DE102010038195A1

DE102010038195A1 - Verfahren zur Phasentrennung eines Produktes mit einer Zentrifuge

Info

Publication number: DE102010038195A1
Application number: DE102010038195A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Mackel Wilfried; Dipl.-Ing. Eickhoff Klaus-Peter
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-19
Also published as: DK2627452T3; EP2627452A1; EP2627452B1; RU2573875C2; PT2627452T; BR112013009009A2; RU2013120494A; CN103153474A; PL2627452T3; ES2692825T3; CN103153474B; US9463473B2; BR112013009009B1; AR083335A1; WO2012049119A1; US20140051563A1

Abstract

Ein Verfahren zur Verarbeitung eines Produktes mittels einer Phasentrennung in wenigstens zwei Flüssigkeitsphasen in Verbindung mit einer zusätzlichen Klärung von Feststoffen, wobei die Verarbeitung des Produktes in einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge erfolgt, die als Separator ausgebildet ist, welcher eine drehbare Trommel (3) mit vertikaler Drehachse (D) aufweist, in welcher ein Trenntellerpaket mit Steigekanälen angeordnet ist, und mit einem Produktzulaufrohr (4) und wenigstens zwei Schälorganen (13, 16) zum Ableiten einer leichteren und einer schwereren Flüssigkeitsphase aus der Trommel und Feststoffaustragsöffnungen (10) zum Ableiten einer Feststoffphase aus der Trommel versehen ist, wobei sich eine Trennzone zwischen der leichteren und der schwereren. Flüssigkeitsphase (HP, LP) in der Zentrifuge ausbildet, zeichnet sich dadurch aus, dass die leichtere Flüssigkeitsphase (LP) kontinuierlich und die schwerere Flüssigkeitsphase (HP) und die Feststoffphase diskontinuierlich aus der Trommel (1) abgeleitet wird (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Produktes mittels einer Phasentrennung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb von Trennseparatoren treten Probleme mit der kontinuierlichen Ableitung der schwereren Phase insbesondere dann auf, wenn der Anteil der schwereren Phase relativ zur leichteren Phase sehr gering ist, beispielsweise wenn der Anteil der schwereren Phase am zulaufenden Produkt kleiner als 3%, vorzugsweise kleiner als 1%.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem auf einfache Weise zu lösen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1, also mit einfachen Mitteln und mit einem sehr einfachen Verfahren dadurch, dass die schwerere Flüssigkeitsphase HP und die Feststoffphase nur diskontinuierlich ausgetragen werden, wohingegen die leichtere Flüssigkeitsphase LP kontinuierlich aus der Trommel geleitet wird.
Derart kann sich im Betrieb zunächst stets eine genügende Menge der schwereren Phase weiter außen in der Trommel sammeln, bis es möglich ist, diese Menge an schwererer Phase aus der Trommel abzuleiten. Sodann wird die Ableitung für einen gewissen Zeitraum unterbrochen, bis sich wieder eine genügende Menge an schwerer Flüssigkeitsphase außen in der Trommel gesammelt hat, um sie aus der Trommel abzuleiten. Daneben kann die Feststoffphase ebenfalls – vorzugsweise zeitlich unabhängig von der Entleerung der schweren Flüssigkeitsphase – diskontinuierlich aus der Trommel ausgeworfen werden, beispielsweise durch von einem Kolbenschieber verschiebbare Feststoffaustragsöffnungen.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verarbeitung von pflanzlichen oder tierischen Ölen und Fetten einsetzen, welche nur einen relativ geringen Anteil an schwerer Phase von insbesondere weniger als 3% aufweisen.
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 Schnittansicht einer schematisch dargestellten Separatortrommel mit einer Haube; und
2 eine schematische Darstellung eines Verschwenken eines Schälorgans auf verschiedene Durchmesser.
1 zeigt eine an sich kontinuierlich arbeitende Separatortrommel 1, die eine vertikal ausgerichtete Drehachse am Radius r₀ aufweist.
Die drehbare Separatortrommel 1 ist auf eine Drehspindel 2 gesetzt, die z. B. direkt oder über einen Riemen angetrieben wird und die drehbar gelagert ist (hier nicht dargestellt). Die Drehspindel 2 kann in ihrem oberen Umfangsbereich konisch ausgestaltet sein. Die Separatortrommel 1 ist von einer sich nicht mit der Trommel drehenden, stillstehenden Haube 3 umgeben.
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 vorteilhaft doppelt konische Separatortrommel 1 weist ein Produktzulaufrohr 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 in das Innere der Separatortrommel 1 und wenigstens einen 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 aus konisch geformten Trenntellern (nicht dargestellt) liegen.
Nach oben wird das Tellerpaket 8 von einem Scheideteller 9 abgeschlossen, der einen größeren Durchmesser aufweist als das Tellerpaket 8.
Innerhalb des Trenntellerpaktes und dort vorzugsweise innerhalb des Steigekanals 7 bildet sich im Betrieb bei einer entsprechenden Rotation der Trommel an einem bestimmten Radius – der Emulsionslinie oder Trennlinie (auch E-Linie genannt) – eine Trennzone zwischen einer leichteren Flüssigkeitsphase LP und einer schwereren Flüssigkeitsphase HP aus.
Die Feststoffphase ist mit S bezeichnet. Sie wird diskontinuierlich durch Feststoffaustragsöffnungen 10 abgeleitet, welche diskontinuierlich mit Hilfe eines Kolbenschiebers 11 geöffnet und geschlossen werden können.
Die leichtere Flüssigkeitsphase LP (light Phase) wird an einem inneren Radius r_LP mit in eine Schälkammer 12 und von dort mit Hilfe eines ersten Schälorgans, einer Schälscheibe 13 (auch Greifer genannt), aus der Trommel geleitet.
Mit Hilfe des durch die Rotationsenergie der Flüssigkeit entstehenden Staudrucks wirkt die Schälscheibe wie eine Pumpe. Der Schälscheibe kann z. B. außerhalb des Separators in deren nachgeschalteter Ableitung ein Ventil (hier nicht dargestellt) zur Androsselung nachgeschaltet sein.
