CH675375A5 - - Google Patents

Description

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CH 675 375 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Filterzentrifuge gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Filterzentrifugen sind beispielsweise aus einem Prospekt der Firma ALFA-LAVAL Nr. PC 90 002T, Reg. Nr. 3441, 7605 bekannt. Filterzentrifugen werden vielfach in der chemischen und pharmazeutischen Industrie zur diskontinuierlichen Fest-/Flüssig-Trennung zahlreicher, insbesondere hochwertiger Produkte eingesetzt. Derartige Produkte sind beispielsweise Farbstoff-Zwischenprodukte, Anthrachinon, Vitamine, Antibiotika, Analgetika, Herbizide, Insektizide, Kalziumsulfat, Stearate und viele andere.

Filterzentrifugen sind als Schubzentrifugen, Schälzentrifugen oder in der gebräuchlichsten Form als sogenannte Dreisäulenzentrifugen bekannt. Bei den Schubzentrifugen wird ein Feststoff-Flüssigkeitsgemisch kontinuierlich durch ein Füllrohr und einen rotierenden Fülltrichter auf den äusseren Teil eines Schubbodens gegeben und gleich-massig über den Trommelumfang verteilt. Der sich bildende Feststoffkuchen wird in Richtung Trommelaustritt vorgeschoben. Bei den Schälzentrifugen wird das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch über ein feststehendes Füllrohr in die Trommel mit im wesentlichen horizontal angeordneter Drehachse eingebracht. Durch die Zentrifugalkraft wird der Flüssiganteil durch das poröse Mantelfilter getrieben. Der Feststoff sammelt sich am unteren Mantelteil und am Trommelboden. Bei der in der chemischen und pharmazeutischen industrie am häufigsten eingesetzten Ausbildungsform von Filterzentrifugen, der sogenannten Dreisäulenzentrifuge, wird das Feststoff-Flüssigkeitsgemisch durch ein festes Füllrohr oder einen rotierenden Füllkegel in die Trommel mit im wesentlichen vertikal angeordneter Drehachse eingefüllt. Sobald die Trommel voll ist, wird der Zulauf gestoppt. Der Flüssiganteil wird durch die hohe Drehzahl der Trommel abgeschleudert und abgeführt, während der Feststoff sich in gleichmässiger Dicke am Filter abscheidet.

Das Abheben des Feststoffes, welcher im allgemeinen Rlterkuchen genannt wird, erfolgt mittels eines Schälmessers, welches in der Arbeitsstellung mit dem einlaufenden Teil der Trommel seiner Art entsprechend einen stumpfen Winkel einschliesst. Wegen unvermeidlicher Toleranzen im Rundlauf der Trommel und des Filters muss die Messerschneide in einem gewissen Mindestabstand von der Filteroberfläche angeordnet sein. Dieser Abstand beträgt in der Regel etwa 0,5 cm bis 2,0 cm. Dadurch wird sichergestellt, dass das Messer an keiner Stelle das Filter berührt und dieses beschädigt oder sogar zerstört. Dieser Abstand bedingt jedoch nachteiligerweise, dass das Messer eine gewisse Restschicht von stellenweise gleichfalls etwa 0,5 cm bis 2,0 cm und darüber nicht abschälen kann. Je geringer die Präzision der Zentrifuge bezüglich Rundlauftoleranzen, desto grössere Restschichtdicken müssen in Kauf genommen werden. Jedoch lassen sich auch bei höchster Präzision (und entsprechend hohem Apparatepreis) Restschichten grundsätzlich nicht vermeiden. Die Feststoffrestschicht wird bei jedem weiteren Filtriervorgang verdichtet und bewirkt dadurch längere Fiitrierzeiten und kann sogar im Laufe der Zeit eine undurchdringliche Barriere für den Flüssiganteil bilden. Bislang muss daher in regelmässigen Zeitabständen die Restschicht auf mühselige Weise manuell vom Filter abgekratzt werden. Oft ist es sogar notwendig das Filter zu erneuern, was zu langer Stillstandzeit der Anlage führt. Darüber hinaus sind diese Arbeiten oft mit starken Geruchsbelästigungen verbunden und erfordern oft zusätzliche Sicherheitsmassnah-men.

