DE102005021331A1

DE102005021331A1 - Drei-Phasen-Trennseparator mit einer Schälscheibe und Feststoffaustragsöffnungen

Info

Publication number: DE102005021331A1
Application number: DE102005021331A
Authority: DE
Inventors: Kim TRÄGER; Herbert Kunz
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Separator mit einer zumindest innen einfach oder doppelt konischen Separatortrommel (1), die lediglich an einem ihrer axialen Enden drehbar gelagert ist und die eine vertikale Drehachse aufweist und die ferner folgendes aufweist: lediglich an ihrem unteren Ende oder an ihrem oberen Ende eine Drehspindel zum Antrieb der Separatortrommel, welche um einen Gelenkpunkt (G) pendelnd gelagert ist, ein Zulaufrohr (4) für ein zu verarbeitendes Produkt, zumindest zwei Flüssigkeitsauslässe für eine leichtere Phase (LP) und eine schwerere Phase (HP) aufweist, wobei der Flüssigkeitsauslaß für die leichtere Phase (LP) mit einer Schälscheibe versehen ist, vorzugsweise Feststoffaustragsöffnungen im Bereich ihres größten Innenumfangs, ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket, wobei dem weiteren Flüssigkeitsauslaß (12) eine einstellbare Drosseleinrichtung (13) außerhalb der Trommel nachgeschaltet ist, die vorzugsweise eine Ringscheibe (19) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsradius R(HP), bis zu dem sich die schwere Phase in der Trommel erstreckt, durch Veränderung des Austrittsquerschnittes für die schwere Flüssigkeitsphase - also durch Androsselung - zu verschieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Separator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Drei-Phasentrennung mit einem derartigen Separator.

Derartige Separatoren sind an sich seit langem bekannt. In der Regel werden die Flüssigkeitsausträge mit sogenannten Schälscheiben versehen, in denen der Effekt ausgenutzt wird, dass die Rotationsenergie der eintretenden Flüssigkeit in einen Staudruck in der Ablaufleitung umgesetzt wird. Derartige Schälscheiben haben sich an sich bewährt. Insbesondere ist es möglich, durch Androsselung den herrschenden Staudruck zu variieren und damit die Trennzone in der Trommel bzw. den Radius der Trennzone in der Trommel über einen gewissen Bereich A zu variieren. Es ist insbesondere auch bekannt, beiden Flüssigkeitsauslassen Schälscheiben zuzuordnen.

Ein bekannter Drei-Phasen-Separator ist in 3 dargestellt. Wird einem oder beiden der beiden Flüssigkeitsauslasse aus der Trommel eine Schälscheibe zugeordnet und der weitere Auslaß düsenartig ausgebildet, ergibt sich ein Bereich delta LP, innerhalb dessen die Schälscheibe durch Androsseln eine Verschiebung der Trennzone in der Trommel erlaubt (siehe z.B. die WO 86/01436). Hier ist einerseits der Bereich der Verschiebbarkeit der Trennzone noch relativ gering und es ist auch nicht ohne weiteres möglich, über die Schälscheiben die Trennzone im Betrieb schnell genug zu verschieben. Die Verschiebung führt auch nicht immer zu stabilen Prozessverhältnissen, da die Variation der Androsselung der Schälscheibenabläufe gleich mehrere Parameter des Prozesses beeinflusst.

Die Erfindung hat demgegenüber die Aufgabe, den gattungsgemäßen Separator derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise während des Betriebes ein Verschieben der Trennzone innerhalb der Trommel über einen größeren radialen Bereich möglich ist, wobei eine verbesserte Einstellbarkeit der Position der Trennzone möglich sein soll. Es soll ferner ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Separators vorgeschlagen werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12.