Der Einlass 14 in die Schälscheibe 13 liegt auf einem festen Durchmesser, der nicht verstellbar ist.
Die schwere Flüssigkeitsphase HP (heavy Phase) strömt dagegen um den äußeren Umfang des Scheidetellers 9 herum durch einen Ableitungskanal 15 in eine zweite Schälkammer 15, in welcher ein zweites Schälorgan 16 angeordnet ist.
Dieses Schälorgan ist derart ausgebildet, dass sein Einlass bzw. seine Einlassöffnung 17 innerhalb der Schälkammer kontinuierlich oder diskontinuierlich verstellbar ist (siehe hierzu auch 2), so dass wenigstens ein erster innerer Radius Ri und ein äußerer Radius Ra in der Trommel erreicht werden können.
Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass das zweite Schälorgan 16 als ein Schälrohr ausgebildet ist, welches im Schnitt der 1 L-förmig ausgebildet ist und einen ersten Abschnitt 18 aufweist, welcher in der Schälkammer radial ausgerichtet ist und einen zweiten, parallel zur Drehachse D ausgerichteten Abschnitt 19, welcher nach oben aus dem drehenden System geführt ist, wobei der Abschnitt 19 um seine Längsachse auf dem Radius r19 drehbar ist. Ein Verschwenken des Schälrohrs 18 um diese Drehachse r19 (siehe 2) ermöglicht es, den Einlass 17 zwischen dem erwähnten inneren Radius Ri (gestrichelte Darstellung in 2) und dem äußeren Radius Ra zu verschwenken (nicht gestrichelte Darstellung in 2).
Vorzugsweise vorteilhaft außerhalb des Separators ist eine Vorrichtung zum Verschwenken des Schälrohrs angeordnet.
Das Verschwenken an sich kann auf verschiedenste Weise realisiert werden, so beispielsweise mittels eines Zahnradgetriebes, eine Hebelmechanismus oder mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebs.
Hierzu kann beispielsweise am Rohraußendurchmesser ein Verzahnungssegment 20 ausgebildet sein, das mit einem Antriebszahnrad 21 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Getriebes kämmt, welchem ein Elektromotor (nicht dargestellt) vorgeschaltet ist. Der Antrieb und die Getriebeverbindung zum Schälorgan können aber auch auf andere Weise realisiert werden.
Der vorstehend beschriebene Dreiphasen-Trennseparator mit der Trommel 1 mit vertikaler Drehachse eignet sich zur Trennung verschiedenster Flüssigkeitsgemische wie beispielsweise zur Abtrennung von Wasser aus Öl.
Beim Betrieb von Trennseparatoren treten Probleme mit der kontinuierlichen Ableitung der schwereren Phase insbesondere dann auf, wenn nur sehr kleine Volumenströme dieser Phase zu verarbeiten sind bzw. wenn der Anteil der schwereren Phase relativ zur leichteren Phase sehr gering ist, beispielsweise wenn der Anteil der schwereren Phase am zulaufenden Produkt kleiner als 3%, vorzugsweise kleiner als 1%, ganz besonders bevorzugt 0,5%.
Dieses Problem wird mit Hilfe des dargestellten Trennseparators dadurch gelöst, dass die schwerere Flüssigkeitsphase Hp nur diskontinuierlich ausgetragen wird.
Dies kann nach einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung dadurch realisiert werden, dass das verstellbare zweite Schälorgan 16 in einem ersten Schritt i) auf einen so kleinen Radius Ri eingestellt ist oder – wenn es nicht bereits auf diesem inneren Radius aufgestellt ist – wird, dass es im Betrieb nicht in die schwere Phase HP eintaucht. Derart sammelt sich die schwere Phase – beispielsweise Wasser bei der Trennung von Wasser und Öl – außen in der Trommel 1 an, so dass der Radius, bis zu dem die schwerere Phase, insbesondere das Wasser, reicht, in der Trommel 1 von außen nach innen hin ansteigt.
Beim Erreichen eines vorgegebenen inneren Radius, beispielsweise dann, wenn die schwerere Flüssigkeitsphase HP – insbesondere das Wasser – den Einlass 17 des Schälorgans 16 erreicht (oder beispielsweise nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls), wird der Einlass 17 des Schälorgans 16 in einem Schritt ii) auf einen größeren Radius Ra (siehe 1 und 2) derart verstellt, dass er in die schwerere Flüssigkeitsphase HP eintaucht, so dass die schwerere Flüssigkeitsphase HP aus der Trommel 1 abgeleitet wird. Da mehr schwerere Flüssigkeitsphase HP abgeleitet wird, als mit dem zugeleiteten Produkt in die Trommel fließt, steigt infolge des Ableitens der maximale Radius, bis zu welchem sich die schwerere Flüssigkeitsphase HP in der Trommel 1 erstreckt, weiter radial relativ zur Drehachse D nach außen an. Sobald derart eine genügende Menge der schwereren Flüssigkeitsphase HP abgeschöpft ist, wird der Einlass 17 wieder auf einen – vorzugsweise den inneren Radius Ri aus Schritt i) – verschwenkt, so dass erneut entsprechend Schritt i) das Ableiten der schwereren Phase HP unterbrochen wird.
Es ist besonders vorteilhaft, im Betrieb beim Anfahren zunächst nur die schwere Phase – beispielsweise Wasser – in die Trommel 1 zu leiten und erst dann, wenn sich ein genügender Wasserpegel ausgebildet hat, das eigentliche zu verarbeitende Produkt zuzuleiten.
Derart können auch schwerere Flüssigkeitsphasen aus einem Flüssigkeitsgemisch abgetrennt werden, in welchem der Anteil der schwereren Phase HP relativ zur leichteren Phase LP nur sehr gering ist.
Als vorteilhaft zu erwähnen ist insbesondere auch, dass mit dem erfindungsgemäßen durch die verminderte Reibleistung eine Energieeinsparung erzielbar ist.
Der Zeitpunkt des Abschöpfens der schweren Phase kann auch über Zeitsteuerung gesteuert werden und besonders einfach beispielsweise in festen Intervallen erfolgen.
Alternativ und mit höherer Präzision kann der Zeitpunkt des Abschöpfens mittels einer Sensierung und/oder Messung erfolgen (vorteilhaft wären insofern insbesondere: ein Kontaktmanometer, ein Durchflussmesser, ein Wassersensor im Ablauf).
Bezugszeichenliste

