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Separator zum Trennen eines Gemisches von Flüssigkeiten und Feststoffen
Die Erfindung betrifft einen Separator zum Trennen eines Gemisches von Flüssigkeiten und Feststof- fen, bestehend aus einemDruckgefäss mit einer in das darin befindliche Gut eingreifenden, angetriebenen
Schnecke und einer verschliessbaren Austrittsöffnung für die Flüssigkeit und die Feststoffe.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird das eingebrachte Gut fortwährend in Förderrichtung bewegt, so dass es nicht zur Bildung einer Filterschicht kommt.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass das Druckgefäss aus einem aufrechtstehenden Zylinder und einem an diesem unten anschliessenden Trichter besteht, wobei am Austrittsende des Trichters ein flüssigkeitsdurchlässiger Boden vorgesehen ist und die Schnecke wenigstens nahezu bis zu diesem Boden reicht. Dadurch bildet sich im Trichter aus dem eingebrachten Gut selbst eine Filterschicht, durch die die ausgepresste Flüssigkeit dringt und von Beimengungen gereinigt aus der Vorrichtung austritt.
Die Erfindung kann auch darin bestehen, dass die ausserhalb des Gefässes angetriebene Welle für die Schnecke von einem Beschickungsrohr umgeben ist, das an seinen unteren Ende mit einer glockenförmigen Mündung versehen ist, die über der Schnecke aber innerhalb des Trichters endet. Ferner ist es möglich, dass im Zylinder des Druckgefässes eine Druckmittelleitung sowie ein Drucksicherheitsventil und ein nach innen öffnendes Vakuumentlastungsventil angeordnet sind. Ausserdem kann die Erfindung darin bestehen, dass eine die Austrittsöffnung des Trichters verschliessende Klappe mit einer Leitung samt Ventil versehen ist, die mit einer Saugpumpe verbunden ist.
Schliesslich ist es auch möglich, dass erfindungsgemäss ein auf der Schnecken welle koaxial zwischen zwei Endlagen verschiebbarer Kolben im zylindrischen Teil des Gefässes angeordnet und die Beschickungsöffnung unter der unteren Endlage des Kolbens vorgesehen ist, wobei im oberen Teil der Welle ein Austrittskanal mit Druckbegrenzungsventil eingebaut ist, der mit dem unterhalb des Kolbens befindlichen Gefässraum nur in Verbindung steht, wenn sich der Kolben in der Nähe seiner oberen Endlage befindet.
Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Entfernung von Saft aus pflanzlichen Produkten, wie Weintrauben oder von Flüssigkeiten aus Fischen bei der Erzeugung von Fischmehl.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehend an Hand der Zeichnungen gegebenen Beschreibung spezieller Ausführungsformen hervor. Fig. l zeigt im Vertikalschnitt eine Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt mehrere in Reihe mit einer Umwälzpumpe geschaltete Separatoren. Fig. 3 zeigt im Vertikalschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 zeigt ein Detail des unteren Endes der Förderschnecke. Fig. 5 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 zeigt ein Detail einer banjoartigen Verbindung und einer Stopfbüchse am unteren Ende der hohlen Förderschneckenwelle.
In Fig. 1 und 2 der Zeichnungen ist mit 10 allgemein ein druckdichtes Gefäss bezeichnet, das einen runden, zylindrischen Oberteil 12 und einen trichterförmigen Unterteil 14 besitzt, der mit einer im Abstand einwärts von der Aussenwand 18 angeordneten durchlässigen Wand 16 und zwei flüssigkeitsdurchlässigen Klappen 20 versehen ist, die am offenen unteren Ende der Innenwand 16 angeordnet sind. Am Boden der Aussenwand 18 ist eine Klappe 22 vorgesehen, die am unteren Rand der Wand 18 dichtend anliegt. Die Klappe 22 ist mit einem Austrittsrohr 24 und einem Absperrventil 26 versehen. Gegebenenfalls kann
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an das Rohr 24 direkt oder über eine Zweigleitung, ein Absperrventil und einer- Vakuumbehälter (nicht gezeigt) eine Saugpumpe angeschlossen sein.
