DE10027958A1 - Zentrifuge mit Siebanordnung und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents
Zentrifuge mit Siebanordnung und Verfahren zu deren BetriebInfo
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Abstract
Eine Zentrifuge, insbesondere Separator, mit einem Zulaufrohr (3) und/oder einem Verteiler (5) zur Einleitung eines Schleudergutes in einen von einer Schleudertrommel (7) begrenzten Schleuderraum (9), in dem eine Siebanordnung angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Siebanordnung derart ausgelegt und angeordnet ist, daß die Strömungsrichtung des Schleudergutes aus dem Verteiler (5) und die Strömungsrichtung von an Siebkörpern der Siebanordnung abgeschiedenen Partikeln gleichgerichtet ist. Bei einem Verfahren zum Reinigen der Zentrifuge wird vorzugsweise ein Kolbenschieber der Zentrifuge geöffnet, so daß eine Rückströmung von Flüssigkeit durch die Siebanordnung Anbackungen und/oder Verunreinigungen löst.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere Separator, nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb.
Eine Zentrifuge der vorstehenden angegebenen Art und ein Verfahren zu deren Betrieb
sind aus der DE 25 29 614 C2 bekannt. Diese Schrift beschreibt eine Vorrichtung zur
kontinuierlichen Rotations-Druckfiltration flüssiger Medien. Unter Filtration im Sinne
dieser Schrift sind sowohl Sieb- als auch Membranfiltrationen sowie Mikro- oder Ul
trafiltrationen zu verstehen. Durch eine hydrostatische Druckdifferenz wird eine Kon
zentratstromkomponente parallel zur Oberfläche des Filters erzeugt, wozu ein hydro
dynamischer Förderdruck im Ringspalt zwischen der Zenrifugentrommel und dem
koaxialen trommelförmigen Filterelement dadurch erzeugt wird, daß die Trommel und
das Filterelement gleichzeitig mit voneinander verschiedenen Drehfrequenzen beaufschlagt
werden. Ohne die unabhängige Relativverdrehbarkeit würde angeblich zwi
schen den Filtern eine nur so wenig effektive stark oberflächenlaminare Querstrom
komponente entstehen, daß dem Fraktionierungsvorgang bereits kurz nach dem Be
ginn der Filtration durch Polarisationseffekte und Porenverschluß zum Erliegen käme.
Die separate Drehbarkeit der Siebtrommel bedingt einen hohen konstruktiven Auf
wand und erhöht damit die Kosten der Zentrifuge in einem erheblichen Maße. Unter
anderem aus diesem Grund hat sich nach einer Erkenntnis der Erfindung die beschrie
bene Lösung in der Praxis nicht durchgesetzt.
Anzumerken ist ferner, daß trotz der relativen Drehbarkeit der Siebtrommel zur
Schleudertrommel des öfteren ein Rückspülen der Membran mit einer Spülflüssigkeit
notwendig ist. Ein derartiges Rückspülen ist aber aufwendig und unterbricht den
Schleudervorgang für einen nicht unbeträchtlichen Zeitraum.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die eingangs beschriebene Zentrifuge derart weiterzu
entwickeln, daß eine konstruktiv einfache Siebanordnung geschaffen wird, bei die
Feststoffe leicht aus dem Siebbereich abströmen können und der Porenverschluß redu
ziert wird. Ferner soll ein vorteilhaftes Verfahren zum Reinigen der Zentrifuge ge
schaffen werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe in Hinsicht auf die Zentrifuge durch den Gegenstand
des Anspruches 1 und in Hinsicht auf das Verfahren durch den Gegenstand des An
spruches 21.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
So wird die Siebanordnung derart ausgelegt und angeordnet, daß die Strömungsrich
tung des Schleudergutes aus dem Verteiler und die Strömungsrichtung von an Siebkörpern
der Siebanordnung abgeschiedenen Partikeln gleichgerichtet ist. Dies bedingt
Vorteile hinsichtlich des störungsfreien Transports, der nicht gegen eine Strömung
erfolgen muß, wie dies bei verschiedenen anderen Konstruktionen der Fall ist. Auch ist
eine separate Drehbarkeit der Siebanordnung relativ zur Trommel wie beim gattungs
gemäßen Stand der Technik nicht mehr erforderlich.
Beispielsweise umfaßt die Siebanordnung mindestens einen - vorzugsweise aber meh
rere - im wesentlichen radial zum Zulaufrohr und/oder Verteiler angeordneten Sieb
teller, der als Membranteller aus Keramik ausgelegt sein kann. Durch die Strömungs
richtung des Schleuder- und Aufgabegutes zwischen den Membrantellern (bzw. an den
Außenseiten des äußersten Membrantellers) nach außen ist die Strömungsrichtung mit
den an der Membran abgeschiedenen Feststoffen, deren Transport durch die Zentrifu
galwirkung nach außen erfolgt, gleich gerichtet.
