离心分离器和其控制方法与流程

1.本发明涉及用于将液体混合物分离为重相和轻相的离心分离器，以及控制此类离心分离器的方法。


背景技术：

2.在用于啤酒澄清的离心分离器(具有淤渣空间，在该淤渣空间中收集包括酵母的分离的重相)中，通过间歇地打开分离器筒(bowl)外围中的出口来使酵母通过排放来排出(eject)，而澄清的啤酒通过气密出口或成对的盘出口离开离心分离器。因为在到分离器的供给物中的酵母浓度远非恒定的，难以优化操作来获得最佳的可能结果。例如，在酵母浓度高时，在从酵母储箱的底部取得供给物时，需要频繁的外围排放以避免过度填充淤渣空间和导致澄清不充分。分离器的吞吐能力然后受所需要的排放频率所限制。澄清啤酒的浊度通常用作用于通过使用plc控制来触发排放的输入信号。
3.us 9,186,687中公开上文描述的离心分离器的一种改进。该文献描述一种离心分离器，其具有用于澄清液体的第一机械密封出口、用于酵母浓缩物的第二机械密封出口和用于在外围处间歇排放的第三出口。酵母浓缩物从淤渣空间中接近于外围的位置进入一组管道流向第二出口。使酵母浓缩物流向第二出口，排放频率可刚好降低至为避免浓缩物管道堵塞所需要的速率。由第二出口离开离心分离器的酵母细胞有大概率经受得住离心且可用于接下来的酿造批次，而在第三出口中以间歇排放所排出的许多酵母细胞死亡且不可用于进一步的发酵。
4.本发明的目标是减小在将重相(诸如酵母浓缩物)从淤渣空间输送到出口的此类导管中阻塞的风险。