Die Erfindung schlägt einen Separator mit einer zumindest innen einfach oder doppelt konischen Separatortrommel vor, die lediglich an einem ihrer axialen Enden drehbar gelagert ist und die eine vertikale Drehachse aufweist und die ferner folgendes aufweist:

– lediglich an ihrem unteren Ende oder an ihrem oberen Ende eine Drehspindel zum Antrieb der Separatortrommel, welche um einen Gelenkpunkt pendelnd gelagert ist,
– ein Zulaufrohr für ein zu verarbeitendes Produkt,
– zumindest zwei Flüssigkeitsauslasse für eine leichtere Phase und eine schwerere Phase, wobei der Flüssigkeitsauslaß für die leichtere Phase mit einer Schälscheibe versehen ist,
– Feststoffaustragsöffnungen, vorzugsweise im Bereich ihres größten Innenumfangs,
– ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket,
– wobei dem weiteren Flüssigkeitsauslaß eine einstellbare Drosseleinrichtung außerhalb der Trommel nachgeschaltet ist, die vorzugsweise eine Ring- bzw. Drosselscheibe aufweist und dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsradius, bis zu dem sich die schwere Phase in der Trommel erstreckt, durch Veränderung des Austrittsquerschnittes für die schwere Flüssigkeitsphase – also durch Androsselung – zu verschieben.

Mit Hilfe der Erfindung ergibt sich insbesondere verbesserte Steuerbarkeit des Prozesses und dabei insbesondere eine verbesserte Regelbarkeit der Lage der Trennzone, auch E-Linie genannt.

Es ist auch möglich, sowohl Änderungen der Produktmengen (Phasenverhältnis) als auch der Produktbeschaffenheit (insbesondere Dichte) auszugleichen und die Trennlinie dennoch nahezu konstant zu halten. Düsenverschleiß kann ermittelt und die Standzeiten verlängert werden.

Drosseleinrichtungen auch nach Art im Betrieb nicht rotierender Ringscheiben sind aus dem Bereich der Vollmantel-Schneckenzentrifugen zwar an sich bekannt – so aus der DE 102 09 925 A1 oder der DE 102 03 652 A1 . Die Trommeln dieser Zentrifugen sind jedoch im Bereich beider axialen Enden gelagert und nicht pendelnd wie Zentrifugen. Daraus resultiert der Unterschied, dass die Trommeln der Dekanter bzw. Vollmantel-Schneckenzentrifugen um eine definierte Achse rotieren, während die Separatortrommeln eine gewisse Präzessionsbewegung durchführen, so dass davon auszugehen war, dass die Verhältnisse am Ablaufringspalt nicht konstant genug sind, um eine definierte Einstellung der Trennzone zwischen leichter und schwerer Phase und eine Verschiebung des Ablaufradius der schweren Flüssigkeitsphase mit Hilfe einer verstellbaren Drosselscheibe zu erreichen. Diese Vermutung hat sich aber nicht bestätigt. Entgegen der Erwartung stellen sich auch am Ablaufspalt des Separators an der Drosselscheibe stabile Verhältnisse ein. Die Drosselscheibe verbessert vielmehr den Prozesswirkungsgrad sowie die Feinabstimmung und die Stabilität des Prozesses.

Der Separator eignet sich für verschiedenste Drei-Phasentrennaufgaben, insbesondere zu Rohölaufbereitung, bei der das Rohöl von Feststoffen geklärt und Wasser aus dem Rohöl abgetrennt wird.

Die Erfindung schafft auch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Separators nach einem der entsprechenden Ansprüche zur Rohölaufbereitung, bei der das Rohöl von Feststoffen geklärt und Wasser aus dem Rohöl abgetrennt wird.

