DE10135317A1 - Umlenkring für eine selbstaustragende Zentrifuge - Google Patents

Umlenkring für eine selbstaustragende Zentrifuge

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Abstract

Es wird ein Pasten-Umlenkring mit ringförmiger Prallwand (2) für eine selbstaustragende Zentrifuge (1) und eine selbstaustragende Zentrifuge (1) beschrieben. In dem Umlenkring beträgt der Anstellwinkel alpha der Tangenten der dem Austragsschlitz (3) der Zentrifuge (1) gegenüberstehenden Prallwand (2) des Umlenkringes (4) zur Horizontalen über die gesamte Öffnungsbreite des Austragsschlitzes (3) gesehen von 3 bis 60 DEG .

Description

  • Die Erfindung betrifft Ausrüstungen zur Trennung von Flüssigkeiten und Feststoffen in Zentrifugen, insbesondere Tellerseparatoren mit selbsttätigem Austrag. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Pasten-Umlenkring mit ringförmiger Prallwand für eine selbstaustragende Zentrifuge und die selbstaustragende Zentrifuge.
  • Tellerseparatoren sind Zentrifugen, ausgerüstet mit einem zentralen Zulauf für die Suspension, in der Trommel befindlichen konischen Tellern, welche durch die vorhandene Fliehkraft und die kurzen Sedimentationswege als Abscheider für feine Partikeln dienen. Die abgeschiedenen Partikeln gleiten entlang der Teller in den Feststoffsammelraum zum größten Durchmesser der Trommel hin. Die geklärte Flüssigkeit wird über ein Überlaufwehr drucklos oder mittels eines als Pumpenlaufrad ausgebildeten sogen. Greifers unter Druck abgeführt.
  • Für geringe Feststoffgehalte sind Tellerseparatoren mit geschlossener Trommel im Einsatz, welche von Hand ausgeräumt werden müssen. Für höhere Feststoffgehalte sind die Trommeln mit einem Entleersystem, ausgerüstet, welches es gestattet, den gesamten Trommelinhalt mit Feststoff und Flüssigkeit als Schlamm auszutragen.
  • Es sind Tellerseparatoren mit stehender oder hängender Trommel bekannt.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 46 535 A1 ist eine Zentrifuge mit hängender Trommel bekannt, bei der zum Auffangen des Feststoffes unterhalb der Trommel ein Schlauchbeutel eingesetzt ist. Der Behälter der Zentrifuge ist im Bereich der Ausschleuderzone der Trommel zylindrisch ausgeführt.
  • Dies hat den Nachteil, dass die ausgeschleuderten Feststoffe im Bereich der Ausschleuderzone hängen bleiben können und ein zentrales Sammeln der Feststoffe nicht möglich ist.
  • Bekannt ist auch, dass bei gut fließenden Feststoffpasten durch Realisierung einer äußerst kurzen Trommelöffnungszeit sogen. Teilentschlammungen möglich sind, die eine höhere Feststoffkonzentration in der ausgetragenen Paste zulassen.
  • In letzter Zeit wurde versucht, durch Abziehen des flüssigen Anteils in der Trommel vor der Entleerung eine hochkonzentrierte Paste zu erzeugen und diese durch einen größeren als bisher üblichen steuerbaren Spalt auszutragen.
  • Systembedingt geschieht der Pastenaustrag unter Zentrifugalbeschleunigung in horizontaler Richtung auf einem kreisförmigen Umfang und könnte in einem ringförmigen Behälter aufgefangen werden. Wünschenswert ist allerdings ein Sammeln der Paste in einem unter der Trommel befindlichen Behälter. Dies ist vorzugsweise bei einer Zentrifugenausführung mit hängender Trommel möglich. Die Paste muss dann von horizontaler Richtung nach unten in den Behälter umgelenkt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, bestehend aus einem Pastenumlenkring und einem damit verbundenen oder lösbaren Pastenbehälter, welcher in der Lage ist, die Paste aus mehreren Trommelentleerungen aufzunehmen. Dieser Ring ist so gestaltet, dass eine Umlenkung mit möglichst geringen Produktverlusten verbunden ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Pasten-Umlenkring mit ringförmiger Prallwand für eine selbstaustragende Zentrifuge, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel α der Tangenten der dem Austragsschlitz der Zentrifuge gegenüberstehenden Prallwand des Umlenkringes zur Horizontalen über die gesamte Öffnungsbreite des Austragsschlitzes gesehen von 3 bis 60°, bevorzugt 10 bis 30° beträgt.
  • Damit wird eine schonende und insbesondere scherungsarme Umlenkung des aus dem Austragsschlitz ausgeschleuderten Feststoffes in den Auffangbehälter der Zentrifuge ermöglicht.
