DE10106638A1

DE10106638A1 - Zentrifuge zur kontinuierlichen Naßklassierung

Info

Publication number: DE10106638A1
Application number: DE2001106638
Authority: DE
Inventors: Joachim Werther; Ernst-Ulrich Hartge; Bernhard Schult; Jens Schmidt
Original assignee: TUHH Technologie GmbH
Current assignee: Tutech Innovation GmbH
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Naßklassierung und Gegenstromwäsche, insbesondere im Feinstkornbereich. Die Zentrifuge ermöglicht eine Naßklassierung bzw. Wäsche im Feinstkornbereich unter kontinuierlichen Bedingungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Naßklassierung und Gegenstromwäsche, insbesondere im Feinstkornbereich.

Die Gewinnung und Verarbeitung von Materialien im Feinstkorn bereich ist von zunehmender Bedeutung für viele industrielle Prozesse. So werden beispielsweise bei der Pigmentherstellung sowie bei der Erzeugung hochwertiger keramischer Materialien sehr feine und einheitliche Körnungen verlangt. Auch die Ge winnung eng miteinander verbundener Minerale verlangt einen Aufschluß im Feinstkornbereich. Die geforderten feinen Korn größen werden üblicherweise durch Zerkleinerung in Mühlen erzeugt. Anschließend erfolgt dann die Auftrennung des in ei ner weiten Korngrößenspanne anfallenden Materials in Fraktio nen mit jeweils möglichst enger Partikelgrößenverteilung (Klassierung).

Darüber hinaus ist auch die Abtrennung einer Feinstkornfrak tion bei der Reinigung von partikelhaltigen Gütern, bei spielsweise kontaminierten Böden oder feinkörnigen Materia lien, die mit Chemikalien vorbehandelt wurden, wünschenswert, da diese Fraktion aufgrund ihrer vergleichsweise großen Ober fläche häufig besonders stark mit unerwünschten Stoffen bela stet ist. Daher muß die Trenngrenze bei möglichst kleinen Korngrößen (< 20 µm) liegen und die Trennschärfe muß mög lichst hoch sein, um einen möglichst großen Anteil von ge reinigtem (gröberem) Material zu erhalten. Nach bisher übli chen Methoden erfolgt die Abtrennung der hochbelasteten Feinstkornfraktion bei einer Korngröße von etwa 70 µm.

Während bei Trockenprozessen eine Klassierung heute schon im Bereich weniger Mikrometer mit Hilfe von Sichtern vorgenommen werden kann, bereitet dies bei Naßprozessen nach wie vor Schwierigkeiten. Die Naßklassierung, die beispielsweise mit Hilfe von Hydrozyklonen durchgeführt werden kann, ist hin sichtlich der Trennschärfe, der Trenngrenze und des Feingut ausbringens häufig unbefriedigend. Da in vielen Bereichen eine trockene Zerkleinerung nicht durchführbar ist, ist es von großem Interesse, die Effizienz von Naßklassierungsver fahren zu verbessern.

Die Naßklassierung im Feinstkornbereich erfolgt heutzutage überwiegend in Hydrozyklonen. Daneben werden in geringem Um fang auch Vollmantelzentrifugen, sogenannte Dekanter oder Ro torklassierer, eingesetzt.

Die Aufstromklassierung in einem vertikalen Strömungsrohr ist eine Form der Naßklassierung. Hierbei findet die Auftrennung im Schwerefeld der Erde statt, wobei durch einen nach oben gerichteten Flüssigkeitsstrom ein Gleichgewicht zwischen der Sinkgeschwindigkeit von Partikeln und der Aufstromgeschwin digkeit derart hergestellt wird, daß Partikel mit geringerer Sinkgeschwindigkeit mit dem Flüssigkeitsstrom ausgetragen werden.