技术实现要素：

5.上文的目标在第一方面实现，其中所述离心分离器具有可围绕轴线旋转且包围分离空间的离心分离器筒，以及在所述分离空间的径向外侧的淤渣空间，包括：用于将液体混合物供给到所述分离空间的气密入口；用于分离的澄清轻相的第一气密出口；用于分离的重相的第二气密出口；以及从所述淤渣空间中的外部位置延伸到所述第二气密出口的多个出口导管；其中，出口导管中的每个具有呈喷嘴或涡流二极管形式的限流部。
6.发明人发现，浓缩物管道的歧管可为在例如us 9,186,687中描述的分离器中的不稳定构造。如果一个管道在酵母浓度上受到扰动，例如稍微较高的酵母浓度，该管道的浓缩物变得更稠密且更粘稠。这导致该管道中相对于歧管其它管道的流量减小。流量减小导致管道中酵母浓度上的进一步增加，且结果，扰动自放大并在幅度上增长，直到浓缩物管道阻塞。
7.在气密分离器的分离器筒中，低压降是基本的，因为在分离器中不存在可补偿分离器内的压降的泵送装置(成对的盘/管道)。发明人惊奇地发现，在从所述淤渣空间中的外部位置延伸到所述第二气密出口的多个出口导管中的每个中引入呈喷嘴或涡流二极管形
式的限流部改进具有此类导管的分离器的稳定性，即，它减小一个管道的浓缩物变得更稠密且更粘稠的风险。换句话说，通过引入限流部，以及因此压降，出口导管的歧管的更稳定构造可在操作期间实现，从而减小阻塞的风险。
8.分离器因此可为具有气密入口和出口的气密分离器。结果，分离器可没有用于从离心分离器筒输送分离的液体轻相或重相的任何成对装置。分离器因此可布置成使得利用外部阀来控制分离的轻相和重相的流动。
9.根据第一方面的另外的实施例，所述出口导管至少部分地定形为管道。
10.根据第一方面的另外的实施例，所述出口导管的截面是圆形的。
11.根据第一方面的另外的实施例，限流部呈可更换件的形式。
12.根据第一方面的另外的实施例，限流部形成于环形件中，对于每个出口导管，该环形件具有一个涡流二极管或喷嘴。
13.根据第一方面的另外的实施例，出口导管作为分离的通道向外延续到叶轮外径附近，该叶轮包括与所述离心分离器筒旋转的泵轮，且其中，至少一个限流部定位在泵轮外径附近的出口导管的端部处。例如，所有出口导管的限流部可定位在泵轮外径附近的端部处。这可为有利的，因为可在保持限流部的稳定特征的同时增加在最小半径的区段中的压力。
14.根据第一方面的另外的实施例，与用于轻相的第一气密出口上的机械密封件相比，用于重相的第二气密出口具有更大直径的机械密封件。
15.根据第一方面的另外的实施例，重相出口机械密封件的半径(与盘堆叠的外半径)大于20%。
16.根据第一方面的另外的实施例，离心分离器筒在它的外围处具有用于间歇排放的第三出口。
17.根据第一方面的另外的实施例，控制阀布置在第二气密出口中。
18.根据第一方面的另外的实施例，控制阀布置在第一气密出口中。
19.根据实施例，分离器还包括控制单元和至少一个测量装置，该至少一个测量装置布置在第二气密出口中以测量分离的重相的密度和流率。至少一个测量装置可适于将密度和流量的数据发送到控制单元，该控制单元可配置成用于调节分离的重相的流率。因此，分离器可包括布置在第二气密出口下游的控制阀，且控制单元可配置成用于基于从至少一个测量装置接收的数据来控制通过该控制阀的流率。
20.根据第一方面的另外的实施例，至少一个测量装置布置在第二气密出口中以测量密度和流率，该装置连接到可编程逻辑控制器(plc)且适于发送分别代表密度和流率的数据。plc可适于处理数据以确定流率和密度的值的组合是否处于与通过所述出口导管的稳定流动对应的值的预定范围内，其中，如果流率和密度的值的所述组合不处于所述预定范围内，促动器适于响应于由所述plc发送的校正信号来操纵所述控制阀中的一者或两者。
21.上文的目标在第二方面通过一种控制离心分离器以便提供通过所述出口导管的稳定流动的方法来实现，在保持通过所述出口导管的稳定流动的情况下确立重相的流率和密度的值的组合，连续地或间歇地测量所述第二气密出口中的重相的流率和密度并由plc与值的所述组合比较，调节所述第二气密出口中的流率使得保持稳定流动。
22.根据第二方面的另外的实施例，plc设置成遵循与所述第二气密出口中的流率和密度的组合对应的曲线，具有对稳定性界限曲线的裕度，在该稳定性界限曲线下方，导管可
阻塞。
23.在研究所附权利要求书和以下详细描述时，本发明的另外的特征和关于本发明的优点将变得明显。
附图说明
24.本发明(包括它的特定特征和优点)的各个方面和/或实施例将容易从以下详细描述和附图中论述的示例性实施例中理解，附图中：图1示出根据本发明的离心分离器的转子以及入口和出口。
25.图2示出根据本发明的离心分离器的实施例的细节。
26.图3示出根据本发明的离心分离器的还另一实施例的细节。
27.图4示出公开期望的操作模式的图。
28.图5示出使用本发明的离心分离器系统的示意图。
29.图6和图6a示出根据本发明的涡流喷嘴的实施例。
30.图7示出其中可应用本发明的离心分离器。
具体实施方式
31.图7示出用于将流体混合物分离为澄清液体的轻相和淤渣/沉积物的重相的离心分离器100。离心分离器100包括框架102、在轴承布置103中由框架102可旋转地支承的中空心轴11，以及具有转子壳105的离心分离器筒18。转子壳105固定地邻接于心轴11的轴向上端，使得驱动布置104能够使离心分离器筒18与心轴11一起围绕旋转轴线(x)旋转。驱动布置104可为直接驱动的马达，其中马达的转子固定到心轴11或是心轴11的一部分，或者它可涉及从单独的马达经由带传动或齿轮传动来传送旋转运动的传送装置。转子壳105围住分离空间106，分离盘的堆叠13布置在分离空间106中，以便实现被处理的流体混合物的有效分离。在分离器筒18的中心，分配器19a与心轴11同轴地布置。分配器19a用作中心部(nave)，分离盘的所述堆叠13居中地且与转子壳105同轴地适配在该中心部上。堆叠13的分离盘具有截头锥形形状，且是表面扩大的插入物的示例。