Bevorzugt ist ein Kolbenschieber zum Verschließen der Schleudertrommel vorgesehen
und/oder es wird eine feststoffangereicherte Phase aus einem Feststoffraum der
Schleudertrommel über Öffnungen - vorzugsweise Düsen - im Außendurchmesser des
Feststoffraumes und/oder über Kanäle/Bohrungen zum Schleudertrommelkopf hin ab
geleitet. Zu einer derartigen Ableitung mittels Düsen am Kolbenschieber sei auf die
DE 22 14 487 verwiesen.
Zur Reinigung wird wie auch zum Ableiten der Feststoffeder Schleuderraum - insbe
sondere durch Öffnen des Kolbenschiebers - geöffnet, so daß an dem Sieb angesetzte
und/oder angelagerte Feststoffe und/oder Verunreinigungen (und u. U. auch Verstop
fungen, Anbackungen) durch die (vom Kolbenschieber freigegebene(n)) Öffnung(en)
abgeleitet werden.
Ein Vorteil dieser Reinigung ist darin zu sehen, daß sie ohne den zusätzlichen Einsatz
einer Spülflüssigkeit durchgeführt werden kann und daß erst nach einem relativ langen
Betrieb ein Spülen mit einer Spülflüssigkeit erforderlich ist.
Hervorzuheben ist noch, daß es aufgrund der modernen Steuerungstechnik möglich
ist, den Entleerungsmechanismus sehr genau zu steuern und derart auch die Reini
gungseffekte in einer gewünschten Art und Weise zu kontrollieren. Hierdurch wird
eine hohe Standzeit des Membraneinsatzes erreicht, ohne daß verstopfungsbedingt ein
Produktionsstop erforderlich ist. Durch die Schnelligkeit des Entleerungsmechanismus
und die mögliche Regelung des Austragsvolumens kann die Intensität des Reinigungs
effektes produktabhängig gesteuert werden.
Als weitere Variante der Erfindung ist die Ableitung des Konzentrats über einen
Scheideteller oder Röhrchen, Kanäle und Düsen außerhalb des Membraneinsatzes
denkbar. Dieses kann produktabhängig zur Verlängerung der Rückspülungsabstände
(Entleerungsabstände) führen. Auch eine Automatisierung der Entleerungszeitpunkt ist
durch Überwachung der dort abgeleiteten Phase möglich.
Als weitere Alternative ist die Abfuhr eines Teilstromes des Konzentrats über Düsen
denkbar.
Anstelle eines Kolbenschiebers kann auch ein analog funktionierender, diskontinuier
lich arbeitender Öffnungsmechanismus angewendet werden.
Die Membranteller können sowohl einzeln als auch als vormontierte Einheit in die
Schleudertrommel montiert werden. Letzteres bietet naturgemäß Vorteile bei der
Montage/Demontage.
Die Erfindung kombiniert insbesondere in einfacher Weise die an sich bekannte Tech
nologie moderner Kolbenschieberseparatoren mit der Idee eines Membrantellereinsat
zes und schafft derart eine Art "Membranseparator".
Bevorzugt weist der Feststoffsammelraum eine doppelt konische Form auf.
Die Erfindung schafft insbesondere auch ein Verfahren zum Reinigen einer erfin
dungsgemäßen Zentrifuge, bei welchem zum Reinigen des Siebes vorzugsweise ein
Kolbenschieber der Zentrifuge geöffnet wird, so daß eine Rückströmung von Flüssig
keit durch das Sieb Anbackungen und/oder Verunreinigungen des Siebes löst.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zentrifuge;
Fig. 2a und 2b zwei winklig zueinander versetzte Schnitte durch den Bereich der
Membrantellersiebe.
Fig. 1 zeigt einen Separator 1 mit einem Zulaufrohr 3, das in einen Verteiler 5 mündet,
der zur Einleitung eines Schleudergutes in einen von einer Schleudertrommel 7 be
grenzten, doppelt konisch ausgelegten Schleuderraum 9 dient, der mit einer Sie
banordnung 11 - auch Membraneinsatz genannt - aus einem Keramikwerkstoff verse
hen ist.