Um die Effizienz dieser Methode zu erhöhen, ist man dazu übergangen, statt des Erdschwerefeldes ein Zentrifugalfeld zu verwenden. Für eine Klassierung muß eine zentripetale, also gegen die Fliehkraft gerichtete, Radialströmung nach innen zur Rotorachse erzeugt werden. Die Trennung wird durch Gleichgewichtseinstellung zwischen der Sinkgeschwindigkeit des Trennkorns und der Radialgeschwindigkeit der Flüssigkeit erreicht. Zur Trennung von Partikeln kommt es, weil deren Sinkgeschwindigkeit w_s wesentlich von ihrem Durchmesser dp sowie von ihrer Dichte ρ_s abhängig ist, wie die folgende Gleichung zeigt:

Hierbei ist ρ_f die Dichte des flüssigen Mediums, η die dyna mische Viskosität des Mediums, ω die Winkelgeschwindigkeit und r der Radius (von der Mitte der Rotorachse aus betrach tet). Aus Gleichung (1) geht hervor, daß Partikelgemische mit Partikeln von im wesentlichen einheitlicher Dichte überwie gend durch den Unterschied in der Partikelgröße in verschie dene Fraktionen aufgeteilt (klassiert) werden. Dies gilt ins besondere, da das Quadrat des Partikeldurchmessers in die Sinkgeschwindigkeit eingeht. Eine Trennung von Partikelgemi schen mit Partikeln unterschiedlicher Dichte, aber ver gleichsweise einheitlicher Größenverteilung, ist aber ebenso möglich.

Die Strömungsgeschwindigkeit _fluid des zentripetalen Flüssig keitsstroms (Fluidstroms) ergibt sich aus dem Volumenstrom der in radialer Richtung strömenden Flüssigkeit und der durchströmten Fläche der Trennkammer (Klassierkammer):

Dabei bedeutet B(r) die Breite bzw. Höhe der Klassierkammer im Querschnitt beim Radius r. Der Volumenstrom kann dabei aus Teilströmen zusammengesetzt sein.

Damit ergibt sich zur Beschreibung der Trennbedingung von Partikeln im Gleichgewichtszustand, d. h. im Fall, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms gleich der Sinkge schwindigkeit ist, folgende Gleichung:

Der Partikeldurchmesser dp wird hierbei als Trennkorndurch messer, die Dichte ρ_s als Trennkorndichte bezeichnet. Unter einem Trennkorn wird ein Partikel verstanden, das den Trennkorndurchmesser oder die Trennkorndichte aufweist. Der Trenn korndurchmesser oder die Trennkorndichte werden auch als Trenngrenze definiert, wobei Partikel oberhalb der Trenn grenze eine Sinkgeschwindigkeit oberhalb der Strömungsge schwindigkeit des Fluidstroms aufweisen. Unter Partikeln im Feinstkornbereich werden hier Partikel verstanden, deren Sinkgeschwindigkeit in Wasser im Erdschwerefeld niedriger ist als etwa 0,4 mm/s. Bei Quarzpartikeln in Wasser entspricht eine Sinkgeschwindigkeit von 0,35 mm/s beispielsweise einem Durchmesser von etwa 20 µm.

Zentrifugen zur Aufstromklassierung (kurz "Aufstromzentri fugen" genannt) wurden erstmals von Colon, F. et al. (1970), "Centrifugal elutriation of particles in liquid suspension", In: Groves, Wyatt-Sargent (Hrsg.), Particle Size Analysis, Society of Analytical Chemistry, Bradford 09.-11.09.1970, S. 42-52, beschrieben. Detailliertere Untersuchungen wurden spä ter von Priesemann, C. (1994) "Naßklassierung in einer Auf stromzentrifuge", Dissertation, Technische Universität Claus thal, und Timmermann, D. (1998) "Kontinuierliche Naßklassie rung in einer Aufstromzentrifuge im Feinstkornbereich", Dis sertation, Technische Universität Clausthal, durchgeführt.