Es besteht daher die Aufgabe, eine derartige Filterzentrifuge hinsichtlich ihrer Feststoffausräumvorrichtung derart zu verbessern, dass bereits während des kontinuierlichen Ausräumvorganges der Feststoff vom Filter möglichst vollständig entfernt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäss Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörigen Einzelheiten an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Filterzentrifuge im Axialschnitt,

Fig. 2 eine Detailansicht gemäss Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Aufsicht des Schabers gemäss Pfeil III in Fig. 2,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schabers in schematischer Aufsicht analog zu Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Schabers aus Fig. 4 gemäss Pfeil V,

Fig. 6, 8 und 9 mehrere Ausführungsbeispiele des Schabers aus der Sicht des Filters,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Schabers aus Fig. 6 gemäss Pfeil VII und

Fig. 10 und Fig. 11 zwei weitere Ausführungsbeispiele des Schabers in schematischer Aufsicht.

Die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Filterzentrifuge bekannter Bauart umfasst ein zylindrisches Schleudergehäuse 1, welches mit einem Deckel 2 verschliessbar ist. Das Schleudergehäuse ist an vorzugsweise drei Pendelsäulen 3 aufgehängt, welche mit einem Fundament 3a oder einfach mit der Stahlkonstruktion des Gebäudes verschraubt sind. Das Fundament 3a selbst kann noch schwingungs-dämpfend auf Schraubenfedern und Viscosedämp-fern oder ähnlichem gelagert sein, um durch Un-wuchten hervorgerufene dynamische Belastungen auszugleichen. Axial in der Mitte des Schleudergehäuses 1 ist eine Weile 6 angeordnet, welche durch den Gehäuseboden etwa bis zur halben Gehäusehöhe reicht. Diese zentrale Welle 6 ist über einen Zahnriemen 5 und ein ausserhalb des Schleudergehäuses 1 angeordnetes Antriebskupplungsstück 4 motorisch antreibbar. Auf das im Inneren des Schleudergehäuses 1 befindliche Ende der Welle 6 ist eine zylindrische Trommel mit ihrer Nabe 25 dreh5

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fest aufgesetzt. Diese Verbindung ist zur Herausnahme derTrommel 20 lösbar. DerTrommeimantel 21 ist siebartig perforiert, mit Durchtrittsöffnungen 22, welche einen Durchmesser von etwa 4 mm bis etwa 12 mm aufweisen, und innen mit einem Filter 26 bedeckt, welches durch Spannringe oder radiale Nuten und Spannschnüre befestigt ist. Die Filter 26 sind üblicherweise ein monophyles Gewebe von Kunststoff, Metall oder vorzugsweise von tuchartiger Konsistenz. Der Trommelboden ist als trichterförmiger Ausfallschacht 23 ausgebildet, wobei die zentrale Nabe 25 und der Mantel des Schachtes 23 durch Rippen 24 verbunden sind. Die Rippen 24 sind schräg angebracht, so dass bei Rotation der Trommel 20 ein Sog in Richtung Ausfallschacht 23 entsteht.

Der Deckel 2 des Schleudergehäuses 1 weist mehrere Durchtrittsöffnungen auf. Zentral angeordnet ist ein Füllstutzen 9 vorgesehen, weicher an seinem Ende mit einem Verteilerkegel 9a ausgestattet ist, welcher teilweise über die Nabe 25 der Trommel 20 ragt. Ein schräg angestellter Zylinder mit einem Schauglas 7 erlaubt eine Kontrolle der Funktion der Filterzentrifuge. Etwa auf halber Strecke zwischen Deckelrand und zentralem Füllstutzen 9 ist ein vertikaler Stutzen 10 angeordnet, durch welchen eine achsparallele Messerwelle 11 in das Gehäuseinnere geführt ist. Am im Gehäuseinneren liegenden Ende der Messerwelle 11 ist ein entgegen der Drehrichtung D der Trommel 20 stumpf abgewinkelter Haltearm 12 für ein Schälmesser 13 befestigt. Die Abwinkelung des Haltearms 12 ist vorzugsweise derart gewählt, dass in der Arbeitsstellung der vordere Armteil zur Trommel 20 im selben Winkel steht wie der gewünschte Anstellwinkel des Schälmessers 13. Das Schälmesser 13 ist in Nuten des Haltearms 12 gelagert und mit Fixierschrauben 19 feststellbar. Durch Verdrehen der Messerwelle 11 ist das Schälmesser 13 aus einer Ruhestellung in die Arbeitsstellung schwenkbar, in der es mit seiner achsparallelen Schneide sich knapp vor der Filteroberfläche befindet. Der Abstand der Schneide zur Oberfläche des Filters 26 ist vorzugsweise einstellbar. Das Schälmesser 13 erstreckt sich über etwa 1/8 bis etwa 1/2 der axialen Höhe derTrommel 20 und schliesst mit dem einlaufenden Teil der Trommel 20 einen Winkel von etwa 95° bis etwa 150° ein. Während des Ausräumens des Feststoffes F wird das Schälmesser 13 in der Arbeitsstellung zum Trommelboden vorgeschoben. Der axiale Vorschub ist so wie das radiale Einschwenken in die Arbeitsstellung durch einen mechanischen Anschlag der Messerwelle 11 im Stutzen 10 begrenzt. Der gesamte Mechanismus für das Verdrehen und den Vorschub der Messerwelle 11 ist im Stutzen 10 untergebracht und an sich bekannt.