仅示出几个分离盘，但堆叠13可例如容纳超过100个分离盘，诸如超过200个分离盘。淤渣空间12在分离盘的所述堆叠13的径向外侧的离心分离器筒18中，淤渣空间12用于接收流体混合物的较重的内容物。转子壳105具有用于排放分离的液体轻相的机械气密密封的液体出口1，以及用于排放比分离的液体轻相更高密度的相的重相出口2。存在呈用于从分离空间106输送分离重相的通道形式的多个出口导管5。通道可呈单独管道的形式，或可为形成筒壁的部分的通道。出口导管5从分离空间106的径向外部位置延伸到重相出口2。如可在图1中更加详细地看到的，出口导管5具有布置在径向外部位置处的导管入口5a和布置在径向内部位置处的导管出口5b。此外，出口导管5布置有从导管入口5a到导管出口5b的关于径向平面的向上倾斜。出口导管中的每个具有呈涡流二极管7形式的限流部。限流部还可为像图2中的引起压降的简单喷嘴20。呈涡流二极管形式的限流部是优选的，因为这些示出在粘度增加时压降减小，导致改进由多个出口导管5构成的歧管的稳定性。简单喷嘴20具有独立于粘度的压降，且并不也适用。仅通过减小导管5的截面来增加压降不适用，因为这引起压降随着浓度增加而增加。
32.在图3中，出口导管5作为分离的通道向外延续到叶轮15的外径附近，叶轮15包括
与所述离心分离器筒18旋转的泵轮15a，其中呈涡流二极管7(或喷嘴20)形式的限流部7定位在泵轮15a外径附近的导管5的端部处。
33.涡流喷嘴因此置于叶轮15中接近于叶轮的外围，以减小空化或脱气的风险，尤其是在啤酒的分离中。因此可在保持喷嘴的稳定特征的同时增加在具有最小半径的区段中的压力。为了这适用，有必要使来自所有浓缩物管的流径保持分离一直到喷嘴20。
34.通常使用的分离器出口泵轮设计为具有弯曲导叶的标准离心泵轮。根据本发明的泵轮与此不同，因为出口导管5作为单独的闭合导管一直延续到在泵轮外径处的限流部。该限流部可呈涡流二极管7或仅普通喷嘴20的形式。在泵轮中延伸的出口导管5的部分可呈弯曲通道的形式和/或作为径向通道。
35.在图1中，出口导管5实行为在淤渣空间12中向外延展至比盘堆叠直径更大的直径的管道。当澄清啤酒时，在出口导管5中流动的重相是酵母浓缩物。
36.心轴11是中空的且在它与旋转轴线平行的中心具有入口通道4，入口通道4用于将待分离的流体混合物供给到所述分离器筒18中。所述入口通道4将流体混合物引导到分配器通道19，分配器通道19将流体混合物从转子的中心向外输送到锥形分离器盘13的堆叠的分配孔14。澄清的液体从盘堆叠的中心取出，并由用于排放分离的液体轻相的液体出口1离开分离器。较重的浓缩物和沉积物去到淤渣空间12。浓缩物和沉积物可由第二出口2或由用于间歇排放的排放端口3离开淤渣空间12。排放端口3的打开和闭合由液压操作的滑动筒底部10来管理。
37.第一出口1和第二出口2具有机械密封件6a、6b。因为这是不透气的设计，它也通常被称为气密密封件。入口通道4还具有在所述入口通道的静止部分与中空心轴11的下端之间密封的机械密封件，因此防止入口通道与周围之间的连通。该机械密封件未在该图中示出。
38.当使由喷嘴20或涡流二极管7引起的压降添加到出口导管5中的压降以及将重相浓缩物克服离心力推向分离器中心所需要的压力时，使重相出口在离心分离器筒的与轻相出口相比更大的直径上是有利的。使重相出口机械密封件具有比通常更大的直径(如当根据对流率的考虑来设置直径时)是更优选的。如果重相出口机械密封件的半径r
密封件
与盘堆叠13的外半径r
盘
之间的比率大于20%，是特别有利的。
39.还可能重新布置该设计以使入口在分离器的顶部处且第一出口1或第二出口2中的一者穿过中空心轴11。
40.涡流二极管7或喷嘴20是可更换的。这是为了针对实际过程需求进行调节。具有不同内部尺寸的多个涡流二极管或喷嘴插入物，容易混淆大小或丢失微小插入物中的一者。如果涡流二极管7设计为如图6中示出的单件，这是可避免的。这里，所有的涡流室7削出于环形件9中。存在o形环或垫片的布置来防止泄漏，即使它未在图6中示出。相同类型的布置也可用于喷嘴20。涡流二极管7的中心开孔21形成于图6a中示出的可更换环8中。存在o形环或垫片的布置来防止泄漏，即使它未在图6或图6a中示出。相同类型的布置也可用于普通喷嘴20。
41.图4示出关于第二出口流率和第二出口处酵母浓度的稳定性的图。以图的不稳定区域中的第二出口流率和浓度的组合运行分离器导致出口导管5堵塞。图示出虚曲线，其代表导管没有任何阻塞的稳定操作。在它上具有点的线是稳定性界限曲线，在该曲线下方存
在阻塞所述导管的大风险。该曲线可根据经验来绘制。图5示出在用于澄清啤酒的应用中具有控制和调节装置的离心分离器的图(scheme)。浓缩物相的流量和密度由布置在第二出口2中的流量变送器50(ft)和密度变送器51(dt)来测量，并将结果信号发送到可编程逻辑控制器52或plc。plc 52分别接收来自流量变送器50和密度变送器51的信号。
42.流量变送器和密度变送器可代替科里奥利型质量流量计，从该流量计可得到流量和密度两者的测量结果。
43.plc 52编程以控制布置在用于重相的第二气密出口2中的第一控制阀53来将流量和密度参数保持在图4中的图的稳定区域中，优选地遵循图4的虚线。那具有对稳定性界限的某一裕度。图4的控制线绘制为直线，但它也可为曲线。
44.plc 52可改为或也可编程以控制布置在用于轻相的第一气密出口1中的第二控制阀54。
45.由第二出口所排放的酵母/细胞培养物的较高生存能力使它可再用于进一步的发酵，而通过间歇排放来离开分离器的细胞大部分死亡。当以该方式再使用浓缩物时，第二流出物的较低浓度不引起所澄清的第一出口液体(啤酒)的产品损失。
46.要理解的是，前文示出各个示例性实施例，且本发明仅由所附权利要求书限定。本领域技术人员将认识到，在不脱离如由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可修改示例性实施例，且可组合示例性实施例的不同特征以产生除本文中描述的那些之外的实施例。