Bekannte Aufstromzentrifugen weisen vielfältige Nachteile auf. So ist die Strömungsverteilung häufig nicht homogen, was zu einer Verminderung der Trenneffizienz führt. Es wird hier bei häufig keine für eine wirkungsvolle Trennung notwendige homogene Wirbelschicht, sondern eine sogenannte Strahlschicht (englisch: spouted bed) erzeugt. Darüber hinaus sind diese Zentrifugen meist nicht für den kontinuierlichen, sondern nur für den Satzbetrieb geeignet. Die von Timmermann (1998) be schriebene Zentrifuge ist zwar für den kontinuierlichen Be trieb ausgelegt, weist aber den Nachteil auf, daß der Grob gutaustrag zur Rotorachse hin mit Hilfe von Pumpen bewerk stelligt werden muß. Dabei muß die Strömungsgeschwindigkeit in den Abzugsrohren immer über der Sedimentationsgeschwindigkeit der Partikel im Grobgut liegen, um einen Austrag der Partikel zu ermöglichen. Dadurch ist eine flexible Einstel lung der Betriebsbereiche nicht mehr möglich. Darüber hinaus ist bei der Absaugung des Grobgutes mittels Pumpen nicht zu vermeiden, daß auch ein gewisser Anteil Feingut mit angesaugt wird, was sich negativ auf die Trennleistung auswirkt. Zudem verursacht der Einsatz von Pumpen bei einer solchen Aufstrom zentrifuge vergleichsweise hohe Kosten und macht sie auch anfälliger für Betriebsstörungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Naß klassierung bzw. Wäsche von Partikelmischungen im Feinstkorn bereich unter kontinuierlichen Bedingungen zu ermöglichen, die prozeßstabil ist, relativ geringe Kosten verursacht und gleichzeitig eine hohe Trennschärfe erzielt.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Zentrifuge mit einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorachse, einem um die Rotorachse drehbaren Rotor, mindestens einer Zuführungsleitung für ein Aufgabemedium und mindestens einer Zuführungsleitung für ein Zusatzmedium, wobei der Rotor einen Rotorraum mit einer äuße ren Kammer und einer sich zur Rotorachse hin im Querschnitt kontinuierlich erweiternden inneren Kammer, einen Verteiler boden zwischen der äußeren Kammer und der inneren Kammer, mindestens eine Bohrung für die Zuführungsleitung des Aufga bemediums, mindestens eine Bohrung für die Zuführungsleitung des Zusatzmediums, mindestens eine Bohrung für den Feingut austrag und mindestens eine Bohrung für den Grobgutaustrag aufweist, und wobei ein Flußbegrenzungsmittel vorgesehen ist, das den Grobgutaustrag ohne Störung der Wirbelschicht ermög licht.

Die erfindungsgemäße Zentrifuge ermöglicht die Realisierung einer Flüssig-Feststoff-Wirbelschicht mit einer homogenen Strömungsverteilung. Dies wird im wesentlichen dadurch be werkstelligt, daß allein der im Rotor aufgebaute hydrostatische Druck ausgenutzt wird, um den Grobgutaustrag zu bewir ken. Eine Störung der Wirbelschicht wird vermieden. Zur Einstellung des Grobgutstroms ist ein Flußbegrenzungsmittel, bevorzugt ein Nadelventil, vorgesehen. Durch entsprechende Einstellung des Ventils ist eine exakte Regulierung des Grob gutstrom realisierbar. Der Grobgutaustrag erfolgt dabei be vorzugt kontinuierlich. Ebenso ist es aber auch möglich, das Grobgut diskontinuierlich, beispielsweise auch mit Hilfe eines Automatikventils, abzuziehen. Durch den Verzicht auf Pumpen für den Grobgutaustrag, ist die Zentrifuge vergleichs weise kostengünstiger und betriebsstabiler als bisherige Zentrifugen.

