DE102010016394A1

DE102010016394A1 - Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfeuchten und Reinigen von Feststoff/Flüssigkeits-Gemischen

Info

Publication number: DE102010016394A1
Application number: DE102010016394A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Eichholz
Original assignee: SOLAR und VAKUUM TECHNOLOGIE (SVT) AG; Solar und Vakuum Technologie Svt A G
Current assignee: SOLAR und VAKUUM TECHNOLOGIE (SVT) AG; Solar und Vakuum Technologie Svt A G
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung und Reinigung von Feststoff/Flüssigkeitsgemischen, welche mittels Vakuums über den Gemischeinlauf (19) durch eine Rohrleitung in den Hohlraum (21) der aus Heizplatte (7) und Filtermedium (6) gebildeten Plattenpackung (5) gelangt. Hier wird die Feststoffphase zurückgehalten und die Flüssigphase der Suspension durchgelassen und selbige strömt über den Einlass (4) in den Sammelbehälter (10) des Vakuumunterdruckkessels (1). Der enthaltene Dampf steigt im Steigrohr (15) auf und gelangt so in die Zyklonenkammer (9) des durch den Trennboden (8) zweigeteilten Vakuumunterdruckkessel (1), wird hier verwirbelt, so dass im Dampf enthaltene Flüssigkeit teilweise kondensiert und mit den ebenfalls enthaltenen Schwebteilchen über das im Trennboden (8) vorgesehene Trennbodenventil (11) dem Sammelbecken (10) zugeführt wird. Der verbleibende Dampf wird durch die Vakuumpumpe (1) in die als Wärmetauscher ausgebildeten Heizplatten (7) geführt, kühlt hier weiter ab, verdichtet, kondensiert und kann so gereinigt über den Kondensatablauf (20) aus der Anlage geführt werden. Die im Sammelbecken (10) anstehende Flüssigkeit ist nach Schließen von Trennbodenventil (11) und Steigrohr (15) und Öffnen des Ausgleichsventils (13) über den Auslauf (14) abzulassen.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zum Trocknen von mehr oder weniger flüssigen Schüttgütern, Haufwerken, Schlämmen oder auch Faserstoffsuspensionen, im Folgenden Feststoff/Flüssigkeits-Gemisch oder vereinfacht Suspension genannt, sind bekannt, bei denen nacheinander in mehreren von einander getrennten Produktionsanlagen die Materialien eingedickt, filtriert, zerkleinert und im Anschluss daran getrocknet werden.
Bekannt sind ferner Vorrichtungen, bei denen das Entfeuchten der Suspension in einer Vorrichtung erfolgt. In DE 42 24 648 A1 wird das zum Entfeuchten anstehende Feststoff/Flüssigkeits-Gemisch zum Beispiel auf ein Filtermedium aufgebracht, an der dem Filtermedium entgegengesetzten Seite erhitzt und gleichzeitig mit steigendem Druck gepresst, so dass sich an der Andruckfläche eine Gasphase bildet, die die filterseitige Flüssigkeitsphase entlang einer Entfeuchtungsfront durch das Filtermedium treibt.
In EP-0263 197 A1 erfolgt die Trocknung genannter Mischungen ebenfalls durch gleichzeitige Komprimierung und Einwirkung von Dampfdruck, der im Inneren des Materials erzeugt wird. Die Filterpresse besteht aus abwechselnd aufeinanderfolgenden Plattenfiltern und Heizplatten, die an vibrierenden Parallelstücken aufgehängt sind, wobei die Vakuumkammer, der Vakuumfilter durch Zwischenkanäle, Entwässerungskanäle und ein Kollektorrohr eines unbeweglichen Kopfes und eines selbstfahrenden Kopfes mit einer trennbaren Vakuumverbindung gekoppelt sind. Vorgeschlagen ist, dass die abgetrennte flüssige Phase als Wärmeträger für Industrie- und Haushaltszwecke verwendet wird.