Die Erfindung schafft zu dem ein Verfahren zur Dreiphasentrennung und -klärung eines zu verarbeitenden Produktes in wenigstens zwei Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase, wobei die Verarbeitung des Produktes in einem Separator nach einem der entsprechenden auf diesen gerichteten Ansprüche erfolgt, wobei zum Einstellen der Trennzone einmalig im Betrieb ein Einstellen des Radius der leichten Flüssigkeitsphase LP mittels der Schälscheibe und dann ein Einstellen der schweren Flüssigkeitsphase (HP) und damit der Trennzone mittels der Drosseleinrichtung, vorzugsweise der Ringscheibe, erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Hälfte einer erfindungsgemäßen, rein schematisch dargestellte Separatortrommel;
2 einen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße, schematisch dargestellte Separatortrommel;
3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebesbereiches für eine Separatortrommel nach Art der 1 bis 3;
4 eine Separatortrommel nach dem Stand der Technik; und
5 eine mehrteilige Tabelle zur Veranschaulichung der Wirkung der Erfindung.
1 bis 3 zeigen jeweils Separatortrommeln 1, die eine vertikal ausgerichtete Drehachse am Radius r₀ aufweisen.
Die Separatortrommeln 1 sind jeweils auf eine Drehspindel 2 gesetzt, die z.B. nach Art der 4 direkt oder über einen Riemen angetrieben (hier nicht dargestellt) oder auf andere Weise (z.B. ein Getriebe) ist. Die Drehspindel 2 kann in ihrem oberen Umfangsbereich konisch ausgestaltet sein.
Die Drehspindel 2 ist mit wenigstens einem oder mehreren Wälzlagern 3 einseits der Trommel – hier unterhalb der Trommel – pendelnd gelagert und beschreibt daher im Betrieb aufgrund von Restunwuchten anders als bei einem Dekanter eine neue Achse einstellt, die eine Art Präzessionsbewegung um die Vertikale r₀ (siehe 4, in der welcher der Inklinationswinkel α dargestellt ist) beschreibt.
Neben dieser Art der Konstruktion sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen eine untere Trommel an einer oberen Drehspindel quasi „aufgehängt" ist. Auch hier wird die Trommel aber nur an einem ihrer Enden bzw. im Anschluss an eines ihrer axialen Enden drehbar pendelnd gelagert.
Die Separatortrommel 1 weist ein Zulaufrohr 4 für ein zu schleuderndes Produkt P auf, an das sich ein Verteiler 5 anschließt, welcher mit wenigstens einer oder mehreren Auftrittsöffnungen 6 versehen ist, durch welche zulaufendes Schleudergut (gekreuzte Schraffur) in das Innere der Separatortrommel 1 und den Steigekanal 7 des Tellerpakets geleitet werden kann. Eine Zuleitung durch die Spindel z.B. von unten ist ebenfalls denkbar.
Hier ist die Konstruktion derart gewählt, dass die Austrittsöffnungen 6 unterhalb eines Steigekanals 7 in einem Tellerpaket 8 (Außendurchmesser beim Bezugszeichen 8) aus konisch geformten Trenntellern 9 liegen. Nach oben wird das Tellerpaket 8 von einem Scheideteller 17 abgeschlossen, der einen größeren Durchmesser aufweist als das Tellerpaket.
Innerhalb des Trenntellerpaktes und dort vorzugsweise innerhalb des Steigekanals 7 bildet sich im Betrieb bei einer entsprechenden Rotation der Trommel an einem bestimmten Radius r_E – der Emulionslinie oder Trennlinie (auch E-Linie genannt) – eine Trennzone zwischen einer leichteren Flüssigkeitsphase LP (Schraffur von links unten nach rechts oben) und einer schwereren Flüssigkeitsphase HP (Schraffur nach rechts unten) aus.