Eine Regulierung der Trennbedingungen kann durch Einstellung des Fluidstroms und/oder der Sinkgeschwindigkeit der Partikel erfolgen. Die Sinkgeschwindigkeit der zu trennenden Partikel ist durch Einstellung der Rotordrehzahl und somit der resul tierenden Fliehkraft einstellbar. Der zentripetale Fluidstrom setzt sich aus dem Strom des Zusatzmediums _klass, dem Strom des Aufgabemediums _sus sowie dem Grobgutstrom _Grob wie folgt zusammen:

= _sus + _klass - _Grob (4)

Somit ist auch der Fluidstrom durch Variieren des Zusatzmedi enstroms (Klassierwasserstroms), des Aufgabemedienstroms (Suspensionsstroms) und/oder des Grobgutstroms einstellbar.

Zwischen der äußeren (von der Rotorachse betrachtet) und der inneren Kammer des Rotorraums ist ein Verteilerboden vorgese hen. In der inneren Kammer (Klassierkammer) findet die ei gentliche Klassierung der Partikel statt, während in die äu ßere Kammer das Zusatzmedium zur Erzeugung des Aufstroms geführt wird. Der Verteilerboden, der beispielsweise als Keramikfritte oder auch als Lochboden aus Kunststoff oder Me tall ausgebildet sein kann, verhindert die Ablagerung von Grobgut im äußeren Rotorbereich. Darüber hinaus sorgt er durch den Druckverlust für eine Vergleichmäßigung des Fluid stroms über den Querschnitt der Klassierkammer.

In einer Ausführungsform der Erfindung erweitert sich die Klassierkammer in einer Weise, daß der Öffnungswinkel α zwi schen der Klassierkammerwand und dem in Höhe des Verteilerbo dens am Rand der Klassierkammer errichteten Lot höchstens 10°, bevorzugt höchstens 6°, beträgt. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Bildung einer sogenannten Strahl schicht (spouted bed) vermieden werden kann. Eine solche Strahlschicht entsteht, wenn ein Flüssigkeitsstrahl lanzenar tig in die Wirbelschicht eindringt und an den Rändern der Klassierkammer in entgegengesetzter Richtung wieder zurück strömt. Der Öffnungswinkel α ergibt sich aus der Breite der Klassierkammer (bzw. der Breite der Wirbelschicht) in Höhe des Verteilerbodens und der Breite der Klassierkammer in Höhe des achsennahen Endes der Wirbelschicht (in der Regel also in Höhe des Feingutaustrags).

In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Klassierkammer breite, besonders bevorzugt im Bereich zwischen dem Vertei lerboden und der Bohrung für den Feingutaustrag, zur Rotor achse hin quadratisch zu. Dies ist vorteilhaft, um zu errei chen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms zur Rotorachse hin in gleichem Maße abnimmt wie die Sinkgeschwin digkeit der Partikel. Die Sinkgeschwindigkeit der Partikel nimmt gemäß Gleichung (1) linear mit abnehmendem Radius ab. Nach Gleichung (2) ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit bei einem Radius r über das Produkt aus dem durchströmtem Um fang und der Breite der Klassierkammer. Unter Gleichgewichts bedingungen ist die Trenngrenze umgekehrt proportional zum Produkt r√B(r) (s. Gleichung 3). Damit ergibt sich eine mit abnehmendem Radius quadratisch zunehmende Klassierkammer breite:

B_a ist hierbei die Breite der Klassierkammer (bzw. der Wir belschicht) am Verteilerboden, r_a der Radius in Höhe des Ver teilerbodens.

