Wirkprinzip

Der Begriff Klassieren definiert das mechanische Trennen eines in eine Flüssigkeit einsuspendierten Kornspektrums in zwei Gruppen. Die Trennwirkung beruht auf physikalischen Effekten.

Auftrennung der Kornspektren im Zentrifugalfeld unter dem Einfluss dermassenbedingt unterschiedlichen Kraftwirkungen

Die Suspension wird aufgrund ihrer Zähigkeit haftend von der Rotorwand mitgerissen und mit annähernd gleicher Geschwindigkeit in Drehung versetzt. In der Folge werden die Flüssigkeit wie auch die einsuspendierten Feststoffpartikel unter den hierdurch auf sie einwirkenden Zentrifugalkräften zur Klassierrotorwandung geführt und es bildet sich unter dem Einfluss von Erdbeschleunigung und Fliehkraft ein parabolischer Flüssigkeitsspiegel aus. Bei höherer Drehzahl liegt bei oben ringartig abgedecktem Klassierrotor die Suspension im Grenzfall in Art eines Flüssigkeitsringes vor. Auf die in der Flüssigkeit befindlichen Feststoffpartikel werden hierdurch im Bereich kleiner Reynoldszahlen, d.h. bei laminarer Strömung, stationär gerichtete Anströmkräfte ausgeübt. Insgesamt erhalten damit die Partikel schräg zur Wandung gerichtete Summenkräfte, deren Ablenkwinkel sich mit zunehmender Masse verkleinert, so dass nur die Feinstpartikel den oberen Klassierrotorrand erreichen, während alle anderen an der Klassierrotorwand sedimentieren.

Beispielhafte Möglichkeiten der zentrifugalen Auftrennung

Abhängig von der Fahrweise des Klassiersystems lassen sich von den Kornspektren entweder nur die Feinstfraktionen bzw. Grobfraktionen abtrennen oder auch, soweit dies der Anwendungsfall verlangt, mittlere Partikelfraktionen selektieren. Die zentrifugale Trenntechnik bietet mit anderen Worten die Möglichkeit, für jeden spezifischen Anwendungsfall maßgeschneiderte, nanoskalige Feststoffteilchen bereitzustellen. Nanoskalige Partikel unterscheiden sich vom Verhalten größerer insoweit, weil die Oberflächenkräfte gegenüber den mit der Partikelmasse zunehmenden Trägheits- und Gewichtskräften dominieren und in der Folge die spezifischen Eigenschaften der Suspension entscheidend beeinflussen. Bei niedriger Feststoffkonzentrationen sowie laminarer Suspensionsströmung unterliegen jedoch auch feinste Partikel dem Stokschem Gesetz.

Gleichgewicht der zentrifugalen Nassklassierung und deren Einflussgrößen

Voraussetzung ist allerdings, dass keine Agglomeration der Partikel eintritt, weil dann die Partikelschwärme anderen Gesetzen gehorchen. Untersuchungen ergaben jedoch, dass sich ab einer bestimmten Konzentration alle Partikel mit annähernd gleicher Sinkgeschwindigkeit bewegen. Insgesamt wird das Verhalten im Zentrifugalkraftfeld durch mehrere Einflussfaktoren bestimmt, die es beim Klassieren ins Gleichgewicht zu bringen gilt.