Die leichtere Flüssigkeitsphase LP (light Phase) wird an einem inneren Radius r_LP mit Hilfe einer Schälscheibe 10 (auch Greifer genannt) aus der Trommel geleitet. Mit Hilde des durch die Rotationsenergie der Flüssigkeit entstehenden Staudrucks wirkt die Schälscheibe wie eine Pumpe. Der Schälscheibe ist z.B. außerhalb des Separators in deren nachgeschalteter Ableitung ein Ventil 18 zur Androsselung nachgeschaltet.
Die schwere Flüssigkeitsphase HP strömt dagegen um den äußeren Umfang des Scheidetellers 17 herum durch Ableitungskanal 11 zu einem Flüssigkeitsauslaß 12 am oberen axialen Ende der Trommel 1 (Radius r_HP).
Insoweit entsprechen sich die Konstruktionen der 1 bis 3. Sie sind auch mit den gleichen Antriebsvorrichtungen versehbar.
Nach 3 fließt die schwere Phase HP am Flüssigkeitsauslaß 12 überlaufartig aus der Trommel.
Die erfindungsgemäßen Konstruktionen der 1 und 2 sind dagegen anders als die Konstruktion der 3 im Bereich des Flüssigkeitsauslasses 12 mit einer einstellbaren Drosseleinrichtung 13 versehen, mit Hilfe derer der Querschnitt am Flüssigkeitsablauf veränderlich ist.
Um diese Drosseleinrichtung 13 konstruktiv auf einfache Weise zu realisieren, wird vorgeschlagen, nach An der 2 und 3 in axialer Richtung oberhalb des Flüssigkeit sauslasses 12 außerhalb der Trommel 1 eine Art Ring- bzw. Drosselscheibe 19 anzuordnen, die zu der wenigstens eine Flüssigkeitsaustrittsöffnung beabstandet angeordnet und ausgebildet ist, wobei die Stellung der Ringscheibe 19 zu der wenigstens einen Austrittsöffnung veränderlich ist. Die Scheibe kann eine ebene Oberfläche aufweise oder z.B. mit Nuten versehen sein. Die Oberfläche der Ringscheibe ist vorzugsweise – aber nicht unbedingt – senkrecht zur Trommelachse ausgerichtet.
Vorzugsweise wird die Ringscheibe 19 z.B. axial verschieblich oder an einem ihrer Umfangsränder verschwenkbar angeordnet und der Ringscheibe wird ein Antrieb zugeordnet, der dazu ausgelegt ist, den Abstand zwischen der im Betrieb vorzugsweise stillstehenden Ringscheibe 19 und der Austrittsöffnung 12 zu verändern.
Vorzugsweise ist die Ringscheibe 19 als im Betrieb stillstehend ausgebildet und dreht sich nicht mit der Trommel 1 mit.
Zwischen der Ringscheibe 19 und den Austrittsöffnungen 12 bildet sich derart ein Spalt 20 aus, der von der aus der Trommel ausströmenden schweren Flüssigkeitsphase HP durchströmt wird, wobei die Breite des Flüssigkeitsspaltes veränderlich ist.
Sowohl durch Androsseln der Schälscheibe als auch durch Verstellen der Drosseleinrichtung bzw. hier der Spaltbreite des Spaltes 20 durch Bewegen der Ringscheibe 19 lässt sich der Radius der E-Linie innerhalb der Trommel um einen gewissen Bereich verschieben.
Hier weist die doppelt konische Trommel im Bereich ihres größten Durchmessers Feststoffaustrittsdüsen 21 auf, die zur kontinuierlichen Ableitung von Feststoffpartikeln S aus der Trommel dienen. Diese Ausgestaltung wird bevorzugt. Ausführungsformen ohne einen zusätzlichen Feststoffaustrag sind aber ebenfalls denkbar.
Die ursprüngliche Vermutung, dass sich bei Einsatz einer beweglichen Ringscheibe 19 an einer nur einseitig bzw. fliegend gelagerten Trommel aufgrund der deutlichen Präzessionsbewegung nicht genügend stabile Verhältnisse am Austrittsspalt 20 ausbilden, da der Spalt 20 aufgrund der Präzessionsbewegung keine konstante Spaltbreite aufweist, hat sich nicht bewahrheitet (siehe auch die Tabellen der 5).