Durch einen Wandverlauf der Klassierkammer, der die Vorgabe hinsichtlich der Klassierkammerbreite gemäß Gleichung (5) berücksichtigt, wird also erreicht, daß über den gesamten Be reich der eigentlichen Klassierzone in der inneren Kammer ein Gleichgewichtszustand für Partikel einer im wesentlichen einheitlichen Partikelgröße, der Trennkorngröße, herrscht. Für diese Partikel ist im Bereich zwischen dem Verteilerboden bis zur Bohrung für den Feingutaustrag die Sinkgeschwindig keit im Zentrifugalfeld gleich der Strömungsgeschwindigkeit des zur Rotorachse gerichteten Fluidstroms. Dadurch ist die Trenngrenze in diesem Bereich unabhängig vom Radius. Es ist beispielsweise aber auch möglich, durch einen oder mehrere Geradenzüge eine Annäherung an den beschriebenen Wandverlauf zu erreichen. Dies kann aus fertigungstechnischen Gründen wünschenswert sein.

Die Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung kann für die Aufstromklassierung, insbesondere im Feinstkornbereich, ein gesetzt werden. Auch eine Trennung von Zellen, beispiels weise von pflanzlichen oder tierischen Zellen sowie von Mi kroorganismen, kann damit erreicht werden. Es ist aber auch ein Einsatz zur Gegenstromwäsche von Suspensionen mit Feinstpartikeln möglich. Mit den gegenwärtig verfügbaren technischen Geräten läßt sich vor allem eine häufig erfor derliche mehrstufige Wäsche aufgrund der geringen Sedimenta tionsgeschwindigkeiten der Feinstpartikel nicht effizient durchführen. Dies wäre bei Einsatz der Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung ohne weiteres möglich. Darüber hinaus ist eine Anwendung auch bei Fest-/Flüssigprozessen, bei denen feine Partikel eine wichtige Rolle spielen, und bei de nen es auf einen intensiven Flüssigkeits-Feststoff-Kontakt ankommt, möglich. Beispiele für solche Prozesse sind Reak tionen, bei denen der Feststoff als Katalysator oder Reak tant dient.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur kontinuierli chen Aufstromklassierung und Gegenstromwäsche, wobei

a) in einem Rotorraum eines Rotors durch Drehung des Rotors um eine Rotorachse ein Zentrifugalkraftfeld ausgebildet und
b) ein Aufgabemedium mit Partikeln unterschiedlicher Sinkge schwindigkeit im Zentrifugalkraftfeld über mindestens eine Zuführungsleitung und eine Bohrung in eine innere Kammer des Rotors geleitet und
c) ein Zusatzmedium über mindestens eine Zuführungsleitung und eine Bohrung in eine äußere Kammer des Rotorraums und in zentripetaler Richtung durch die innere Kammer des Ro torraums geleitet und
d) in der inneren Kammer des Rotorraums eine Wirbelschicht mit einer Feingutzone, die Partikel mit einer Sinkge schwindigkeit enthält, die gleich oder kleiner als die Sinkgeschwindigkeit des Trennkorns ist, und mit einer Grobgutzone, in der Partikel angereichert sind, deren Sinkgeschwindigkeit über der Sinkgeschwindigkeit des Trennkorns liegt, ausgebildet wird, und
e) das Grobgut mittels des in der inneren Kammer aufgebauten hydrostatischen Drucks ausgetragen und der Grobgutstrom mittels eines Flußbegrenzungsmittels eingestellt wird und eine homogene Strömungsverteilung in der Wirbelschicht aufgebaut wird.

Als Flußbegrenzungsmittel wird bevorzugt ein Nadelventil ein gesetzt. Es kann aber auch jedes andere Mittel eingesetzt werden, das geeignet ist, einen Flüssigkeitsstrom ausreichend zu begrenzen. Hier kommen beispielsweise auch Druckminderer, Magnetventile und Düsen in Frage.

