DE102010016740A1

DE102010016740A1 - Düsenseparator und Verfahren zum Ableiten einer Feststoffphase aus dem Düsenseparator

Info

Publication number: DE102010016740A1
Application number: DE102010016740A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Horbach Ulrich; Dipl.-Ing. Göhmann Rüdiger
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2030-05-04
Also published as: CN102858463B; US20130053231A1; KR101761119B1; US8753254B2; DK2566626T4; PL2566626T5; BR112012027879B1; EP2566626B1; EP2566626B2; PL2566626T3; BR112012027879A2; EP2566626A1; KR20130053412A; WO2011138167A1; DK2566626T3; CN102858463A; DE102010016740B4

Abstract

Eine Zentrifuge, insbesondere Düsenseparator mit einer vertikalen Drehachse A, mit einer drehbaren Trommel (2) zur Verarbeitung einer zulaufenden Suspension, wobei die Trommel (2) mit einer Anordnung (4) zur Zuleitung von Waschflüssigkeit in den Trommelinnenraum versehen ist, die eines oder mehrere Zulaufrohre (6) aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass das wenigstens eine Zulaufrohr (6) oder die mehreren Zulaufrohre (6) derart ausgebildet und in der Trommel (2) angeordnet ist/sind, dass die Waschflüssigkeit mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung aus dem wenigstens einen Zulaufrohr austritt (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Separator, insbesondere einen Düsenseparator, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Es sind Verfahren unter dem Begriff „Replacement-Wash” bekannt, bei welchen mit sich radial im Trommelinnenraum nach außen erstreckenden Rezirkulationsleitungen eine Waschflüssigkeit in den Trommelinnenraum geleitet wird, so dass diese beim Eintritt in den Trommelinnenraum eine radiale und eine axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist. Die aus der Mutterlösung abgetrennte Feststoffphase wird durch die Waschlösung aufgenommen und als gewaschene Waschsuspension aus der Trommel über Düsen als Düsenphase aus der Trommel ausgeworfen (2).
Dieses Vorgehen hat sich grundsätzlich bewährt, allerdings ergeben sich Vermischungserscheinungen der Waschmittelphase mit der umgebenden feststoffbeladenen Flüssigkeit bzw. Suspension, da die frisch „injizierte” Waschflüssigkeit leichter ist als die umgebende feststoffbeladene Flüssigkeit und deshalb radial nach innen abgelenkt wird.
Die Erfindung zielt darauf ab, dieses Problem zu verringern.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8.
Durch den Schritt des Umlenkens der Waschflüssigkeit in Umfangsrichtung und das damit verbundene Aufprägen einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung werden mehrere vorteilhafte Effekte erzielt, welche das eingangs beschriebene Problem verringern.
So wird dem radialen Austausch von frischer Waschlösung und Suspension ein erhöhter Widerstand entgegengebracht. Aufgrund der zusätzlichen Umfangsgeschwindigkeit wird die Zentrifugalkraft auf die Waschflüssigkeit vergrößert. Die spezifisch schwerere Flüssigkeit kann die Waschflüssigkeit nicht mehr ganz oder teilweise nach innen verdrängen.
Durch die Umlenkung des Waschflüssigkeitsstroms in Umfangsrichtung können u. U. Füllkörper und dergleichen an der Innenwandung der Trommel entfallen, was eine konstruktive Vereinfachung der Zentrifuge zur Folge hat und zugleich das nutzbare Trommelvolumen vergrößert.
Sedimentationen von Feststoffen zwischen den Feststoffaustragsdüsen werden in Richtung dieser Düsen gespült.
Es ist sogar denkbar, dass auf einen Teil der erforderlichen Feststoffaustragsdüsen verzichtet werden kann, was die Maschinenkosten und die Verstopfungsgefahr verringert.
Das g-Feld wird durch die zusätzliche Umfangsgeschwindigkeit verstärkt.
Vorzugsweise liegen die Austrittsöffnungen der Zuleitungsrohre in Umfangsrichtung zwischen den Feststoffaustragsöffnungen, um eine besonders gute Wirkung der vorstehend beschrieben Art zu erzielen. Alternativ können sie aber auch radial in Verlängerung der Austrittsöffnungen liegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird in mehreren Ausführungsbeispielen die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel senkrecht zur Drehachse;
2 eine zu 1 analoge Ansicht einer bekannten Zentrifugentrommel;
3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer nach Art der 1 aufgebauten Zentrifugentrommel;
4 eine teilgeschnittene Ansicht eines Zulaufrohres; und
5 eine Diagramm, welches einen Produktverlust in % über einer Waschmenge in m³/h veranschaulicht.
2 zeigt einen Schnitt durch ein Unterteil 1 einer als Düsentrommel für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegten Separatortrommel 2 mit vertikaler Drehachse.
Zur Ableitung einer Feststoffphase weist die Separatortrommel 2 im Bereich ihres größten Durchmessers Feststoffaustragsdüsen 3 auf.
Die Düsentrommel ist mittels eines hier nicht dargestellten Antriebs drehbar und weist neben den in 2 dargestellten Komponenten einen Zulauf für eine zu verarbeitende Suspension auf, vorzugsweise ein Tellerpaket aus Trenntellern und eine oder mehrere Einrichtungen zur Ableitung wenigstens einer Flüssigkeitsphase. Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann an sich geläufig und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.