Die verschiebliche Ringscheibe fuhrt vielmehr zu einer deutlichen Verbesserung der Einstellbarkeit der Emulsionslinie (E-Linie) sowie zu einer besseren Beherrschbarkeit und Steuerbarkeit des Prozesses. Es ergibt sich auch ein vergrößerter Einstellbereich der Trennzone.
Insoweit gleichen sich wiederum die Konstruktionen der 1 und 2.
Die Austrittsöffnungen 12 können eine runde Form nach Art von Bohrungen haben oder aber sich z.B. keilartige oder stufenartig von innen nach außen aufweiten, was die Regelungsfähigkeit in verschiedenen Fällen erhöht. Es könnte auch ein Röhrchen in die Austrittsöffnungen gesetzt sein, das der Vorteil hätte, dass sich der Flüssigkeitsstrom nicht an die Trommel legt.
Nach 2 ist dem Flüssigkeitsaustritt eine Art Hydrohermitikringkammer 14 vorgeschaltet.
Diese besteht aus einer dem Flüssigkeitsaustritt innerhalb der Trommel vorgeschalteten Scherbe 15, die sich vom Außenumfang der Schälscheibe 10 nach außen erstreckt und die einen maximalen Umfangsradius aufweist, der größer ist als der größte Radius, bis zu dem sich die Austrittsöffnungen 12 erstrecken. Der stillestehenden, nicht rotierenden (Verschluss-)Scheibe 15 ist wiederum innerhalb der Trommel 1 eine Art Ringscheibe 16 als 1. Wehr vorgeschaltet, die sich vom Innenumfang des Trommeldeckels der Trommel 1 aus nach innen hin erstreckt und deren innerer Radius kleiner ist als der größte Radius, bis zu dem sich die Scheibe 15 und die Austrittsöffnungen 12 erstrecken, so dass in dem Bereich zwischen der Ringscheibe 16 und den Austrittsöffnungen 12 (als 2. Wehr) am Innenumfang des Trommeldeckels der Trommel 1 die Hydrohermitikringkammer 14 ausgebildet wird.
Diese Kammer verhindert den unkontrollierten Austritt von Gasen oder Dampf aus der Trommel durch die Austrittsöffnungen 12 oder Labyrinthen oder sonstigen Spalten oder dgl., was eine kurzzeitige Instabilität im Bereich der Emulsionslinie – Trennzone – zu Folge hätte.
Zum Druckausgleich können vertikale Bohrungen 22, die sich durch den scheibenförmigen Ansatz der Schälscheibe 10 erstrecken und nicht mit dem Ablaufkanal in Schälscheibe in Wirkverbindung stehen, vorgesehen sein.
In der Praxis wirkt sich die Erfindung wie folgt aus:
Die verbesserte Kontrolle bzw. Einstellbarkeit des Radius rE der Emulsionslinie – auch Trennzone oder Trennlinie genannt – erhöht in bedeutsamem Umfang die Optimierbarkeit, die Stabilität und die Feinabstimmung des Prozesses im Dreiphasen-Separationssystem.
Geht man davon aus, daß die Drosseleinrichtung 13 mit einer Drosselscheibe 19, die verstellbar ist, den Ableitungsradius der schweren Flüssigkeitsphase um 10 mm verstellen kann und daß die Schälscheibe einen zusätzlichen Druckabfall von 100.000 Pa ausüben kann, ergibt sich die folgende Möglichkeit der Einstellung der E-Linie oder der Aufrechterhaltung einer stabilen E-Linie mit verschiedenen Dichtigkeitsraten (K) (siehe die Tabellen der 5).
Die Drosseleinrichtung 13 allein kann eine Verstellbarkeit des Ableitungsradius der schweren Flüssigkeitsphase von ca. 336 bis 384 mm (also 48 mm) oder einen Ausgleich der Dichtevarianz (K) von 0,884 bis 0,915 (0,031) erreichen, denn entweder wird durch Reaktion auf Verschiebungen oder aber bei Produktänderungen durch eine Veränderung der Spaltbreite des Spaltes 20 einem Verschieben der Trennzone entgegengewirkt, um diese an einem möglichst konstanten Radius zu halten, um den Prozess stabil zu halten.
Die Schälscheibe 10 allein kann dagegen eine Verstellung des Radius der Trennlinie von 360 bis 392 mm (32 mm) oder einen Ausgleich der Dichtenänderung (K) von 0,878 bis 0,900 (0,022) erzielen.