Das Verfahren eignet sich zur Abtrennung von Partikeln aus Partikelgemischen, insbesondere von Feinstpartikeln, bei kon tinuierlichem Betrieb. Durch Verzicht auf Pumpen oder son stige Hilfsmittel zur Entfernung des Grobgutes aus der Klas sierkammer ist eine stabile homogene Wirbelschicht erhält lich, was eine hohe Trennschärfe bei hoher Prozeßstabilität ermöglicht. Das Verfahren kann auch zur Trennung von Zellen, beispielsweise von pflanzlichen oder tierischen Zellen (z. B. Blutzellen) sowie von Mikroorganismen, eingesetzt werden. Es ist aber auch zur Wäsche von partikulären Materialien geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Abbildungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Schematische Darstellung des Querschnitts einer Ausführungsform der Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 Detailzeichnung des Querschnitts einer Ausführungs form der Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 Ausschnitt aus Fig. 1.

Fig. 4 Querschnitt eines Ventilmechanismus für den Grobgut austrag

Fig. 5 Experimentell ermittelte Trennkurven für einen Hydrozyklon und die Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Trenngrad T(x) gibt an, welcher Prozentsatz einer bestimmten Partikelgrößenfraktion der Ursprungssuspension in den Grobgutstrom überführt wurde.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Quer schnitts durch eine Ausführungsform der Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 ist eine Detailzeichnung eines solchen Querschnitts wiedergegeben. Die Rotorachse 1, um die der Rotor 2 dreht, ist als Hohlwelle ausgeführt. Der Rotor 2 wird über einen Motor 19 in Rotation versetzt. In die Rotorachse 1 sind Durchführungen 23, 24 eingebracht, über die das Aufgabemedium (die Suspension mit den zu klassierenden Partikeln) und das Zusatzmedium (beispielsweise Wasser oder auch ein anderes Medium) in den Rotorraum 13 geleitet werden. Das Aufgabemedium wird über vier Zuführungsleitungen 4 und Bohrungen 8 etwa in Höhe der Wirbelschichtkante (je nach ein gestellter Höhe der Wirbelschicht 17) aufgegeben. Durch einen umlaufenden Verteilerkanal 18 wird eine Vergleichmäßigung über den Umfang erreicht, ehe die Suspension in die innere Kammer (Klassierkammer) 12 eintritt, um das Strömungsprofil in der Klassierzone so wenig wie möglich zu stören. Gleich zeitig wird ebenfalls durch die Hohlwelle ein variabel ein stellbarer Zusatzmedienstrom (Klassierwasserstrom) aufge geben, der über vier Zuführungsleitungen 5 in die äußere Kammer 11 des Rotorraums 13 eintritt. Hierzu sind in der Rotorwand 15 Bohrungen 9 angebracht. Das Zusatzmedium strömt entgegen der Fliehkraft in die innere Kammer 12 des Rotor raums 13 und vereinigt sich dort mit dem Aufgabemedienstrom. Die Breite der inneren Kammer 12 nimmt kontinuierlich zur Rotorachse 1 hin zu. Aus fertigungstechnischen Gründen wurde der nach Gleichung 5 berechnete optimale Wandverlauf durch einen Geradenzug angenähert. Der Rotor 2 ist zwischen der äußeren Kammer 11 und der inneren Kammer 12 des Rotorraums 13 mit einem Verteilerboden 3 versehen. Der Verteilerboden 3 besteht aus einem porösen Werkstoff (z. B. Kunststoff, Keramik, Sintermetall, etc.) und sorgt für eine über den Querschnitt gleichmäßige Durchströmung der inneren Kammer 12.