Neben dem Zulauf für die zu verarbeitende Suspension weist die Separatortrommel eine Anordnung 4 zur Zugabe von Waschflüssigkeit in das Trommelinnere auf (siehe zum besseren Verständnis auch 3).
Diese Anordnung weist einen Zulauf für Waschflüssigkeit (hier nicht zu erkennen) auf, der beispielsweise konzentrisch zum Zulauf(-rohr) für die zu verarbeitende Supension ausgebildet sein kann.
Der Zulauf für Waschflüssigkeit mündet in einen Verteiler 5 (siehe hierzu auch 3), der eine Mehrzahl von umfangsverteilten Austrittsöffnungen aufweist, die in sich radial in der Trommel nach außen erstreckende Zuleitungsrohre 6 zur Verteilung und Zuleitung der Waschflüssigkeit in das Trommelinnere münden.
Die Verteilerrohre 6 erstrecken sich nach dem Stand der Technik in der Trommel radial nach außen bis kurz vor die Feststoffaustragsdüsen 3 in der Trommelwand 8.
Zwischen benachbarten Feststoffaustragsdüsen 4 sind hier jeweils Wandverstärkungen in Form von Füllkörpern 9 umfangsverteilt angeordnet, die in den Innenraum der Separatortrommel 2 hineinragen und welche aus den Zulaufrohren 1 austretende Waschflüssigkeit in Richtung der Feststoffaustragsdüsen 3 lenken.
Die Zuleitungsrohre 6 für die Waschflüssigkeit dienen dazu, die Waschflüssigkeit, zumeist eine spezifisch leichtere Waschsäure, in das Trommelinnere in den Bereich kurz vor die Feststoffaustragsdüsen 3 zu leiten.
Wie bereits einleitend erläutert, kann es neben der zu erwartenden Ablenkung des Strahls der Waschflüssigkeit auch zu einer unerwünscht starken Vermischung mit der in der Separatortrommel 2 enthaltenen Suspension kommen, da die frisch zugegebene Waschflüssigkeit leichter ist als die umgebende, feststoffbeladene Flüssigkeit bzw. die Suspension, so dass die Waschflüssigkeit nach innen abgelenkt wird. Daraus resultiert ein Übertritt der Waschflüssigkeit in den Oberlauf, wodurch die Effektivität der Waschung beeinträchtigt ist.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, wie in 1 und 3 zu erkennen, die Waschflüssigkeit derart in den Trommelinnenraum zu leiten, dass sie beim Austritt aus dem Zulaufrohr eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung U – vorzugsweise in Umfangsdrehrichtung – aufweist.
Hierzu ist es zweckmäßig, die sich zunächst im Trommelinnenraum radial nach außen erstreckenden Zuleitungsrohre 6 in ihrem radial äußeren Bereich mit einem bogenförmigen Umlenkabschnitt 7 zu versehen, der dazu dient, die Waschflüssigkeit aus der Radialrichtung in Umfangsrichtung U (in Drehrichtung) umzulenken.
Dieser Umlenkungsabschnitt 7 ist nach 1 als ein 90°-Rohrbogen ausgebildet, wobei die Austrittsöffnung des Rohrbogens in Umfangsdrehrichtung U gerichtet ist, so dass die Waschflüssigkeit die Umlenkvorrichtung in Drehrichtung U verlässt.
Wie 4 zeigt, kann eine Austrittsdüse 10 am Ende jedes Zuleitungsrohres 6 angeordnet sein.
Der Umlenkungswinkel α in Umfangsrichtung U aus der Radialrichtung R beträgt vorzugsweise zwischen 45° und 120° (siehe auch 4).
Anders als nach 2 weist die Separatortrommel 2 an ihrer Innenwand vorzugsweise keine Füllkörper mehr auf, so dass der Innenumfang kreisförmig bzw. zylindrisch ausgebildet ist.
Bei dem Waschverfahren, wird zunächst Waschflüssigkeit, vorzugsweise eine spezifisch leichtere Waschsäure, durch die Zulaufrohre 6 in den Randbereich des Innenraums der Separatortrommel 2 geführt, wo sie in Umfangsrichtung U aus den Zulaufrohren 6 in das Trommelinnere austritt.
5 zeigt ein Diagramm zum Produktverlust in der Düsenphase in % über der Waschmenge in m³/h.
Die Versuche wurden im Separator DC 130 der Anmelderin durchgeführt. Dabei wurde dem Produktzulauf eine hochkonzentrierte Salzlösung als Tracer beigemischt und anschließend die Salzkonzentration im Oberlauf, bzw. der Greiferphase und Unterlauf, bzw. der Düsenphase, bestimmt. Somit könnte eine vollständige Massenbilanz im Separator durchgeführt werden.
Dabei wird die bislang bekannte Anordnung zur Zugabe von Waschflüssigkeit (gemäß 1) I und die erfindungsgemäße Anordnung II verglichen, wobei die Messwerte für die bekannte Anordnung durch Rauten I.1–I.3 und die Messwerte für die erfindungsgemäße Anordnung durch Quadrate II.1–II.6 dargestellt sind.
Bei der bisher bekannten Anordnung zur Zugabe von Waschflüssigkeit (nach 1) wurde das Verhältnis, in dem sich die jeweiligen Mengen auf Ober- und Unterlauf aufteilten, stark von den Dichten der Waschflüssigkeit und des Produktstroms beeinflusst. Diese sind abhängig vom Salzgehalt. Ist die Waschflüssigkeit schwerer als die Produktflüssigkeit, so kommt es bei der bekannten Anordnung zu keiner nennenswerten Vermischung.
Bei der Betrachtung der Messwerte der erfindungsgemäßen Anordnung konnte festgestellt werden, dass der Verlust an flüssigem Produkt, wie er durch die Vermischung der schwereren flüssigen Produktphase mit der leichteren Waschflüssigkeit eintreten kann, bei zunehmender Waschmenge verringert wird.
Obwohl auch bei der Zugabe der leichteren Waschflüssigkeit in Umfangsrichtung die radiale Vermischung nicht vollständig ausgeschlossen werden konnte, geht weniger an Produkt beim Abführen der Feststoffphase mit der Waschflüssigkeit verloren.
Bezugszeichenliste