Kombiniert können die Drosseleinrichtung 13 und die Schälscheibe 10 eine Verstellbarkeit der Trennzone bzw. des Radius der E-Linie von 336 bis 414 mm (entsprechend 78 mm) oder eine Dichtenverhältnisvarianz (K) von 0,863 bis 0,915 (0,052) erzielen.
Dies zeigt eindrucksvoll, daß es mit der Kombination aus Schälscheibe 10 und Drosseleinrichtung 13 und den Feststoffaustragsdüsen 21 (denen ein Ableitungssystem z.B. mit Leitblechen oder dgl. nachgeordnet ist) nicht nur möglich ist, die E-Linie über einen großen Bereich zu verstellen, sondern daß es auch möglich ist, die E-Linie beson ders einfach konstant zu halten, wenn sich die Zusammensetzung bzw. Eigenschaft des Schleudergutes ändert oder sich durch Düsenverschleiß die Maschineneigenschaften – hier die Ableitungsquerschnitt für die feste Phase und damit die Austrittsmenge der festen Phase.
Wird nach Art der 2 eine hydrohermetische Kammer 14 vorgesehen, ist es möglich, zu verhindern, daß Dampf oder Gas (z.B. Kohlenwasserstoffe und/oder Wasser- oder Öldampf) aus der Flüssigkeit austritt, und zwar unabhängig von den Prozesstemperaturen, so daß sich der Vorteil ergibt, daß insbesondere durch Wasserdampf weder die Separation bzw. Trenneffizienz in den Tellerstapeln noch die Lage des E-Linienradius beeinflusst wird.
Es ist auch möglich, eine separate und unabhängige Wasserzufuhr in die Trommel (hier nicht dargestellt, realisierbar z.B. durch ein konzentrisches Zuleitungsrohr innerhalb des Zuleitungsrohres 4 für das Produkt und weiter durch den Verteiler bis in die Trommel) vorzusehen, um bei der Dreiphasentrennung – ohne eine zusätzliche hydraulische Last auf den Tellerstapel auszuüben -, sicherzustellen, daß am Spalt 20 stets ein genügender Staudruck herrscht. Würde dagegen der Spalt nicht vollständig durchströmt werden, ergäbe sich möglicherweise eine unkontrollierte Verschiebung der E-Linie.
Der Ableitungsvolumenfluss durch den Spalt 20 wird vorzugsweise beobachtet und ggf. auch gemessen, um derartige Trockenläufe zu verhindern und um das Volumen des zuzusetzenden Wasser möglichst zu minimieren.
Bei der Erfindung ist es auch möglich und besonders vorteilhaft, die Flussmenge des Produktes zur Zentrifuge genauso zu messen, wie die Flussmengen an den Abläufen über die Schälscheibe 10 und durch den Spalt 20 an der Drosseleinrichtung 13, wobei die Ableitungsrate an Feststoffen durch die Feststoffaustragsdüsen 21 aus den Differenzen dieser Größen bestimmbar ist.
Die Düsenableitungskapazität kann auf der Basis des Maschinendesigns und der Trommelumdrehungsgeschwindigkeit zunächst theoretisch bestimmt werden. Diese Kapazität wird nachfolgend als „nominale" Kapazität bzw. Ableitungsrate bezeichnet.
Die Differenz zwischen den nominalen und den „gemessenen" Ableitungsraten der Feststoffdüsen gibt eine Information über die Betriebszustände der Düsen wieder.
Wenn die „gemessene" Ableitungsrate größer ist als die Nominalrate, zeigen die Düsen 21 Verschleiß und es kann ein Zeitraum angegeben werden, innerhalb dem es empfehlenswert ist, die Feststoffaustragsdüsen 21 zu reparieren bzw. instand zu setzen. Dies ist vorteilhaft, da es möglich ist, die Zeit bis zum Wechseln der Düsen zu maximieren.
Wenn die gemessene „Ableitungsrate" geringer ist als die Nominalrate, kann man daraus schließen, daß eine oder mehrere der Feststoffaustragdüsen 21 verstopft sind.