Die Wirbelschicht 17 baut sich (in Richtung zur Achse hin) über dem Verteilerboden 3 auf. Unmittelbar über dem Verteilerboden 3 bildet sich eine Grobgutzone 14, in der Grobgutpartikel 21 angereichert sind. Eine in der Rotorwand 15 angebrachte Bohrung 7 dient zum Grobgutaustrag. Der Grobgutaustrag erfolgt durch den hydrostatischen Druck, der im Rotor durch die Zentrifugalkraft aufgebaut wird. Über einen Ventilmechanismus 22 wird ein Grobgutstrom einstell barer Menge abgezogen. Ein Nadelventil 10 dient hierbei zur Feinregulierung des Grobgutaustrags. Im kontinuierlichen Betrieb kann eine gewünschte Grobgutaustragsrate eingestellt werden. Über der Grobgutzone 14 bildet sich eine Feingutzone 32, die Partikel mit Größen oder Dichten kleiner oder gleich der Trennkorngröße oder -dichte enthält. Der Austrag des Feingutes erfolgt mit dem Feingutstrom über ein Überlaufwehr 30 und Bohrungen 6 in der Rotorwand 16.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt von Fig. 1 dargestellt, wobei der Öffnungswinkel α der Klassierkammer 12 bzw. der Wirbel schicht 17 dargestellt ist. Dieser Winkel sollte ≦ 10° sein, um die Bildung einer Strahlschicht zu vermeiden.

In Fig. 4 ist der Ventilmechanismus 22 dargestellt. Dazu wird über einen Kniehebel-Mechanismus ein Nadelventil 10 ge steuert. Der Abzug erfolgt über den hydrodynamischen Druck in der Klassierkammer 12. Die Ansteuerung des Ventils 10 erfolgt wie nachfolgend beschrieben: Über eine Verstellschraube 25 wird über eine Kurvenrolle 26 eine Zug- oder Druckkraft auf ein auf Nadellagern 27 gelagertes mitrotierendes Drehteil 28 erzeugt, welches als Folge dieser Kraft seine horizontale Position auf der Achse ändert. Über Verbinder 29 wird diese Bewegung in radialer Richtung auf die Ventilnadel 31 des Nadelventils 10 umgelenkt, so daß je nach Position des Dreh teils 28 das Nadelventil 10 in feinen Abstufungen geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Dadurch wird eine variable Regelung des Grobgutstroms vorgenommen. Die Regelung erfolgt auf Grundlage der Wirbelschichthöhe, die in ihrer Höhe kon stant gehalten wird. Die Bestimmung der Wirbelschichthöhe er folgt optisch über in die Klassierkammer 12 integrierte Sichtfenster unter Zuhilfenahme einer Kamera oder eines Stroboskops.

Beispiel

Zur Untersuchung der Trenneigenschaften der erfindungsgemäßen Zentrifuge wurden zwei Modellgüter verwendet: Kalksteinmehl 20/90 mit einer Dichte von 2700 kg/m³ (Rheinische Kalkstein werke GmbH) und Quarzmehl (Millisil W12, Quarzwerk GmbH) mit einer Dichte von 2600 kg/m³. Darüber hinaus wurden auch mineralölkontaminierte Böden (B1) und ein Rückstand aus einer industriellen Bodenwäsche (ABU) untersucht.

In Fig. 5 ist exemplarisch für die durchgeführten Experimen te ein Vergleich der Trennkurven für einen Hydrozyklon und die Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Zentrifuge weist gegenüber dem Hydrozyklon eine deutlich bessere Trennschärfe auf. Hier tritt auch der als "fish-hook" bezeichnete Wiederanstieg des Trenngrades im Feinstbereich nicht auf. Dieser Effekt ist bei verschiedenen Trenn- und Klassierverfahren beobachtet worden und wird in der Regel durch Kurzschlußströmungen, turbulente Diffusion und Agglo meration erklärt. Grund für diese gerade im Hinblick auf die Bodenreinigung mit der hohen Kontamination im Feinstbereich wichtige Verbesserung des Trennergebnisses ist die Vermeidung von Störungen der Wirbelschicht und von Bypass-Strömungen, die zu einer Verschleppung von Feingut in das Grobgut führen. Die hohe Trennschärfe und gute Justiermöglichkeit des Trenn schnittes erlaubt eine Fraktionierung der eingesetzten Suspension in scharf abgegrenzte Fraktionen unterhalb 20 µm.