Bei den bekannten Erfindungen wird das Heizelement lediglich zum Erwärmen des Filtrats oder Bildung einer Gasphase genutzt, in DE 42 24 648 A1 mit derart starker Intentität, dass damit eine Gasdampfwolke erzeugt wird. Die Heizplatten werden durch einen gesonderten Heizkreislauf erwärmt, der allein die Heizplatten erreicht, ohne einen eigenen Beitrag zum Entfeuchten der Suspension beizusteuern. Die Reinheit der flüssigen Phase hängt allein vom verwendeten Filtermedium ab, so dass Kleinstfeststoffe, auch Schwebteilchen genannt, regelmäßig nicht zurückgehalten werden.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt in der Eigenschaft des spezifischen Dampfvolumens begründet, welches mit abnehmenden Systemdruck stark zunimmt. Verdampft man 1 kg Wasser bei einem Umgebungsdruck, so entstehen hierbei ca. 1,7 m³ Sattdampf, bei 100 mbar ca. 14,7 m³. Daraus resultiert, dass möglichst große Öffnungen zur Dampfableitung (große freie Querschnitte) zur Verfügung stehen müssen, denn wird der Dampf nicht schnell genug aus der Presse abgeführt, kommt es zur Überhitzung und das spezifische Volumen des Filtrats nimmt zu, was zur Verlangsamung der Trocknung führen würde.
Ferner erfolgt der Pressvorgang mittels aufgebrachten Systemsdrucks, d. h. der Druck zum Pressen des Filtrats wird zu 100% entweder mechanisch, hydraulisch oder in Kombination aufgebracht, wobei die Maschinen konstruktionsbedingt Drücken mit bis zu 500 bar standhalten müssen, was eine besonders schwere Konstruktion ebenso bedingt wie zusätzliche leistungsstarke Aggregate erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art derart zu verbessern, so dass ein optimaler Entfeuchtungs- und Reinheitsgrad eines Feststoff/Flüssigkeits-Gemisches mit geringerem Energieaufwand in kürzerer Zeit mit möglichst leicht konstruierten Maschinen erreicht wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Suspension mittels Vakuums gegen das Filtermedium geführt, die Feststoffe von diesem zurückgehalten und die Flüssigkeit des Gemisches zum überwiegenden Teil hindurch ausgetrieben werden kann.
Ergänzt dazu wird das Filtrat an der dem Filtermedium gegenüber liegenden Seite mittels einer Heizplatte erwärmt. Die Heizplatte, die wie ein Wärmetauscher arbeitet, wird vom Dampf durchströmt, erhitzt durch die Abwärme der Vakuumpumpe, entstanden aus der Reibungsenergie der Luftströmung und gleichzeitigen Verdichtung des Dampfes, so dass keine gesonderte Energiequelle bereitgestellt werden muss. Der Dampf kühlt bei gleichzeitiger Abgabe der Wärme an das Filtrat innerhalb der Heizplatte ab, die im Dampft enthaltene Flüssigkeit kondensiert aus und das relative Sattdampfvolumen sinkt, so dass hiermit ein gewinnbringender Beitrag zum Entfeuchten einhergeht.
Die Erfindung macht sich ferner die bisher offenbar nicht hinreichende Erkenntnis zunutze, dass anstatt des extern aufzubringenden Systemdrucks herkömmlicher Anlagen der anstehende Unterdruck in die gleiche Richtung eines extern aufgebrachten Pressdrucks wirkt und zudem aufgrund des Unterdrucks kein mechanisches Eindrücken der Suspension erforderlich ist, sondern dass dieses aufgrund des anstehenden Vakuums an das Filtermedium durch Unterdruck geführt wird.
Der auf das Filtrat ausgeübte Druck wird in erster Linie durch den Unterdruck bereit gestellt, kann aber ergänzt werden durch externen Druck, wobei der Unterdruck auf der einen Seite und ein möglicher positive Pressdruck auf der anderen Seite dieselbe Wirkrichtung aufweisen, mit der Folge, dass der aufzubringende Pressdruck um den anstehenden Unterdruck reduzierbar ist, was die Konstruktion leichterer Maschinen ermöglicht.
Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Entfeuchtung und Reinigung von Feststoff/Flüssigkeits-Gemischen näher beschrieben:
Das in 1 beispielhaft dargestellte Planfilterpress- und Reinigungsverfahren zum kontinuierlichen Entwässern und Reinigen eines Feststoff-/Flüssigkeits-Gemisches besteht im wesentlichen aus drei miteinander in enger räumlicher Entfernung zusammenwirkenden Anlagenteile, nämlich einer Vakuumpumpe (1), einer Plattenfilterpresse (2), bestehend aus Heizplatten (7) und Filtermedium (6) und einem Vakuumunterdruckkessel (3).