Das System kann dazu ausgelegt sein, eine automatische Korrektur der Auswirkung des Düsenverschleißes durchzuführen, wenn es feststellt, ob die Feststoffaustragsdüsen verstopft sind oder nicht.
Es ist schließlich auch noch möglich, eine Art Expertensystem zur Prozessoptimierung und Regelung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Separatortrommel zu erstellen.
Der Druckabfall über der Drosseleinrichtung (am Spalt 20) hängt von der Durchflussrate bzw. -menge und der Größe des Spaltes 20 ab. Der Druckabfall über der Schälscheibe 10 hängt von der Durchflussmenge ab und dem Androsseldruck an dem Ventil 20 der Schälscheibe. Die Druckabfälle beeinflussen die Abflussmengen der schweren und leichten Phasen. Kombiniert und jeweils für sich betrachtet, beeinflussen die Abflussleitungsradien zudem die Lage der E-Linie.
Da derart klar ist, wie die schweren und leichten Abflussradien durch den Druckabfall am Spalt 20 und and der Schälscheibe beeinflusst werden und wie dies die E-Linien beeinflusst, lässt sich ein verbessertes Steuerungs- und Regelungssystem für den Separator schaffen.
So kann der Anwender daraus, daß der Radius der E-Linie besonders klein ist, schließen, daß ein größerer Anteil schwerer Phase in der leichten Phase vorliegt und umgekehrt.
Wenn die Emulsion nicht trennbar ist, hat sich eine Emulsionsschicht innerhalb der Zentrifuge aufgebaut.
Indem geeignete Veränderungen der Einstellungen am Spalt 20 und/oder an der Schälscheibe vorgenommen werden, ist es möglich, die Entstehung der Emulsionsschicht entweder zu verhindern oder diese in die schwere oder die leichte Flüssigkeitsableitung abzuleiten, bevor der Prozess instabil wird bzw. eine schlechtere Klärung erfolgt bzw. bevor der Prozess unkontrollierbar wird.
Mit einem Online-Expertensystem kann ein stabiler Separationsprozess aufrecht erhalten werden, obwohl eine Fluktuation in der Produktzufuhrrate und -Zusammensetzung auftreten kann oder eine Dichtefluktuationen der schweren und/oder der leichteren flüssigen Phase LP und HP. Derartige Effekte treten z.B. bei Naturprodukten wie Fischöl auf oder aber bei der Rohölaufbereitung (Abtrennen von Wasser aus dem Röhöl) oder bei der Wasseraufbereitung (insbesondere Abtrennen von Ölresten aus dem Wasser).
Indem das Online-Expertensystem mit einer Online-Messung der Durchflussmenge und/oder der Produktflussmenge ergänzt wird, ist es möglich, die Zufuhrdichte zu berechnen oder schließlich die Dichte direkt zu messen.
Eine Korrektur der Flussmenge der Feststoffe kann durchgeführt werden, indem der Feststoffgehalt gemessen wird, da die Feststoffdichte einen relativ konstanten Parameter darstellt.
Durch ein Messen der Ableitungsflussmenge an leichter Phase und der Flussmenge können die leichte Phasendichte und schließlich die Dichte direkt gemessen werden.
Aus den Dichten können die Zuflussmenge und die Abflussmenge der schweren und leichten Phase bestimmt werden.
Aus all diesen Werten können Rückschlüsse gezogen werden, die es erlauben, mittels von Einstellungen am Spalt allein und/oder durch geeignetes Androsseln der Schälscheibe den Separationsprozess zu optimieren.
Ergänzt werden kann dieses einfache Expertensystem durch eine Online-Messung der genauen schweren Phasenzusammensetzung sowie der leichten Phasen. Weder die schweren noch die leichten Phasen besitzen typischerweise eine Polarität, welche die Messung der volumetrischen Konzentration einfach machen würden.