In Drehrichtung D der Trommel 20 ist dem Schälmesser 13 ein mechanischer Schaber 15 nachgeschaltet, welcher federnd gegen die Oberfläche des Filters 26 gedrückt ist. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 ist der Schaber 15 durch den geraden Mittelteil eines federnden Drahtbügels 16 gebildet. Die Enden 18 des Drahtbügels 16 sind in einen Halterungsblock 14 eingespannt, welcher mit den Fixierschrauben 19 am Haltearm 12 befestigt ist.

Der Drahtbügel 16 ist durch einen Runddraht von etwa 1 mm bis etwa 5 mm, vorzugsweise etwa 3 mm Durchmesser gebildet. Zur Vermeidung von Beschädigungen des Filters weist der Schaber 15 im Kontaktbereich mit dem Filter 26 nur stumpfe Kanten auf. Das untere Ende des Schabers 15 liegt in der selben Höhe, wie das untere Ende des Schälmessers 13. Die wirksame Länge des Schabers 15 stimmt zumindest angenähert mit derjenigen des Schälmessers 13 überein. Der Mittelteil des Drahtbügels 16 steht im Betrieb in Eingriff mit dem Feststoffrest und ist federnd mit einer Kraft von etwa 5N bis etwa 50N, insbesondere mit etwa 30N gegen das Filter 26 gepresst, um sicher zu gewährleisten, dass die Feststoffrestschicht R vom Filter 26 entfernt wird. Diese Anpresskraft wird im vorliegenden Beispiel durch ein Vorspannen des Drahtbügels 16 erreicht. Durch einfaches Verschieben des Drahtbügels 16 im Halterungsblock 14 ist die Vorspannung veränderbar, somit die Anpresskraft des Schabers 15 einsteilbar. Um die Elastizität zu erhöhen, ist im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 der Drahtbügel 16 knapp vor jedem seiner beiden Einspannenden 18 spiralförmig gebogen ausgebildet.

Selbstverständlich kann der Schaber 15 auch auf einer Feder gelagert sein, welche die Anpresskraft ausübt, oder durch die freie Kante eines blattfederartigen Bleches 27 gebildet sein, wobei die Anpresskraft durch Vorspannen des Bleches 27 erreicht ist. Das Blech 27 kann, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, am vorderen Ende hakenartig nach vorne (in Richtung Schälmesser 13) abgewinkelt sein, so dass der Schaber 15 dort mit einem Winkel a von bis 90° und mehr das Filter 26 bzw. die Feststoffrestschicht R kontaktiert.

In den Fig. 6 bis 9 sind weitere Ausbildungsformen des Schabers 15 dargestellt. Alle umfassen mindestens eine Reihe von längs im Abstand voneinander auf einem Trägerblech 17 angeordneten Blättchen 28, 29, 30, 31, 32, 33. Die vordere freie Kante jedes Blättchens weist nur stumpfe Kanten auf. Bei zwei- und mehrreihiger Anordnung der Biättchen stehen diese auf Lücke. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 sind zwei Reihen von Blättchen 28, 29 rechenzinkenartig quer zur Trommeldrehrichtung D angeordnet. In Fig. 8 stehen zwei Reihen Blättchen 30, 31 schräg zur Drehrichtung D der Trommel 20. Die Anordnung der zwei Reihen von Blättchen 32, 33 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist derart, dass die aufeinanderfolgenden Blätt-chenlängsreihen gegensinnig schräg zur Trommel-drehrichtung D stehen. Die Blättchen 28, 29, 30, 31, 32 und 33 sind vorzugsweise aus Kunststoff, können aber auch aus Metall bestehen, wobei die vordere freie Kante jedes Blättchens vorzugsweise mit Kunststoff beschichtet ist. Die Blättchen können starr ausgebildet sein, wenn das Trägerblech 17 federnd gelagert ist, sie können aber auch selbst federnd ausgebildet sein. Bei mehrreihiger Blättchenanordnung ist die Lage der Blättchen relativ zur Trommeldrehrichtung D nicht nur auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, auch Kombinationen von schräg und quer stehenden Blättchenreihen sind vorgesehen. Dabei können beispielswei-