  • Ein besonderer Umlenkring ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur der Prallwand unmittelbar unterhalb der Aufprallfläche, insbesondere über einen beliebigen Längsschnitt des Umlenkrings gesehen, kreisförmig oder parabelförmig ausgebildet ist.
  • Hiermit wird die Umlenkung noch weiter produktschonend ausgebildet und die Scherung weiter herabgesetzt.
  • In einer bevorzugten Form ist der Umlenkring so ausgebildet, dass die Prallwand im Bereich unterhalb des Austragsschlitzes eine gekrümmte Innenkontur im geometrischen Längsschnitt gesehen mit einem Krümmungsradius von > 20 mm, bevorzugt von 30 bis 50 mm hat.
  • Letztere gekrümmte Wandfläche kann auch entsprechend einer Kurve mit über die Verlaufstrecke veränderlichem Radius gestaltet sein.
  • Die Prallwand des Umlenkringes weist in einer besonders bevorzugten Ausführung im Bereich oberhalb der Öffnungsbreite des Austragsschlitzes einen Anstellwinkel γ zur Horizontalen von 3 bis 30°, bevorzugt von 5 bis 15° auf.
  • Eine bevorzugte Variante des Umlenkringes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tangente der Innenkontur der Prallfläche im Bereich unterhalb der Umlenkkontur des Umlenkrings gegenüber der Vertikalen im geometrischen Längsschnitt gesehen einen Anstellwinkel β bis 30°, bevorzugt von 5 bis 15°, aufweist. Die Vertikale ist hierbei parallel zur Rotationsachse der Trommel.
  • Damit wird eine besonders günstige Führung des ausgeschleuderten Produktes in die Richtung der Mitte des Auffangbehälters erreicht.
  • Der Umlenkring weist in einer bevorzugten Variante an seinem unteren Ende eine Abrisskante auf, die gegebenenfalls hinterschnitten ist.
  • Der Umlenkring ist insbesondere einstückig mit einem Auffangbehälter oder besonders bevorzugt trennbar mit dem Auffangbehälter der Zentrifuge verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umlenkring mit einer Mantelkühlung ausgebildet.
  • Der Kühlmantel ist z. B. eine Doppelwand auf dem äußeren Umfang des Umlenkringes, die von einem Wärmetauschermedium durchströmt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die produktberührte Oberfläche des Umlenkrings mit einer gleitfähigen Beschichtung, insbesondere aus PTFE oder Metalllegierungen versehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Variante weist der Umlenkring eine oder mehrere Düsen für das Einsprühen von Flüssig-Stickstoff auf.
  • Diese Düsen sind insbesondere auf dem Umfang des Umlenkringes unterhalb der Aufprallfläche, die der Öffnungsbreite des Austragsschlitzes entspricht, verteilt angebracht.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine selbstaustragende Zentrifuge für die verfahrenstechnische Behandlung hochkonzentrierter Pasten wenigstens bestehend aus einem gegebenenfalls kühlbaren Gehäuse, einer Zuleitung für die Suspension, einer Ableitung für die geklärte Flüssigkeit, einer hängenden mit obenliegendem Antriebsteil verbundenen Trommel mit zwei oder mehr Austragsschlitzen, einem gegebenenfalls vom Gehäuse lösbaren Auffangbehälter und einer Austragseinrichtung für die Paste, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge einen erfindungsgemäßen Umlenkring aufweist.
  • Der Auffangbehälter ist bevorzugt zylindrisch nach oder nach unten konisch verengend ausgestaltet.
  • Die konische Verengung des Auffangbehälters erleichtert den Austrag von z. B. gefrorenem Produkt aus dem Behälter. Die Oberkante des Behälters ist insbesondere so ausgelegt, dass unterhalb der bevorzugt angebrachten Abrisskante des Umlenkringes eine verwirbelungsarme Strömung entsteht.
  • Die produktberührten Innenflächen des Auffangbehälters sind ebenfalls in einer bevorzugten Ausführung mit einer gleitfähigen Beschichtung, insbesondere aus PTFE oder Metalllegierungen versehen.
  • In den Auffangbehälter ist besonders bevorzugt ein Beutel aus flexiblem Material eingelegt, der insbesondere mittels Unterdruck an den Behälterwänden fixierbar ist.
  • Geeignete Materialien für den Beutel sind alle Folienkunststoffe, insbesondere Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid.
  • Der Auffangbehälter ist in einer bevorzugten weiteren Form der Zentrifuge mit einer Temperiereinrichtung, insbesondere mit einer Mantelkühlung ausgebildet.
  • Der Auffangbehälter weist bevorzugt zusätzlich Mittel für einen Transport, insbesondere mittels Flurförder-Einrichtungen auf.