Die Siebanordnung 11 wird nach Fig. 1 aus drei axial zueinander beabstandeten, sich
radial zum Zulaufrohr 3 und dem Verteiler 5 erstreckenden Membrantellern 13 gebil
det. Fig. 2a und b zeigt die Membranteller, die jeweils auf Distanzringen 15 angeord
net sind, welche den Verteiler 5 umgeben und aus zwei axial voneinander beabstan
deten Membranscheiben 13a, 13b bestehen, welche jeweils im Bereich ihres Außenumfanges
über einen Distanzring 17 miteinander verbunden sind. Zwischen den Mem
brantellern 13 sind Ringspalte 19 ausgebildet. Die Membranscheiben 13a, 13b werden
jeweils an den einander zugewandten Seiten jedes Membrantellers 13 durch Stützringe
21 stabilisiert.
Im vorliegenden Fall sind nach Fig. 1 rein beispielhaft drei Membranteller 13 vorgese
hen. Aus Fig. 2 wird aber deutlich, daß auch eine größere Anzahl an Membrantellern
13 bei entsprechender Auslegung des Verteilers 5 des Separators 1 vorgesehen sein
kann.
Der Verteiler 5 weist in seiner Wandung 23 radial ausgerichtete Bohrungen 25 auf,
welche in mindestens einen vertikal zum Verteiler 5 an dessen Außenumfang verlau
fenden Kanal 27 münden, der wiederum über Bohrungen/Kanäle 29 zwischen den Di
stanzringen 15 in die Ringspalte 19 zwischen den Membrantellern 13 mündet. Zwi
schen den Distanzringen 15 liegen Dichtungen 30 wie O-Ringe, Flachdichtungen. Es
ist auch möglich, die Distanzringe 15 ohne Dichtungen direkt aufeinander zu legen
und eine metallische Dichtheit zu erzeugen.
Die Distanzringe 15 sind nach dem winklig zur Fig. 2a versetzten Schnitt der Fig. 2b
ferner mit winklig zu den Membrantellern 13 nach oben verlaufenden Ableitkanälen
31 versehen, welche den Ringraum 33 zwischen zwei zueinander gehörigen Membran
scheiben 13a, 13b der Membranteller 13 mit einem vertikal in den Distanzringen 15
ausgebildeten Ableitkanal 35 für Flüssigkeit verbinden. Die Distanzringe 15 sind mit
tels Dichtungen 30 relativ zueinander abgedichtet. Die Kanäle 31, 35 sind hydraulisch
getrennt zu den Zuleitkanälen 29 ausgebildet.
Im Bereich der Innenwandung der Schleudertrommel 7 kann ein Ableitsystem 37 zum
Ableiten der festeren, aber noch fließfähigen Phase angeordnet sein.
An sich bekannte Kolbenschieber 39 ermöglichen im Übrigen das Ableiten von Fest
stoffen aus der Trommel durch radial nach außen führende Bohrungen 41 oder Schlit
ze in der Schleudertrommel 7.
Die Funktion dieser Anordnung ist wie folgt.
Schleudergut tritt durch das Zulaufrohr 3 und der Verteiler 5 und dessen Bohrungen 25
in den Kanal 27 und durch die Bohrungen/Kanäle 29 zwischen den Distanzringen 15
in die Ringspalte 19 zwischen den Membrantellern 13.
Von hier strömt das Schleudergut radial nach außen, wobei ein Teil des Schleudergu
tes in die Membranteller 13 eintritt, so daß ein Teil des Schleudergutes im Membran
tellerbereich geklärt wird (Pfeile P). Durch die Kanäle 31 und 35 wird dieser Anteil
der flüssigen Phase abgeleitet.
Der restliche Anteil des Schleudergutes (Feststoffe) tritt radial nach außen aus den
Membrantellern Distanzringen in den Schleuderraum 9 durch die vorstehend beschrie
benen Ableitsysteme kann abhängig vom Produkt die Feststoffphase abgeleitet wer
den. Durch die Strömungsrichtung des Schleuder- und Aufgabegutes zwischen den
Membrantellern (bzw. an den Außenseiten des äußersten Membrantellers) nach außen
ist die Strömungsrichtung mit den an der Membran abgeschiedenen Feststoffen nach
außen gleich gerichtet (Pfeil F).
Beim Öffnen des Kolbenschiebers 39 werden die Feststoffe aus dem Feststoffsammel
raum nach außen geleitet. Hierbei entsteht eine starke Strömung auch aus den Zwi
schenräumen 33 der Membranteller nach außen, wodurch an den Membrantellern 13
angelagerte Feststoffe gelöst und ebenfalls durch die Kolbenschieberöffnungen 41
nach außen geleitet werden.
Die Strömungsverhältnisse sind durch die Pfeile P sowie A (Ablauf Feststoffphase), F
(Strömungsrichtung), E (Entleerungsphase) und Z (Zulauf) dargestellt.