Innerhalb des Gefässes ist eine Welle 28 vorgesehen, die sich von den Klappen 20 aufwärts erstreckt und drehbar gelagert ist. An ihrem unteren Ende ist ein Förderschneck61blatt 30 vorgesehen. Konzentrisch ! mit der Welle 28 ist ein Beschickungsrohr 32 angeordnet, dessen unteres Austrittsende 34 glockenförmig gestaltet ist und das oben einen Eintrittsstutzen 36 besitzt. Eine Stopfbüchse 38 dichtet die Welle 28 ab.
Oben ist das Gefäss durch eine Kuppel 40 abgeschlossen, die mit einem Anschluss 42 versehen ist, durch denDruckgas in das Gefäss eingelassen werden kann. Die Kuppel ist ferner mit einem Drucksicher- heitsventil 44 und einem nach innen öffnenden Vakuumentlastungsventil 46 versehen. Die Welle 28 wird durch einen Antrieb 47 angetrieben.
Nachstehend wird die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es sei ange- nommen, dass durch Zerquetschen von Weintrauben eine Maische gebildet wurde, aus welcher der Saft entfernt werden soll. Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist dann wie folgt.
Zunächst werden die Klappe 22 geöffnet oder entfernt und die Klappen 20 geschlossen. Die zer- quetschten Weintrauben werden dann unter Druck von einer nicht gezeigten Pumpe durch das Eintrittsende
36 und das Beschickungsrohr 32 gefördert und füllen den unteren Teil der durchlässigen Trichterwand 16.
Zunächst kann die abrinnende Flüssigkeit, welche durch die Klappen 20 und den von der Maische bedeck- ten Teil der schrägen Wand 16 tritt, einen grossen Prozentsatz von suspendierten Feststoffen enthalten.
Dies ist so lange der Fall, bis eine genügende Menge von zerquetschten Weintrauben eingepumpt ist, so dass sie am unteren Endteil der schrägen Wand 16 eine Schicht bilden.
Wenn eine genügend dichte Schicht aus Maische entstanden ist, muss die in der zugeführten Maische enthaltene Flüssigkeit durch diese Schicht hindurchsickern, so dass diese Schicht als Filter wirkt und den grössten Teil der suspendiertenFeststoffe aus der Flüssigkeit ausfiltriert, die dann in gereinigter Form aus- geschieden und in einem geeigneten Behälter gesammelt wird, der unterhalb der unten angeordneten Aus- trittsöffnung der undurchlässigen Wand 18 angeordnet ist. Die Flüssigkeit kann auch über das Rohr 24 zu jeder gewünschten Stelle geführt werden.
Wenn die Maische weiter unter Druck eingeführt wird, steigt ihr Spiegel in dem trichterförmigen Unterteil 16 an, bis das glockenförmige Ende 34 des Beschickungsrohrs 32 in die Maische eintaucht.
Bei weiterer Beschickung wird die neu zugeführte Maische dann abwärts unter die vorhandene Material- masse abgelenkt, so dass die Flüssigkeit durch die als eine Filterschicht wirkende vorhandene Masse hin- durchsickern kann und den trockeneren Anteil des Materials verdrängt, so dass dieser aufwärtssteigt. Das glockenförmige Ende 34 gestattet eine gleichmässige Verteilung der eintretenden Maische in dem Behäl- ter. Bei Fortsetzung der unter Druck erfolgenden Zuführung von frischer Maische steigt die verdrängte trockenere Maische weiter, bis sie in den zylindrischen Teil des Behälters eintritt, dessen Wände undurch- lässig sind. Durch dieses fortgesetzte Aufsteigen der verdrängten Maische wird die im oberen Teil des Behälters eingeschlossene Luft zusammengedrückt und strömt durch die Maische abwärts.
Wenn der Luftdruck einen vorherbrstimmten Wert überschreitet, entweicht ein Teil desselben durch das Druckentlastungsventil 44. Wenn der Druck nicht ausreicht, kann über das Lufteintrittsrohr 42 zusatz- 'lich Luft oder ein anderes gasförmiges Medium unter Druck eingeleitet werden.
Wenn dieAbtrennung der Flüssigkeit vollständig durchgeführt ist, wird das getrocknete Materialnach Öffnen der Klappen 20 unter der Wirkung seines Eigengewichtes ausgebracht. Wenn während der Ausbringung im oberen Teil des Behälters ein die Ausbringung hindernder Unterdruck entsteht, öffnet sich das Vakuumentlastungsventil 46.