  • Die obere Öffnung des Auffangbehälters ist besonders bevorzugt als Teilflansch ausgebildet.
  • Dadurch ist der Auffangbehälter z. B. mit einem Deckel verschließbar und so ausgebildet, dass ein Andocken an andere verfahrenstechnische Vorrichtungen, insbesondere an einen Lösekessel möglich ist.
  • Für den Einsatz im biotechnologischen Bereich, z. B. bei der Separierung von Pasten oder Klärung von Flüssigkeiten in der Humanblut-Plasma-Fraktionierung ist der Auffangbehälter mantelkühlbar ausgeführt.
  • Zur Verbesserung der Kühlwirkung können eine oder mehrere Düsen angebracht sein, durch welche Flüssigstickstoff in den Gasraum in der Nähe der rotierenden Trommel eingebracht werden kann, um die Erwärmung des Austragsraums durch Luftreibung zu unterdrücken.
  • Es sind Tellerseparatoren bekannt, die durch Cleaning-In-Place automatisch gereinigt werden können. Hierzu wird der Separator während bestimmter z. T. besonderer Betriebszustände mit verschiedenen Reinigungsflüssigkeiten gespült. Zur Unterstützung der Reinigung können spezielle CIP-Düsen angebracht werden. Beim Design der Bauteile und der Dichtungen zwischen den Bauteilen ist auf eine gute Zugänglichkeit bei der Reinigung zu achten.
  • Der Behälter kann aus metallischen oder nicht metallischen Werkstoffen ausgeführt sein. Der Behälter kann lösbar oder unlösbar in einem Gestell angeordnet sein, welches mittels Flurförderfahrzeugen transportiert oder stapelbar ist.
  • Der Behälter kann mit einem Deckel versehen oder mit einem automatischen Öffnungs-Schieber ausgerüstet und zur Beschickung von Lösekesseln geeignet sein.
  • Der Behälter kann mit einer Anmaisch- oder Aufschmelzvorrichtung ausgerüstet werden, die es gestattet den Inhalt als fließfähige Suspension in den Lösekessel zu fördern.
  • Wie auch der Umlenkring kann auch der Behälter z. B. für den Einsatz in der Bio- Technologie mantelkühlbar ausgerüstet sein.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine modifizierte Zentrifuge 1
  • Fig. 2 ein vergrößertes Detail des Längsschnittes nach Fig. 1
    • Beispiele
  • Der Austrag einer biologischen Paste, die bei der Fraktionierung von Humanblut- Plasma anfällt, erfolgt aus einer Zentrifugentrommel 14 mit einem Außendurchmesser von 468 mm bei einer Trommeldrehzahl von 7000 l/min und Umlenkung der Blutplasmapaste durch einen Pastenumlenkring 4. Die Zentrifuge 1 weist einen Antriebsteil 13 zum Antrieb der Trommel 14 mit einer Zuleitung 11 für das Plasma auf. Die Trommel 14 hängt in einem teilbaren Unterteil der Zentrifuge 1, der das Mantelgehäuse 10, mit Zuleitungen 19 und Ableitungen 22 für eine Kühlflüssigkeit und Einspeiseleitungen 9 für flüssigen Stickstoff, den Umlenkring 4 und den Auffangbehälter 7 umfasst. Der Auffangbehälter hat einen Kühlmantel 16 mit Zuleitungen 20 und Ableitungen 21 sowie aufgeschweißte Transportlaschen 18. Die Trommel 14 weist außerdem einen Auslass 12 für die geklärte Flüssigkeit auf. Fig. 2 gibt den Umlenkring 4 im Detail wieder. Die Prallwand 2 des Pastenumlenkrings 4 hat einen Winkel α = 15° (siehe Fig. 2) zur Horizontalen im Bereich des Austragschlitzes 3. Der Winkel γ oberhalb der Öffnungsbreite des Austragsschlitzes 3 ist ebenfalls um 15° gegen die Horizontale geneigt, so dass die Aufprallfläche 8 selbst und der darüberliegende Bereich in der Projektion eine Gerade bilden. Unterhalb der Aufprallfläche wird die ausgetragene Paste durch eine, im Längsschnitt betrachtet, kreisförmige Kontur mit einem Krümmungsradius r von 45° in Richtung Behälterboden des Auffangbehälters 7 umgelenkt. Um die ausgetragenen Feststoffe von der Behälterwand weg in Richtung Bodenmitte zu leiten, ist die anschließende Fläche 19 mit einem Winkel β = 10° gegen die Vertikale geneigt. Der Pastenumlenkring 5 hat an seinem unteren Ende eine Abrisskante 6.
  • Mit dieser Geomertie konnte eine nahezu vollständige Pastenumlenkung erzielt werden. Z. B. wurde nach 2 Austrägen aus der Zentrifugentrommel 98,3% der ausgetragenen Feststoffmasse in dem darunter befindlichen Auffangbehälter 7 gefunden und nur 1,7% auf der Oberfläche des Umlenkrings. Ein weiterer Versuch mit einer anderen biologischen Paste ergab nach 6 Austrägen eine Feststoffmasse im Auffangbehälter von 99,5% und entsprechend einem Verlust von 0,5% auf der Oberfläche des Pastenumlenkrings.