1
Separator
3
Zulaufrohr
5
Verteiler
7
Schleudertrommel
9
Schleuderraum
11
Siebanordnung
13
Membranteller
15
Distanzring
17
Distanzring
19
Ringspalte
21
Stützringe
23
Wandung
25
Bohrungen
27
Kanal
29
Bohrungen/Kanäle
30
Dichtungen
31
Ableitkanäle
33
Ringraum
35
Ableitkanal
37
Ableitsystem
39
Kolbenschieber
41
Bohrungen
Z Pfeil (Zulauf)
A Pfeil (Ablauf Feststoffphase)
F Pfeil (Strömungsrichtung)
E Pfeil (Entleerungsphase)
P Pfeil
Z Pfeil (Zulauf)
A Pfeil (Ablauf Feststoffphase)
F Pfeil (Strömungsrichtung)
E Pfeil (Entleerungsphase)
P Pfeil
Claims (21)
1. Zentrifuge, insbesondere Separator,
- a) mit einem Zulaufrohr (3) und/oder einem Verteiler (5) zur Einleitung eines Schleudergutes in eine Siebanordnung (11), die in einem von einer Schleu dertrommel (7) begrenzten Schleuderraum (9) angeordnet ist,
- a) die Siebanordnung (11) derart ausgelegt und angeordnet ist, daß die Strö mungsrichtung des Schleudergutes aus dem Verteiler (5) und die Strö mungsrichtung von an Siebkörpern der Siebanordnung abgeschiedenen Par tikeln gleichgerichtet ist.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Siebanordnung mindestens einen im wesentli
chen radial zum Zulaufrohr (3) und/oder Verteiler (5) angeordneten Siebteller
(13) aufweist.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sie
banordnung eine Mehrzahl axial zueinander versetzter Siebteller (13) aufweist.
4. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Siebteller als Membranteller (13) ausgelegt sind.
5. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranteller (13) aus Keramik bestehen.
6. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranteller (13) mindestens zwei axial beabstandete, nach außen
gegeneinander abgedichtete Membranscheiben (13a, 13b) aufweisen.
7. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Membrantellern (13) Ringspalte (19) ausgebildet sind.
8. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranscheiben (13) jeweils im Bereich ihres Außenumfanges
und/oder im Bereich ihres Innendurchmessers über mindestens einen Distanz
ring (15, 17) miteinander verbunden sind.
9. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Innendurchmesser liegenden Distanzringe (15) Bohrungen (31, 35)
zur Ableitung geklärter Flüssigkeit aufweisen.
10. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Innendurchmesser liegenden Distanzringe (15) Kanäle (29) zur Zu
leitung des Aufgabegutes zwischen die Membranteller (13) aufweisen.
11. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Innendurchmesser liegenden Distanzringe (15) dichtungsfrei direkt
übereinander liegen.
12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen den am Innendurchmesser liegenden Distanzringen (15) Dichtungen (30)
angeordnet sind.
13. Zentrifuge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den
am Innendurchmesser liegenden Distanzringen (15) angeordneten Dichtungen
(30) Flachdichtungen oder O-Ringe sind.
14. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteiler (2) in seiner Wandung (23) Bohrungen (25) aufweist, welche
direkt oder über weitere Bohrungen/Kanäle (29) in die Ringspalte (19) zwi
schen den Membrantellern (13) münden.
15. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die am Innendurchmesser liegenden Distanzringe (15) mit Ableitkanälen
(31) versehen sind, welche einen Ringraum (33) zwischen den Membranschei
ben (13a, 13b) der Membranteller (13) mit einem Ableitsystem (37) zum Ab
leiten flüssiger Phase verbinden.
16. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ableitkanäle (31, 35) hydraulisch getrennt zu den Zuleitkanälen (29)
ausgebildet sind.
17. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kolbenschieber (39) zum Verschließen der Schleudertrommel (7) vor
gesehen ist.
18. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine feststoffangereicherte Phase aus einem Feststoffraum (9) der Schleu
dertrommel (7) über Öffnungen (41) im Kolbenschieber (39) durch Öffnen der
Kolbenschieber diskontinuierlich ableitbar ist und/oder über Kanäle
(37)/Bohrungen oder Düsen im Außenbereich des Schleuderraumes (9) konti
nuierlich abgeleitet wird.
19. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen (41) im Kolbenschieber (39) düsenartig ausgelegt sind.
20. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranteller (13) einzeln oder zu mehreren als vormontierte Einheit
ausgebildet und in die Schleudertrommel (7) eingesetzt sind.
21. Verfahren zum Reinigen einer Zentrifuge nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigen der Siebanordnung vor
zugsweise ein Kolbenschieber der Zentrifuge geöffnet wird, so daß ein Rück
strömen von Flüssigkeit durch die Siebanordnung Anbackungen an der Sie
banordnung und/oder Verunreinigungen aus derselben löst.
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