Wenn es schwierig ist, das verbrauchte Material unter der Wirkung seines Eigengewichtes auszubringen, kann dieser Vorgang durch Beaufschlagung mit Druckluft durch das Eintrittsrohr 42 oder dadurch unterstützt werden, dass die Schnecke 30 mittels der Welle 28 in der entsprechenden Richtung gedreht wird.
Die Schnecke 30 kann ferner während des Trennverfahrens dazu verwendet werden, die die Filterschicht bildende Materialmasse am unteren Teil der durchlässigen Schrägwand 16 zu lockern, wenn diese verlegt wird.
Ausser für das vorstehend beschriebene Verfahren kann die Vorrichtung auch zum Entfernen des Flüssigkeitsgehaltes einer gärenden Maische, beispielsweise von zerquetschten Trauben, verwendet werden, u. zw. wie folgt.
Ist durch das vorstehend beschriebene Verfahren genügend Flüssigkeit entfernt worden, wird die Klappe 22 geschlossen, so dass der Innenraum des Behälters druck-und luftdicht abgeschlossen ist. Dann wird die Maische gären gelassen. Das während der Gärung erzeugte Gas steigt durch die von dem Material und der zurückgebliebenen Flüssigkeit gebildete Masse'aufwärts und nimmt die suspendierten Feststoffe mit
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sich, so dass sich die reinere Flüssigkeit am Boden der Kammer sammeln kann. Überschl1ssiger Gasdruck wird durch Öffnen des Vakuumentlastungsventils 46 entfernt. Dieses Gas kann aufgefangen und anderwärts verwendet werden.
Die Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, die Abtrennung des gewünschten Flüssigkeitsge- haltes durch Auslaugung zu bewirken.
Es sei wieder angenommen, dass das Material, dessen Flüssigkeitsgehalt entfernt werden soll, aus zer- quetschten Weintrauben besteht. Das an Hand der Fig. 2 beschriebene Verfahren wird dann wie folgt durch- geführt. Nachdem die Gärung gemäss dem vorstehend beschriebenen Verfahren durchgeführt und die Flues- sigkeit abgelaufen ist, wird die verbleibende Feststoffmasse nicht ausgebracht, sondern mit einer Auslau- geflüssigkeit behandelt, um die letzten verbleibenden brauchbaren Bestandteile aus dieser Masse zu ge- winnen.
Vorzugsweise werden mehrere Behälter 10, wie in Fig. 2 gezeigt, in Form einer Batterie angeordnet und durch die gezeigten Verbindungsleitungen in Reihe mit einem Vorratsbehälter 48 und einer Umwälz- pumpe in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet. Die Auslaugflüssigkeit strömt in der durch die Pfeile angegebenen Richtung.
Wenn das Behandlungsgut aus zerquetschten Trauben besteht, kann als Auslaugflüssigkeit aln min- derwertiger Wein, verbrauchte Waschflüssigkeit oder Wasser verwendet werden.
Wenn die A uslaugefll1ssigkeit in jedem Behälter durch die Maischemasse aufwärts tritt, erfolgt eine
Osmose, durch welche die letzten noch zurückgebliebenen brauchbaren Bestandteile der Maischemasse entzogen werden. Die Flüssigkeit wird umgewälzt, bis das Extraktionsverfahren vollständig durchgeführt ist. Dann wird die Flüssigkeit über die Absperrventile 26 ablaufen gelassen, nachdem die Leitungen ab- getrennt worden sind, sofern diese nicht zu diesem Zweck zusätzliche Absperrventile aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine Reihenschaltung der Behälter. Die angegebenen Verfahren können aber auch mit mehreren parallelgeschalteten Behältern ausgeführt werden. Es kann auch für eine Umsteuerung der Strö- mungsrichtung der Auslaugflüssigkeit Sorge getragen werden.
Fig. 3 und 4 der Zeichnungen zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, die einige Änderungen in der Konstruktion aufweist.
