der Teilchen aus der Flüssigkeit weiter gefördert
wird. Dieser örtliche Strömungsverlaur wird im folgenden an Hand der Zéichnungen
näher erläutert. De Runder der Öffnungen können
abgerundet sein,
um den dem Strömen der Flüssigkeit entgegengesetzten Widerstand zu verringern.
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Es ist möglich, die Öffnungen nicht nur dadurch aus zu bilden, daß
man die Wand des Zylinders mit Einsohnitten veraieht, sondern man kann auch in sehr
breiten Schlitzen Umlenkelemente so anordnen, daß man Öffnungen mit den vorstehend
behandelten Eigenschaften erhält.
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Eine bekannte Vorrichtung zum Agglomerieren sehr feiner fester Teilchen
unter Verwendung eines Bindemittels in einem flüssigen Medium umfaßt zwei Zylinder,
von denen der eine innerhalb des anderen außer Berührung mit dem äußeren Zylinder
angeordnet und drehbar gelagert ist. Wenn dem Ringraum zwischen den beiden Zylindern
eine Flüssigkeit zusammen mit feinen Teilchen und einem Bindemittel und gegebenenfalls
zusammen mit einem oder mehreren Hilfsstoffen zugeführt wird, bewirken die in der
Flüssigkeit in dem Ringraum auftretenden Scherkräfte, daß sich Agglomerate bilden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abführen von Flüssigkeit kann gleichachsig
mit dem drehbaren Zylinder und innerhalb des sauberen Zylinders angeordnet sein,
der zu diesem Zweck auf der Austrittsseiteder Vorrichtung verlängert ist. Die Abgabevorrichtung
kann mit dem drehbaren Zylinder zum Agglomerieren der Teilchen gekuppelt sein, so
daß beide Zylinder mit der gleichen Drehzahl umlaufen, Ferner ist es möglich, ein
Zahnradgetriebe oder eine gesonderte Antriebsvorrichtung vorzusehen, wenn der Zylinder
der Flüasigkeitsabgabevorrichtung mit einer höheren oder niedrigeren Drehzahl angetrieben
werden soll. Die erwähnten Agglomerierungsvorrichtungen sind in hohem Maße geeignet,
z.B. Ruß oder Kohlenstaub aus Wasser mit Hilfe eines Schweröls oder von Bitumen
zu agglomerieren und mit Öl verunreinigtes Wasser zu reinigen.
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Der Einbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abführen der Flüssigkeit
in eine solche bekannte Agglomerierungsvorrichtung führt nur zu einer kaum bemerkbaren
Vergrößerung der Abmessungen, und die Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht es, die Flüssigkeit abzuführen und die gewünschte Konzentration der Agglomerate
aufrechtzuerhalten, ohne daß die Agglomerate beschädigt Werden.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden
im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
die mit einer nur teilweise dargestellten Agglomerierungsvorrichtung verbunden ist0
Fig. 2, 3 und 4 zeigen jeweils in einem Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 1 drei
verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung einen zylindrischen Hohlkörper
1. Dieser Hohlkörper ist in einem Gehäuse 2 angeordnet, in dem auch ein geschlossener
Zylinder 3 vorgesehen ist.
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Der Zylinder 3 ist mit der geschlossenen unteren Stirnwand des Hohlkörpers
1 durch eine Welle 4 drehfest verbunden. Am oberen Ende der Vorrichtung ist eine
Rohrleitung 5 in Form einer Hohlwelle vorgesehen, die mit dem Innenraum des Hohlkörpers
1 in Verbindung steht. Der Hohlkörper 1 kann zusammen mit dem Zylinder 3 mit Hilfe
der Hohlwelle 5 angetrieben werden. Die gekrümmte Seitenwand des Hohlkörpers 1 ist
mit mehreren Öffnungen 6 versehen, die eine langgestreckte Form haben und nach einem
gleichmäßigen Muster angeordnet sind, In dem Ringraum 7 zwischen dem umlaufenden
Zylinder 3 und dem Gehäuse 2 werden Agglomerate aus sehr kleinen festen Teilchen
und einem Bindemittel z.B. in Wasser erzeugt. Fig. 1 zeigt nicht, auf welche Weise
diese Stoffe der Vorrichtung zugeführt werden. Das Wasser strömt durch die Öffnungen
6 des Hohlkörpers 1 nach innen zu dem Rohr 5, mittels dessen es abgeführt wird.