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se zwei vorderste Reihen gegensinnig schräg angeordneter Blättchen 32, 33 geringerer Höhe hi (im Abstand vom Riter 26 angeordnet) einen pflugartigen auflockernden Effekt auf die Feststoffrestschicht R ausüben, während eine oder mehrere folgende, quer zur Trommeldrehrichtung D angeordnete Reihen von Blättchen 28, 29 grösserer Höhe h2 (im Berührungskontakt mit dem Filter 26) den aufgelockerten Feststoffrest R leicht vom Riter abschaben.

Der in Fig. 10 beispielsweise dargestellte federnde Schaber 15 ist als drehbar gelagerte zylindrische Walze 34 mit archimedesschraubenartigem Schnek-kengang 35 ausgebildet. Die Tiefe t des Schnecken-ganges 35 ist grösser als die Maximaldicke der Feststoffrestschicht R auf dem Filter 26. Die Schnecke 34, 35 wird durch die Anpresskraft oder motorisch in axiale Rotation versetzt. Vorzugsweise erfolgt die Rotation durch einen in der Fig. 10 nicht näher bezeichneten Antrieb entgegen der Trommeldrehrichtung D. Eine ähnliche Ausbildungsform des Schabers 15 sieht vor, dass dieser scheibeneggenartig ausgebildet ist, mit vorzugsweise schräg zur Trommeldrehrichtung D stehenden Scheiben. Die Schnecke 35 und die Scheiben bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, Metall oder kunststoffbeschichtetem Metall.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist der federnde Schaber 15 als rotierbare Bürste 38 ausgebildet. Diese umfasst einen drehbar gelagerten zylindrischen Bürstenkörper 36 mit Borsten 37. Die Länge 1 der Borsten 37 ist grösser als die mögliche Maximaldicke der Feststoffrestschicht R auf dem Filter 26. Der Bürstenkörper 36 ist durch einen in Fig. 10 nicht dargestellten Motor antreibbar. Die Rotation der Bürste 38 erfolgt mit einer Mindestgeschwindigkeitsdifferenz zur umlaufenden Trommel 20 von etwa 4 m/s sowohl in als auch entgegen der Trommeldrehrichtung D. Die Borsten 37 sind aus Kunststoff oder Metall gebildet, wobei die Metallborsten an ihren freien Enden abgerundet sind und vorzugsweise einen Schutzüberzug aus Kunststoff aufweisen.

Anhand der Figuren sind vorstehend mehrere Ausführungsbeispiele für Schaber beschrieben. Selbstverständlich beschränkt sich die erfindungs-gemässe Ausbildung der Rltertrommel nicht nur auf das Nachschalten eines einzelnen Schabers 15. Andere Ausbildungsformen sehen vor, auch mehrere gleichartig oder auch verschieden ausgebildete Schaber 15 hintereinander anzuordnen. Darüber hinaus erlaubt die einfache Halterung 14,19 des mindestens einen Schabers 15 ein schnelles Auswechseln zum Angleich an die Konsistenz unterschiedlicher Rlterkuchen.