1: Unterteil
2: Separatortrommel
3: Feststoffaustragsdüsen
4: Anordnung
5: Verteiler
6: Zuleitungsrohre
7: Umlenkabschnitt
8: Trommelwand
9: Füllkörper
10: Austrittsdüse
U: Umfangsrichtung

Claims

Zentrifuge, insbesondere Düsenseparator mit einer vertikalen Drehachse A, mit einer drehbaren Trommel (2) zur Verarbeitung einer zulaufenden Suspension, wobei die Trommel (2) mit einer Anordnung (4) zur Zuleitung von Waschflüssigkeit in den Trommelinnenraum versehen ist, die eines oder mehrere Zulaufrohre (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zulaufrohr (6) oder die mehreren Zulaufrohre (6) derart ausgebildet und in der Trommel (2) angeordnet ist/sind, dass die Waschflüssigkeit mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung aus dem wenigstens einen Zulaufrohr austritt.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (2) mit einer Mehrzahl von umfangsverteilten Feststoffaustragsdüsen (3) versehen ist, wobei die Anzahl an Zuleitungsrohren (6) der Anzahl an Feststoffaustragsöffnungen (3) entspricht.
Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungsrohre (6) für Waschflüssigkeit jeweils einen sich in der Trommel radial erstreckenden Abschnitt aufweisen und einen sich daran nach außen anschließenden bogenförmigen Abschnitt (7) zur Umlenkung der Waschflüssigkeit in Umfangsdrehrichtung.
Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungsrohre (6) jeweils eine Austrittsöffnung aufweisen, die mit einer Austrittsdüse (10) versehen ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Feststoffaustrittsdüsen (3) keine Füllkörper an der Trommelinnenwand ausgebildet sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Zuleitungsrohre (6) in Umfangsrichtung zwischen den Feststoffaustragsöffnungen (3) liegen.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Zuleitungsrohre (6) in Umfangsrichtung jeweils mittig zwischen zueinander benachbarten Feststoffaustragsöffnungen (3) liegen.
Verfahren zum Ableiten einer Feststoffphase aus einer Zentrifuge, die nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung (U) in den Trommelinnenraum geleitet wird.