Claims (17)

1. Pasten-Umlenkring mit ringförmiger Prallwand (2) für eine selbstaustragende Zentrifuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel α der Tangenten der dem Austragsschlitz (3) der Zentrifuge (1) gegenüberstehenden Prallwand (2) des Umlenkringes (4) zur Horizontalen über die gesamte Öffnungsbreite des Austragsschlitzes (3) gesehen von 3 bis 60°, bevorzugt 10 bis 30° beträgt.
2. Umlenkring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur der Prallwand (2) unmittelbar unterhalb der Aufprallfläche, insbesondere über einen beliebigen Längsschnitt des Umlenkrings gesehen, kreisförmig oder parabelförmig ausgebildet ist.
3. Umlenkring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand (2) im Bereich unterhalb des Austragsschlitzes (3) eine gekrümmte Innenkontur im geometrischen Längsschnitt gesehen mit einem Krümmungsradius von > 20 mm, bevorzugt von 30 bis 50 mm hat.
4. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand (2) im Bereich oberhalb der Öffnungsbreite des Austragsschlitzes (3) einen Anstellwinkel zur Horizontalen von 3 bis 30°, bevorzugt von 5 bis 15°, aufweist.
5. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangente der Innenkontur der Prallfläche (5) im Bereich unterhalb der Umlenkkontur des Umlenkrings gegenüber der Vertikalen im geometrischen Längsschnitt gesehen einen Anstellwinkel β bis 30°, bevorzugt von 5 bis 15°, aufweist.
6. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pasten-Umlenkring (4) an seinem unteren Ende eine Abrisskante (6) aufweist, die gegebenenfalls hinterschnitten ist.
7. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkring (4) einstückig mit einem Auffangbehälter oder trennbar mit dem Auffangbehälter (7) der Zentrifuge (1) verbunden ist.
8. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkring mit einer Mantelkühlung (8) ausgebildet ist.
9. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die produktberührte Oberfläche des Umlenkrings mit einer gleitfähigen Beschichtung, insbesondere aus PTFE oder Metalllegierungen versehen ist.
10. Umlenkring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkring eine oder mehrere Düsen (9) für das Einsprühen von Flüssig- Stickstoff aufweist.
11. Selbstaustragende Zentrifuge (1) für die verfahrenstechnische Behandlung hochkonzentrierter Pasten wenigstens bestehend aus einem gegebenenfalls kühlbaren Gehäuse (10), einer Zuleitung (11) für die Suspension, einer Ableitung (12) für die geklärte Flüssigkeit, einer hängenden mit obenliegendem Antriebsteil (13) verbundenen Trommel (14) mit zwei oder mehr Austragsschlitzen (3) und einem Auffangbehälter (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (1) einen Umlenkring (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
12. Zentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (7) zylindrisch oder nach unten konisch verengend ausgestaltet ist.
13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die produktberührten Innenflächen des Auffangbehälters (7) mit einer gleitfähigen Beschichtung, insbesondere aus PTFE oder Metalllegierungen versehen sind.
14. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auffangbehälter (7) ein Beutel (17) aus flexiblem Material eingelegt ist, der insbesondere mittels Unterdruck an den Behälterwänden fixierbar ist.
15. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (7) mit einer Temperiereinrichtung (16), insbesondere mit einer Mantelkühlung ausgebildet ist.
16. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (7) zusätzlich Mittel (18) für einen Transport, insbesondere mittels Flurförder-Einrichtungen aufweist.
17. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Öffnung des Auffangbehälters (7) als Teilflansch ausgebildet ist.
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