Das Gefäss 10 ist, wie vorher druckdicht, aber am unteren Austrittsende der Wand 18 mit einer abnehmbaren, flüssigkeitsdurchlässigen, gitterförmigen Trennwand versehen. Unter dem Gitter 52 ist ein kleiner Sammeltrichter 54 vorgesehen, an den das Austrittsrohr 24 mit dem Absperrventil 26 angeschlossen ist. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform kann eine Saugpumpe an das Rohr 24 entweder direkt oder über einen Vakuumbehälter, eine Abzweigleitung und ein Absperrventil angeschlossen sein. Die Welle 28a durchsetzt die Stopfbüchse 38a der Kuppel 40 und wird ebenfalls durch einen Antrieb 47 angetrieben.
Das Zuführungsrohr 32a tritt jetzt unterhalb des zylindrischen Teiles 12 in das Gefäss ein. Das un- tere Ende 56 der Förderschnecke 30 ist mit einem Wischer 58 aus elastischem Material versehen (s. Fig. 4).
Der Wischer ist so angeordnet, dass er das Gitter 52 bestreicht, um ein Verlegen desselben durch verdich- tetes Fasermaterial oder sonstige Feststoffe zu vermeiden oder zu beseitigen.
In dem oberen zylindrischen Teil 12 des Gefässes ist ein Kolben 60 verschiebbar angeordnet, dessen Umfang mit einem elastischen Dichtungsring 62 besetzt ist. Die Nabe 64 dieses Kolbens 60 sitzt verschiebbar aber dichtend auf der Welle 28a auf, die von ihrem nach aussen vorstehenden oberen Ende abwärts ausgebohrt ist, so dass ein Sackkanal 66 vorhanden ist, durch den Druck oder Vakuum unter dem Kolben 60 erzeugt werden kann, wenn sich dieser in der in der Zeichnung dargestellten oberen Stellung befindet.
Ein Rohr 68 ist an den Kanal 66 über ein T-Stück angeschlossen, dessen anderer Arm mit einem einstellbarenDruckentlastungsventil 44a verbunden ist. Ein an der Kuppel 40 angebrachtes weiteres einstellbares Druckentlastungsventil 44 steht mit dem Raum oberhalb des Kolbens 60 in Verbindung, der über das Rohr 42 mit Druckluft oder einem andern gasförmigen Druckmedium beaufschlagt werden kann, damit der Kolben 60 abwärtsgeschoben wird.
In der unteren Stellung des Kolbens 60 werden zerquetschte Weintrauben oder ein anderes breiige Material über das Beschickungsrohr 32a unter Druck in das Gefäss 10 gepumpt. Der trichterförmige Teil 14 wird rasch gefüllt. In der Masse enthaltene freie Flüssigkeit läuft durch das Gitter 52 in den Sammeltrichter 54 und tritt über das Rohr 24 aus. Es versteht sich, dass die sich in dem Trichter 14 sammelnde Maische als ein Filtermedium wirkt, durch das die aus der Maische austretende Flüssigkeit hindurchsickert.
Durch weiteres Pumpen von Maische in das Gefäss 10 wir die zwischen dem Spiegel des in dem
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trichterförmigen Teil 14 befindlichen Materials und der Unterseite des Kolbens 60 befindliche Luft zusammengedrückt und dieser im Lauf der Zeit aufwärts geschoben. Während dieser Bewegung wird die oberhalb des Kolbenelementes eingeschlossene Luft über das Druckentlastungsventil 44 hinausgedrückt, das so eingestellt ist, dass es bei einem vorherbestimmten Druck öffnet. Wenn der zylindrische Teil gefüllt ist und sich der Kolben in seiner obersten Stellung befindet, wird die Unterseite des Kolbens über das Rohr 68 und den Kanal 66 mit Druckluft oder Druckgas beaufschlagt.
Dieser Luft- oder Gasdruck wird auf einem vorherbestimmten Wert gehalten, der die vorhandene freie Flüssigkeit abwärts drückt, bis die Luft oder das Gas durch die Öffnungen des Gitters 52 austritt.
Wenn die gesamte freie Flüssigkeit auf diese Weise entfernt wurde, wird die Maischemasse gepresst, damit weitere Flüssigkeit entfernt wird. Zu diesem Zweck kann Luft oder ein anderes Gas unter Druck durch das Rohr 42 in den Raum oberhalb des Kolbens 60 eingeleitet werden, der dadurch abwärts auf die
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presst wird, die abwärts in dem Sammeltrichter 54 sickert. Gleichzeitig wird die Schnecke in einer solchen
Richtung gedreht, dass der Wischer 58 den vorderen Rand des unteren Endes des Schneckenblattes 30 bil- det und die Öffnungen des Gitters 52 sauber hält.
