DE2007474A1 - Zentrifuge zum Durchführen einer umgekehrten Osmose - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Durchführen einer umgekehrten Osmose, wobei Flüssigkeit unter einem hohen Druck, welcher durch die Zentrifugalkraft erzeugt ist, durch ein Diaphragma gedrückt wird, auf dessen anderer Seite ein geringer Druck vorherrscht, wobei in der Zentrifuge das Diaphragma vollständig einen Teil einer Drehkammer von einem anderen Teil trennt, das eine Teil der Drehkammer einen Flüssigkeitseinlass, welcher nahe an der Drehachse angeordnet ist, und zusätzlich einen Flüssigkeitsauslass aufweist, und wobei das andere Teil der Drehkammer einen Flüssigkeitsauslass aufweist, welcher in Abstand von der Drehachse angeordnet ist, und wobei der Teil der Drehkammer, welcher mit einem Flüssigkeitseinlass versehen ist, angeordnet ist, um Flüssigkeit dem Disphragma von innen zuzuführen, radial gesehen. Eine solche Zentrifuge ist aus der US-Patentschrift 3 400 074 bekannt.

Die Erzeugung von Frischwasser aus Salzwasser kann mit Hilfe der bekannten Zentrifuge durchgeführt werden, wobei das Salzwasser unter hohem Druck längs dem Diaphragma strömt und entsalzenes Wasser durch letztere tritt. Der notwendige Druck kann ungefähr 100 Bar sein. Je höher der Salzgehalt des Salzwassers ist, muss ein um so höherer Druck verwendet werden, um so die gewünschte Produktionsmenge von entsalzenem Wasser zu erhalten.

Bei der bekannten Zentrifuge wird das Salzwasser begleitender und von diesem Wasser getrennter Schlamm auf der Innenseite des Diaphragmas angesammelt und demzufolge der Osmose entgegenwirken. Weiterhin wird auf der Innenseite des Diaphragmas eine Schicht von Salzwasser ausgebildet, welche einen erhöhten Salzgehalt aufweist, wobei dieser Umstand ebenfalls der gewünschten Osmose entgegenwirkt. Diese Nachteile werden nun gemäß Erfindung dadurch vermieden, dass die Entfernung des Diaphragmas von der Drehachse in Richtung zum Flüssigkeitsauslass von dem Teil der Drehkammer hin zunimmt, welcher ebenfalls einen Einlass aufweist. Dadurch wird die Zentrifugalkraft dazu beitragen, das Diaphragma frei von Schlamm und hochkonzentriertem Salzwasser zu halten. Wenn das die Osmose erlaubende Diaphragma keine zufriedenstellende

Festigkeit gegen den hohen Flüssigkeitsdruck aufweist, kann es gegen Wirkung dieses Druckes mit Hilfe eines permeablen Körpers gestützt werden, welcher beispielsweise aus einem Ring aus gesintertem Pulver bestehen kann.

Gemäß einer Ausführungsform, welche in ihrer Konstruktion einfach ist, gemäß Erfindung kann das Diaphragma als ein stumpfer Kegel ausgebildet sein, welcher konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Hierdurch wird Salzwasser mit einem erhöhten Salzgehalt durch Wirkung der Zentrifugalkraft längs der Diaphragmaoberfläche zu dem breiten Ende des Kegels strömen und von dort abgeführt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Auslasses, welcher radial einwärts führt.

Wenn jedoch eine erhöhte Produktionskapazität gewünscht ist, kann dies dadurch erreicht werden, dass das Diaphragma als ein Körper ausgebildet ist, welcher sich axial erstreckende Falten aufweist und konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Diese Falten können dann in einem Abschnitt unter rechten Winkeln zur Drehachse eine sinusförmige Riffelung bilden.

Da die Geschwindigkeit eines Osmosevorganges ansteigt, wenn die Geschwindigkeit, mit welcher eine Flüssigkeit längs einer Diaphragmaoberfläche strömt, zunimmt, ist es möglich, gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung ein solches Zunehmen der Strömungsgeschwindigkeit dadurch zu Wege zu bringen, dass wenigstens das eine Teil der Drehkammer eine Spirale bildet, welche sich von ihrem Mittelpunkt zu ihrem Umfang erstreckt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 und 5 verschiedene Ausführungsformen im Axialschnitt und

Fig. 2, 3 und 4 die Ausführungsformen im Querschnitt.

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass entsalzenes Wasser erzeugt wird.

In Fig. 1 ist ein Drehkörper 1 einer Zentrifuge, ein Zentrifugeneinlass 2, ein Auslass 3 für konzentriertes Salzwasser (in diesem Fall ein Überströmauslass) und ein Auslass 4 für entsalzenes Wasser gezeigt. Verglichen mit dem Strom des Salzwassers durch die Zentrifuge ist das Abführen von entsalzenem Wasser durch den Auslass 4 ziemlich gering, und aus diesem Grunde ist der Energieverlust durch diesen Auslass ebenfalls gering. Der Rotor wird von einer Welle 5 angetrieben, und in dem Rotor ist ein Spiegel 6 von Salzwasser ausgebildet. Ein konisches Diaphragma, welches Osmose erlaubt, wird von einem entsprechenden konischen, porösen Körper 8 getragen. Hierdurch ist das Innere des Rotors in einen inneren Teil 9 und einen äußeren Teil 10 getrennt. Ein Kanal 11 führt von dem breiten Kegelende zum Auslass 3.