Der Vakuumunterdruckkessel (3) ist mittels eines Trennbodens (8) in zwei Kammern unterteilt, der oberen Zyklonenkammer (9) und dem unteren Sammelbecken (10). Beide Kammern stehen über ein im Trennboden (8) vorgesehenes Trennbodenventil (11) in Verbindung, welches bei Bedarf schließbar ist. In der Kesselwand (12) des Sammelbeckens (10) ist ein Ausgleichsventil (13) vorgesehen, über das bei Bedarf ein Druckausgleich zum Atmosphärendruck herstellbar ist. Im Basisbereich des Sammelbeckens (10) ist ein Ablauf vorgesehen (14). Das Sammelbecken steht über ein verschließbares Steigrohr (15) mit der Zyklonenkammer (9) in Verbindung.
Die exemplarisch gewählte Plattenfilterpresse (2) besteht aus nacheinander angeordneten Plattenpackungen (5), jeweils gebildet aus an den an den Rändern anliegenden Heizplatten (7) einerseits und Filtermedien (6) andererseits, so dass die jeweils zwischen Heizplatte (7) und Filtermedium (6) gebildete Hohlkammer (21) mit dem anstehenden Feststoff/Flüssigkeits-Gemisch befüllbar ist.
Die Vakuumpumpe (1) ist über das Saugrohr (16) mit dem Auslass (17) des Vakuumunterdruckkessels (3) verbunden. Bei Betrieb der Vakuumpumpe (1) wird im Vakuumunterdruckkessel (3) ein Unterdruck erzeugt. Der Einlass (4) zum Vakuumunterdruckkessel (3) steht über ein Druckrohr (23) und dem Filtermedium (6) und somit mit dem Gemischeinlauf (19) in Verbindung. Bei Öffnung des Systems steht am Gemischeinlauf (19) ein Unterdruck an. Aufgrund atmosphärischen Drucks wird das Feststoff/Flüssigkeits-Gemisch durch das Druckrohr (16) in die Hohlkammer (21) der Plattenpackung (5) geführt, gleichsam über die Heizplatte (7) erhitzt und über das Filtermedium (6) entfeuchtet. Die aus der Suspension entweichende Feuchtigkeit fließt durch den Einlass (4) in das Sammelbecken (10), der über dem Sammelbecken anstehende Rampf wird über ein Steigrohr (15) in die Zykonenkammer (9) geführt, in dessen Bereich über eine Luftverwirbelung mitgeführte Feuchtigkeit teilweise kondensiert und zusammen mit enthaltenen Verunreinigungen teilweise ausfallen. Sowohl kondensierte Feuchtigkeit als auch Verunreinigungen können über den Trennboden (8) gesammelt und über das Trennbodenventil (11) dem Sammelbecken (10) zufließen.
Der Dampf wird dann über den Auslass (17) und das Saugrohr (18) durch die Vakuumpumpe (1) in die Heizplatten (7) geführt, die wie ein Wärmetauscher arbeiten und die im Dampft enthaltene Wärmeenergie an das anliegende Filtrat abgeben. Die im abgekühlten Dampf enthaltene Feuchtigkeit kondensiert aus und wird über einen Kondensatablauf (20) herausgeführt.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert:
Mittels einer Vakuumpumpe (1) wird über das Saugrohr im angeschlossenen Kessel ein Unterdruck erzeugt. Der Einlass (4) des Vakuumunterdruckkessels (3) steht über die Plattenpackung (5) der Filterpresse (2) mit dem Gemischeinlauf (19) in Verbindung, so dass aufgrund des anstehenden Unterdrucks das Filtrat durch den atmosphärischen Druck gegen das Filtermedium (6) gedrückt wird, Feststoffe zurückgehalten werden und die flüssige Phase hindurch gelangt. Die scheidende Feuchtigkeit wird über den Einlass im Sammelbereich (10) des Vakuumunterdruckbehälters (3) konzentriert, der verbleibende Dampf nebst Schwebteilchen über das Steigrohr (15) durch den Trennboden (8) in die Zyklonenkammer (9) geleitet, wo sich aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit der Luftverwirbelung feste Schwebteilchen und weiter auskondensierte Feuchtigkeit separieren und über das im Trennboden (8) eingelassene Trennbodenventil (11) dem Sammelbecken (14) zugeführt wird. Über den Auslass (17) wird der Dampf durch die Vakuumpumpe (1) in die als Wärmetauscher gebildeten Heizplatten (7) geführt, gibt seine Energie über die Heizplatten (7) an das Filtrat ab, kühlt aus, enthaltene Flüssigkeit kondensiert und wird durch den Kondensablauf (20) in gereinigter Form abgeführt.