Bezugszeichenliste

1

Rotorachse

2

Rotor

3

Verteilerboden

4

Zuführungsleitung für das Aufgabemedium

5

Zuführungsleitung für das Zusatzmedium

6

Bohrung

7

Bohrung

8

Bohrung

9

Bohrung

10

Flußbegrenzungsmittel

11

äußere Kammer des Rotorraums

12

innere Kammer des Rotorraums (Klassierkammer)

13

Rotorraum

14

Grobgutzone

15

Rotorwand

16

Rotorwand

17

Wirbelschicht

18

Verteilerkanal

19

Motor

20

Feingutpartikel

21

Grobgutpartikel

22

Ventilmechanismus

23

Durchführung für das Aufgabemedium

24

Durchführung für das Zusatzmedium

25

Verstellschraube

26

Kurvenrolle

27

Nadellager

28

Drehteil

29

Verbinder

30

Überlaufwehr

31

Ventilnadel

32

Feingutzone

Claims

1. Zentrifuge zur kontinuierlichen Naßklassierung und Gegenstromwäsche mit einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorachse (1), einem um die Rotorachse (1) drehbaren Rotor (2), mindestens einer Zuführungsleitung (4) für ein Aufgabemedium und mindestens einer Zuführungsleitung (5) für ein Zusatzmedium, wobei der Rotor (2) einen Rotorraum (13) mit einer äußeren Kammer (11) und einer sich zur Rotorachse (1) hin im Querschnitt kontinuierlich erweiternden inneren Kammer (12), einen Verteilerboden (3) zwischen der äußeren Kammer (11) und der inneren Kammer (12), mindestens eine Bohrung (9) für die Zuführungsleitung (5) des Zusatzmediums, mindestens eine Bohrung (8) für die Zuführungsleitung (4) des Aufgabemediums, mindestens eine Bohrung (6) für den Feingutaustrag und mindestens eine Bohrung (7) für den Grobgutaustrag aufweist, und wobei ein Flußbegrenzungs mittel (10) vorgesehen ist, das den Grobgutaustrag ohne Störung der Wirbelschicht (17) ermöglicht.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußbegrenzungsmittel ein Nadelventil ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel α der inneren Kammer (12) kleiner oder gleich 10° ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel α der inneren Kammer (12) kleiner oder gleich 6° ist.

5. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerboden (3) als Keramikfritte oder Lochboden ausgestaltet ist.

6. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der inneren Kammer (12) zur Rotorachse (1) gemäß der Gleichung
zunimmt.

7. Verfahren zur kontinuierlichen Naßklassierung und Gegenstromwäsche, wobei

a) in einem Rotorraum eines Rotors durch Drehung des Rotors um eine Rotorachse ein Zentrifugalkraftfeld ausgebildet und
b) ein Aufgabemedium mit Partikeln unterschiedlicher Sinkgeschwindigkeit im Zentrifugalkraftfeld über mindestens eine Zuführungsleitung und eine Bohrung in eine innere Kammer des Rotors geleitet und
c) ein Zusatzmedium über mindestens eine Zuführungslei tung und eine Bohrung in eine äußere Kammer des Rotorraums und in zentripetaler Richtung durch die innere Kammer des Rotorraums geleitet und
d) in der inneren Kammer des Rotorraums eine Wirbelschicht mit einer Feingutzone, die Partikel mit einer Sinkgeschwindigkeit enthält, die gleich oder kleiner als die Sinkgeschwindigkeit des Trennkorns ist, und mit einer Grobgutzone, in der Partikel angereichert sind, deren Sinkgeschwindigkeit über der Sinkgeschwindigkeit des Trennkorns liegt, ausgebildet wird, und
e) das Grobgut mittels des in der inneren Kammer aufgebauten hydrostatischen Drucks ausgetragen und der Grobgutstrom mittels eines Flußbegrenzungsmittels eingestellt wird und eine homogene Strömungsverteilung in der Wirbelschicht aufgebaut wird.