Wenn die Maischemasse infolge dieser Druckeinwirkung zusammenbackt und undurchlässig wird, so dass die Flüssigkeit nicht mehr durch die Masse hindurchsickert, kann diese Masse dadurch aufgelockert werden, dass die Drehrichtung der Schnecke umgesteuert und/oder über dem Kolben 60 über das Rohr 42 ein Vakuum erzeugt wird. Dadurch wird der Kolben 60 aufwärts bewegt, so dass auf seiner Unterseite ein
Teilvakuum entsteht, welches ein Anheben der zusammengebackten Masse des zusammengepressten Ma- terials bewirkt. Infolgedessen wird die zusammengebackte Masse aufgelockert, bis über die Gitter 52 Luft in die Kammer eintritt und durch Zerstören des Teilvakuums ein Zurückfallen der Masse ermöglicht. Diese
Vorgänge können wiederholt werden, bis im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit, wie z. B.
Weitraubensaft, aus der Masse entfernt worden ist.
Zum Ausbringen der Masse des zumeist faserförmigen zurückbleibenden Materials wird der Sammel- trichter 54 mit dem Gitter 52 abgenommen, so dass das untere Ende des trichterförmigen Teiles 14 offen ist. Dann wird die Welle 28a in einer solchen Richtung gedreht, dass dieser Rückstand mittels der Schnecke
30 durch die untere Öffnung des Trichters 14 ausgebracht wird.
Bei breiförmigen Massen, die grosse Festkörper aufweisen und bei denen eine raschere Entfernung der Flüssigkeit erforderlich ist, kann der Trichter 14 innen mit einer geschlitzten oder perforierten Wand, wie in Fig. 1 mit 16 angedeutet, versehen werden, die als zusätzliches Sieb wirkt.
Fig. 5 und 6 der Zeichnungen zeigen einen Separator, der den vorstehend beschriebenen ähnlich, aber für die Erzeugung von Fischmehl in der fischverarbeitenden Industrie geeignet ist. Hier erstreckt sich das Schneckenblatt 30 über die ganze Länge der Welle 28a. Ferner ist das Gefäss 10 von einem zur Erhitzung dienenden Dampfmantel 70 umgeben, der eine Dampfeinirittsöffnung 72 und eine Austrittsöffnung 74 für Dampf und Kondensat hat. Gegebenenfalls kann die Welle 28a hohl sein, damit auch sie geheizt werden kann, wobei sie mit einem Dampfeinlass 68a, und am unteren Ende mit einem Austritt 78 für Dampf und Kondensat sowie mit einem banjoartigen Anschluss 80 und einer Dichtung 82 versehen sein kann. Ferner ist ein Mannloch mit einem Deckel 84 vorgesehen, damit das Gefäss gegebenenfalls auch über das Mannloch beschickt werden kann.
An dem unteren Ende 56 des Schneckenblattes 30 ist ein Wischer 58 aus elastischem Material angesetzt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist der vorstehend beschriebenen sehr ähnlich, doch arbeitet die Vorrichtung jetzt auch als Kocher. Die ausgeschiedene Flüssigkeit wird über das Austrittsrohr 24 abgezogen, während die zurückbleibende feste Fischmasse im Gefäss verbleibt, um später, nach der Abnahme. des Sammeltrichters 54 und des Gitters 52, ausgebracht zu werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Separator zum Trennen eines Gemisches von Flüssigkeiten und Feststoffen, bestehend aus einem Druckgefäss mit einer in das darin befindliche Gut eingreifenden, angetriebenen Schnecke und einer verschliessbaren Austrittsöffnung für die Flüssigkeit und die Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgefäss aus einem aufrecht stehenden Zylinder (12) und einem an diesem unten anschliessenden Trichter (14) besteht, wobei am Austrittsende des Trichters ein flüssigkeitsdurchlässiger Boden (20,52) vorgesehen ist und die Schnecke (30) wenigstens nahezu bis zu diesem Boden reicht.