Sobald das Sammelbecken gefüllt ist, wird das Trennbodenventil (11), der Einlass (4) und das Steigrohr (15) geschlossen und über ein Ausgleichsventil (13) der Atmosphärendruck hergestellt, so dass über den Ablauf (14) die gesammelte Feuchtigkeit ausgelassen werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung kann zusätzlich zum Vakuumdruck ein weiterer Pressdruck auf das Filtrat ausgeübt werden.
In weiterer Verbesserung ist im Bereich der Zyklonenkammer (9) ein Wärmetauscher (22) vorgesehen, durch den das durch Unterdruck geführte Feststoff/Flüssigkeits-Gemisch einerseits vorgewärmt wird, andererseits aber die hier umfließende Luft auch kühlt, sie verdichtet und enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und zusammen mit enthaltenen Schwebteilichen ausfällt. Der relativ kühlere Dampf wird in die Heizplatten (7) geführt und weiter gekühlt, so dass der verbleibende Dampf abermals kondensiert und über den Kondensatablauf (20) aus dem System verbracht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4224648 A1 [0002, 0004]
EP 0263197 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Entfeuchten und Reinigen von Feststoff/Flüssigkeits-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mittels Unterdrucks an das Filtermedium (6) geführt wird, von diesem die dispergierten Feststoffe im Wesentlichen zurückgehalten werden, während die durch das Filtermedium (6) ausgetriebene flüssige Phase im Sammelbecken (10) des Vakuumunterdruckkessels (3) temporär bevorratbar ist, hingegen der durch das Filtermedium (6) ausgetriebene Dampf einschließlich etwaiger darin enthaltener Kleinst- und Schwebeteilchen über das Steigrohr (15) in die Zyklonenkammer (9) des Vakuumunterdruckkessels (3) geführt wird und hier durch Verwirbelung voneinander trennbar sind, dabei entstehende Flüssigkeit und Kleinstteilchen nunmehr ausfallen und über das im Trennboden (8) vorgesehene Trennbodenventil (11) gesammelt dem Sammelbecken (10) zugeführt werden, während der gereinigte Dampf durch die als Wärmetauscher ausgebildete Heizplatten (7) abgekühlt als Kondenssat über den Kondensablauf (20) zur Verfügung steht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Plattenpackungen (5) vorgesehen sind, die jeweils einen Hohlkörper (21) zur Aufnahme des Feststoff/Flüssigkeits-Gemisches bereitstellen, gebildet aus Heizplatte (7) und Filtermedium (6) und der einerseits mit dem Gemischeinlauf (19) und andererseits mit dem Sammelbecken (10) und über das Steigrohr (15) mit der Zyklonenkammer (9) des Vakuumunterdruckkessels (3) in Verbindung steht, wobei das Vakuum durch die am Auslass (17) des Vakuumunterdruckkessels (3) angeschlossene Vakuumpumpe (1) erzeugt wird und auf dessen Druckseite als Wärmetauscher ausgelegte Heizplatten (7) anschließen und den hierin kondensierte Flüssigkeit des Dampfes über den Kondensatablauf (20) hinausführen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zyklonenkammer (9) ein Wärmetauscher (22) in den Feststoff/Flüssigkeits-Gemischzulauf (16) installierbar ist.
Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hohlkammern anstehende Feststoff/Flüssigkeitsgemisch durch aufgebrachten externen Pressdruck zusätzlich verdichtbar ist.