Die Zentrifuge arbeitet in folgender Weise:

Das Salzwasser, welches in die Drehkammer 9 eingeführt ist, wird durch Drehung unter hohem Druck zur Diaphragmaoberfläche gebracht, wobei entsalzenes Wasser durch das Diaphragma 7 und den Körper 8 tropft, wobei es zur Innenseite des Rotors ausgeworfen wird und längs dieser Innenseite zum Auslass 4 strömt, von wo es abgezogen wird. Gleichzeitig steigt der Salzgehalt des Wassers an der Innenseite des Diaphragmas 7 an. Hierdurch wird dessen spezifisches Gewicht erhöht, und entsprechend der Zentrifugalkraft wandert dieses schwerere Salzwasser zum breiteren Ende des Kegels, so dass neues Salzwasser die Diaphragmaoberfläche erreichen kann. Das Salzwasser, welches durch den Auslass 3 abgezogen wird, weist einen erhöhten Salzgehalt von beispielsweise 3 bis 4 % auf.

In Fig. 2 ist schematisch eine Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform gezeigt. Das Diaphragma 7a ist dort so geriffelt, dass die Riffelkanten sich axial erstrecken. Natürlich ist ein Stützkörper in der vorher beschriebenen Weise an der Außenseite des Diaphragmas angeordnet. Die Riffelung erhöht den wirksamen Osmosebereich.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Bewegungsenergie des entsalzenen Wassers dazu verwendet wird, den Drehkörper 1 in dem Fall anzutreiben, wenn entsalzenes Wasser von dem Umfang des Drehkörpers oder der Nähe des Umfanges ausgeworfen wird. Das entsalzene Wasser wird an diesem Ende durch Reaktionsdüsen 12 ausgelassen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, gemäß welcher Salzwasser in der Drehmitte eingeführt und zu einem Raum 13 geführt wird, welcher sich spiralförmig von dem Mittelpunkt zum Umfang der Drehkammer erstreckt. Ein Raum 14, welcher mit Pappe gefüllt ist, erstreckt sich längs dem Raum 13. Diese zwei Räume sind mit Hilfe von Diaphragmen 7b voneinander getrennt. Das entsalzene Wasser, welches in dem Raum 14 dringt, strömt durch das sich spiralförmig erstreckende Pappenmaterial nach außen zu einem Auslass 15, und das zugeführte Salzwasser strömt, während seine Konzentration zunimmt, durch den spiralförmigen Raum 13 zu einem Auslass 16, welcher radial einwärts führen kann.

In Fig. 5 ist eine weitere Abänderung der spiralförmigen Ausbildung gezeigt, und zwar genauer die untere Hälfte eines axialen Abschnittes. Das Salzwasser wird von dem Einlass 2 durch einen spiralförmigen Raum 17 geführt, welcher von einem Streifen 18 gebildet ist, der in die Drehkammer eingesetzt ist und sich von dem Mittelpunkt zum Umfang der Drehkammer erstreckt. Der Raum 17 ist in axialer Richtung von zwei Diaphragmen 7c begrenzt. Die Diaphragmen bilden zusammen mit den Endwänden des Drehkörpers Räume 19, welche mit Pappe gefüllt sind. Der Raum 17 weist einen Auslass 20 auf, und jeder der Räume 19 hat einen Einlass 21. Der Auslass 20 kann radial einwärts führen. Es ist möglich, diese Anordnung der Räume 18 und 19 in axialer Richtung zu wiederholen, wodurch der Durchsatz der Zentrifuge erhöht werden kann

Claims (7)

1.) Zentrifuge zum Durchführen einer umgekehrten Osmose, wobei Flüssigkeit unter einem hohen Druck, welcher durch die Zentrifugalkraft erzeugt ist, durch ein Diaphragma gedrückt wird, auf dessen anderer Seite ein niedriger Druck vorherrscht, wobei das Diaphragma vollständig einen Teil der Drehkammer von einem anderen Teil trennt und das eine Teil der Drehkammer einen Flüssigkeitseinlass in der Nähe der Drehachse und zusätzlich einen Flüssigkeitsauslass aufweist, welcher in einem Abstand von der Drehachse angeordnet ist, und wobei der Teil der Drehkammer, der mit dem Flüssigkeitseinlass versehen ist, so angeordnet ist, dass er Flüssigkeit zu dem Diaphragma von der Innenseite, radial betrachtet, zuführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Diaphragmas von der Drehachse in der Richtung zum Flüssigkeitsauslass aus dem letzterwähnten Teil der Drehkammer zunimmt.

2.) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma gegen die Wirkung des hohen Druckes von einem permeablen Körper (8) gestützt ist.

3.) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma (7) die Form eines stumpfen Kegels aufweist, der konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.

4.) Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (11) aus dem Teil (9) der Drehkammer, welcher mit dem Flüssigkeitseinlass (2) versehen ist, radial einwärts von dem breiten Ende des konischen Diaphragmas (7) führt.

5.) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma (7a) ein Körper ist, welcher sich axial erstreckende Falten aufweist und konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.

6.) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diaphragmafalten eine sinusförmige Riffelung (7a) bilden.

7.) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das eine Teil (13, 14, 17) der Drehkammer eine Spirale bildet, welche sich von ihrem Mittelpunkt zu ihrem Umfang hin erstreckt.