1: Separatortrommeln
2: Drehspindel
3: Lager
4: Zulaufrohr
5: Verteiler
6: Austrittsöffnungen
7: Steigekanal
8: Tellerpaket
9: Trennteller
10: Schälscheibe
11: Ableitungskanal
12: Flüssigkeitsauslaß
13: Wehreinrichtung
14: Hydrohermitikringkammer
15: Stauscheibe
16: Ringscheibe
17: Scheideteller
18: Regelventil
19: Ringscheibe
20: Spalt
21: Feststoffaustrittsdüsen
22: Bohrungen
R0: Vertikale
α: Winkel
LP: leichteren Flüssigkeitsphase
HP: schwerere Flüssigkeitsphase

Claims

Separator mit einer zumindest innen einfach oder doppelt konischen Separatortrommel (1), die lediglich an einem ihrer axialen Enden drehbar gelagert ist und die eine vertikale Drehachse aufweist und die ferner folgendes aufweist: a) lediglich an ihrem unteren Ende oder an ihrem oberen Ende eine Drehspindel zum Antrieb der Separatortrommel, welche um einen Gelenkpunkt (G) pendelnd gelagert ist, b) ein Zulaufrohr (4) für ein zu verarbeitendes Produkt, c) zumindest zwei Flüssigkeitsauslasse für eine leichtere Phase (LP) und eine schwerere Phase (HP) aufweist, wobei der Flüssigkeitsauslaß für die leichtere Phase (HP) mit einer Schälscheibe versehen ist, d) vorzugsweise Feststoffaustragsöffnungen im Bereich ihres größten Innenumfangs, e) ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket, dadurch gekennzeichnet, dass f) dem weiteren Flüssigkeitsauslaß (12) eine einstellbare Drosseleinrichtung (13) außerhalb der Trommel nachgeschaltet ist, die vorzugsweise eine Ringscheibe (19) aufweist und dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsradius R(HP), bis zu dem sich die schwere Phase in der Trommel erstreckt, durch Veränderung des Austrittsquerschnittes für die schwere Flüssigkeitsphase – also durch Androsselung – zu verschieben.
Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (19) in axialer Richtung oberhalb des Flüssigkeitsauslasses (12) außerhalb der Trommel (1) angeordnet ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringscheibe (19) eine Antriebsvorrichtung zugeordnet ist und dass die Ringscheibe axial beweglich, insbesondere verschieblich und/oder verschwenkbar angeordnet ist, so dass der Abstand der im Betrieb Ringscheibe (19) und der Austrittsöffnung – also die Spaltbreite eines Ringspaltes (20) – veränderlich ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (19) als im Betrieb nicht rotierend ausgebildet ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustrittsöffnungen als Düsen (21) ausgebildet sind, die zur kontinuierlichen Ableitung von Feststoffpartikeln aus der Trommel (2) ausgelegt sind.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustrittsdüsen (21) mittels eines Kolbenschiebers verschließbar sind.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustrittsdüsen (21) Düsen und einen Kolbenschieber enthalten.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein sich in die Trommel erstreckendes weiteres Zuleitungsrohr für eine Flüssigkeit wie Wasser als Zusatz zum verarbeitenden Produkt.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen oder mehrere Sensor(en) zur Messung der Produkt-Strömungsraten an den Zu- und/oder Abflüssen.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flüssigkeitsauslaß (12) für die schwere Flüssigkeitsphase und der Drosseleinrichtung (13) eine Hydrohermitikringkammer (14) vorgeschaltet sind.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrohermitikringkammer (14) aus einer dem Flüssigkeitsauslaß (12) innerhalb der Trommel vorgeschalteten Stauscheibe (15) besteht, die sich vom Außenumfang der Schälscheibe (10) nach außen erstreckt und die einen maximalen Umfangsradius aufweist, der größer ist als der größte Radius, bis zu dem sich die Austrittsöffnungen (12) erstrecken, wobei der Stauscheibe eine Ringscheibe (16) vorgeschaltet ist, die sich vom Innenumfang des Trommeldeckels der Trommel (1) aus nach innen hin erstreckt und deren innerer Radius kleiner ist als der größte Radius, bis zu dem sich die Stauscheibe (15) und die Austrittsöffnungen (12) erstrecken, so dass in dem Bereich zwischen der Ringscheibe (16) und den Austrittsöffnungen (12) am Innenumfang des Trommeldeckels der Trommel (1) die Hydrohermetikringkammer (14) ausgebildet wird.
Verfahren zur Dreiphasentrennung und -klärung eines zu verarbeitenden Produktes in wenigstens zwei Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Produktes in einem Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche erfolgt, wobei zum Einstellen der Trennzone einmalig im Betrieb ein Einstellen des Radius der leichten Flüssigkeitsphase LP mittels der Schälscheibe (10) und dann ein Einstellen der schweren Flüssigkeitsphase (HP) und damit der Trennzone mittels der Drosseleinrichtung (13), vorzugsweise der Ringscheibe (19), erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennzone durch ein Regelverfahren in Abhängigkeit von der Produktzuleitungsmenge und/oder Beschaffenheit auf einem konstanten Radius gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmengen in der Produktzuleitung in die Trommel und der Produktableitung aus der Trommel an der Schälscheibe und der Drosseleinrichtung ermittelt, insbesondere gemessen werden und dass die Flussmenge an Feststoff aus der Differenz dieser Größen ermittelt wird.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Veränderung der ermittelten Flussmenge für die Feststoffphase auf eine Veränderung des Zustandes der Feststoffaustragsdüsen geschlossen wird, wobei eine Zunahme der Flussmenge auf einen Verschleiß der Düsen hinweist und eine Abnahme der Flussmenge auf eine Verstopfung oder Verschmutzung der Düsen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Emulsionsbildung durch Verstellen der Schälscheibe und der Drosseleinrichtung die Trennzone derart verschoben wird, dass die Emulsion durch die Schälscheibe oder den Spalt an der Drosseleinrichtung abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt des in die Separatortrommel geleiteten Produktes gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufvolumen der leichten Flüssigkeitsphase ermittelt, insbesondere gemessen wird.
Verwendung eines Separators nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Rohölaufbereitung, bei der aus das Rohöl von Feststoffen geklärt und Wasser aus dem Rohöl abgetrennt wird.