Die Agglomerate, die in die Nähe des umlaufenden zylindrischen Körpers 1 gelangen,
werden in seitlicher Richtung durch die Fliehkräfte abgeschleudert, denen die Agglomerate
dadurch ausgesetzt werden, daß sie an der drehenden Bewegung der Flüssigkeit teilnehmen.
Wenn die Zahl der Agglomerate zu groß wird, ist es möglich, die Agglomerate durch
Öffnen eines Ventils 8 über eine Rohrleitung 9 abzuführen0 Bigo 2, 3 und 4 zeigen
verschiedene Ausführungsformen der seitlichen ffand des Xohlkörpers 1 jeweils in
einem vergrößerten
Querschnitt längs der Linie I-I in Fig. 1.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 umfaßt einen zylindrischen Hohlkörper
10, der dem Hohlkörper 1 nach Fig. 1 entspricht und eine zylindrische Wand besitzt.
In dieser Wand sind Öffnungen 11 ausgebildet, die den Öffnungen 6 in Fig. 1 entsprechen.
Wenn sich der Zylinder in Richtung des Pfeils 12 um seine Mittelachse dreht, beginnt
die dem Hohlkörper unmittelbar benachbarte Flüssigkeit, sich in der gleichen Richtung
zu drehen. Die Flüssigkeit tritt in:idie Öffnungen 11 in der durch einen Pfeil 13
angedeuteten Weise ein. Ein Teil dieser Flüs-' sigkeit strömt in der durch einen
Pfeil 14 angedeuteten Weise aus dem Hohlkörper heraus dies ist auf die Pumpwirkung
des mit den Öffnungen versehenen umlaufenden Hohlkörpers zurückzuführen. Der Unterschied
zwischen den Flüssigkeitsmengen, die sich in Richtung der Pfeile 13 und 14 bewegen,
entspricht der gemäß Fig. 1 über die Rohrleitung 5 abgeführten Blüssigkeitsmenge.
Wenn sich trotzdem ein Agglomerat in der Nähe einer Öffnung 11 befindet, z.B. innerhalb
des durch den Pfeil 13 bezeichneten Strömungsweg, bewirkt die plötzliche Richtungsänderung
des Flüssigkeitsstroms, daß das Agglomerat aus der gekrümmten Bahn herausgeschleudert
wird. Hierbei gelangt es in den durch den Pfeil 14 bezeichneten Strömungsweg, so
daß keine Gefahr mehr dafgr besteht, daß das Agglomerat in Berührung mit dem zylindrischen
Hohlkörper kommt. Diese zusätzliche Wirkung, die darin besteht, daß solche Agglomerate
nach außen befördert werden, kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die Abmessungen
der Agglomerate mit der Breite einer Offnung vergleichbar sind.
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Bei der Ausführungsform nach Figo 3 sind die den Öffnungen 6 nach
Fig. 1 entsprechenden Öffnungen 15 jeweils unter einem Winkel gegenüber der Xand
des Hohlkörpers angeordnet, und ihre Ränder sind abgerundet0 Der in Fig. 2 durch
die Pfeile 13 und 14 angedeutete Strömungsverlauf stellt sich auch bei der Anordnung
nach Fig. 5 ein, bei der die Strömungswege durch Pfeile 16 und 17 bezeichnet sind.
Gemäß Fig. 3 treten jedoch die beschriebenen Wirkungen stärker in Erscheinung, wie
es ams dem Verlauf der Pfeile 16 und 17 ersichtlich ist, die eine große Richtungsänderung
der Strömungen andeutet,
Schließlich zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform,
bei der ebene Umlenkteile 18 vorgesehen sind, durch die gegen die Wand des Hohlkörpers
geneigte Öffnungen 19 abgegrenzt werden.
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Bei dieser Ausführungsform hat der Winkel CC zwischen der Tangente
20, die sich in der Drehrichtung des Hohlkörpers an einer Öffnung erstreckt, und
der nach innen gerichteten Mittellinie 21 der Öffnung eine Größe von etwa 35°.
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PatentansprUchea