Die Rlterzentrifuge wird über den zentralen Füllstutzen 9, welcher feststehend ausgebildet sein kann oder beim Fültvorgang rotieren kann, mit einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch bis zu einer oberen Füllgrenze der mit dem Riter 26 belegten Trommel 20 gefüllt. Danach wird die Trommel 20 über einen an das Kuppiungsstück 4 angekuppelten Antrieb in axiale Rotation mit bis zu 2000 UpM und mehr versetzt. Dadurch wird der Flüssiganteil durch das Riter und die Durchtrittsöffnungen 22 des perforierten Trommelmantels 21 abgeschleudert und gesondert aus dem Schleudergehäuse 1 abgeführt. Der Rlterkuchen F wird durch das Filter 26 zurückgehalten und bildet, wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet, am Filter 26 eine Schicht. Danach wird der Feststoff F bei Schleuderdrehzahl oder auch nach Abbremsen auf die Ausräumdrehzahl von etwa 50 UpM bis etwa 150 UpM mit einer Waschflüssigkeit gewaschen. Nach dem Waschen wird die Messerwelle 11 mit dem Schälmesser 13 in der oberen Endstellung bis zur eingestellten Restschicht (Abstand Schälmesserschneidekante zu Filter 26) eingeschwenkt. Während des Ausräumvorganges wird das Schälmesser 13 axial bis zum Trommelboden vorgeschoben. Das Schälmesser 13 löst den Feststoff F bis auf die voreingestellte Feststoffrestschicht R ab, welche im gleichen Arbeitsgang vom unmittelbar nachgeschalteten, federnd gelagerten Schaber 15 von der Oberfläche des Filters 26 abgeschabt wird. Die abgeschälte und abgeschabte Filterkuchensubstanz fällt durch den trichterförmigen Ausfallschacht 23, wobei die durch die Rippen 24 erzeugte Sogwirkung diesen Austragvorgang noch unterstützt. Durch geeignete Austragvorrichtungen wird der Feststoff F samt Rest R aus dem Schleudergehäuse entfernt, und es kann ein neuer Filtriervorgang eingeleitet werden.

Der grosse Vorteil der erfindungsgemässen Filterzentrifuge liegt in der zeitsparenden, umweltfreundlichen Ausräumung des gesamten Feststoffes F samt dem Feststoffrest. Verdichtungen des Feststoffrestes R treten nicht mehr auf, der Wirkungsgrad der Filterzentrifuge bleibt erhalten. Das Abschaben des Feststoffrestes R erfolgt bereits während des Ausräumungsvorganges unter grösst-möglicher Schonung des Filters 26, so dass lange Stehzeiten der Anlage und Geruchsbelästigungen durch Abschaben und sogar oftmaliges Auswechseln des Filters 26 bei geöffnetem Deckel 2 vermieden werden.

Nachzutragen sei noch, dass derartige Filterzentrifugen aus massiven Gussstahl- und Edelstahlkomponenten bestehen. Übliche Trommeldurchmesser liegen zwischen etwa 300 mm und etwa 2000 mm. Das Fassungsvermögen der Trommeln reicht von etwa 201 bis etwa 10001.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Filterzentrifuge, welche ein mit einem Deckel (2) verschliessbares zylindrisches Schleudergehäuse (1), eine koaxial innerhalb des Schleudergehäuses (1) drehbar gelagerte zylindrische Trommel (20), deren Mantel (21) siebartig perforiert und innen mit einem Filter (26) abgedeckt ist, und ein achsparalleles Schälmesser (13) umfasst, welches sich in seiner Arbeitsstellung knapp vor der Filterober-fiäche befindet und über die gesamte Trommeihöhe verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schälmesser (13) in Drehrichtung (D) derTrommel (20) mindestens ein mechanischer Schaber (15) nachgeschaltet ist, welcher federnd in Berührungskontakt mit der Oberfläche des Filters (26) gedrückt ist.

   2. Rlterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge-

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   kennzeichnet, dass die wirksame Länge des Schabers (15) mit derjenigen des Schälmessers (13) zumindest angenähert übereinstimmt.

   3. Filterzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende des Schabers (15) in der selben Höhe angeordnet ist, wie das untere Ende der Schneide des Schälmessers (13).

   4. Filterzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber (15) mit einer Kraft von 5N bis 50N, insbesondere mit etwa 30N gegen das Filter (26) ge-presst ist.

   5. Filterzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber (15) auf einer Feder gelagert ist.

   6. Filterzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber (15) und das Schälmesser (13) an einem gemeinsamen Haltearm (12) befestigt sind.

   7. Filterzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber (15) im Kontaktbereich mit dem Filter (26) stumpfe Kanten aufweist.

   8. Filterzentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaber (15) durch den geraden Mittelteil eines U-förmigen federnden Drahtbügels (16) gebildet ist.

   9. Filterzentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbügel (16) knapp vor jedem seiner beiden Einspannenden (18) spiralförmig gebogen ausgebildet ist.

   10. Filterzentrifuge nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbügel (16) durch einen Runddraht von 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise etwa 3 mm Durchmesser gebildet ist.

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