1: Separatortrommel
2: Drehspindel
3: Haube
4: Produktzulaufrohr
5: Verteiler
6: Auftrittsöffnungen
7: Steigekanal
8: Tellerpaket
9: Scheideteller
10: Feststoffaustragsöffnungen
11: Kolbenschieber
12: Schälkammer
13: Schälscheibe
14: Einlass
15: Ableitungskanal
16: Schälorgan
17: Einlass
18: erster Abschnitt
19: Zweiter Abschnitt
20: Verzahnungssegment
21: Antriebszahnrad
P: Produktzulauf
HP: Schwere Phase
LP: Leichte Phase
F: Seststoffphase
D: Drehachse

Claims

Verfahren zur Verarbeitung eines Produktes mittels einer Phasentrennung in wenigstens zwei Flüssigkeitsphasen in Verbindung mit einer zusätzlichen Klärung von Feststoffen, a. wobei die Verarbeitung des Produktes in einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge erfolgt, die als Separator ausgebildet ist, welcher eine drehbare Trommel (3) mit vertikaler Drehachse (D) aufweist, in welcher ein Trenntellerpaket mit Steigekanälen angeordnet ist, und mit einem Produktzulaufrohr (4) und wenigstens zwei Schälorganen (13, 16) zum Ableiten einer leichteren und einer schwereren Flüssigkeitsphase aus der Trommel und Feststoffaustragsöffnungen (10) zum Ableiten einer Feststoffphase aus der Trommel versehen ist, wobei sich eine Trennzone zwischen der leichteren und der schwereren Flüssigkeitsphase (HP, LP) in der Zentrifuge ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass b. die leichtere Flüssigkeitsphase (LP) kontinuierlich und die schwerere Flüssigkeitsphase (HP) und die Feststoffphase diskontinuierlich aus der Trommel (1) abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produkt verarbeitet wird, dessen Anteil an der schwereren Phase relativ zur leichteren Phase relativ gering ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwerere Flüssigkeitsphase (HP) und die Feststoffphase verschieden zeitlich diskontinuierlich aus der Trommel (1) abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum diskontinuierlichen Ableiten der schwereren Flüssigkeitsphase das Schälorgan (16) zum Ableiten der schwereren Phase auf verschiedene Radien (Ri, Ra) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Schälorgan (16) in einem ersten Schritt i) auf einen derart kleinen Radius eingestellt ist oder – wenn es nicht bereits auf diesem inneren Radius aufgestellt ist – wird, dass seine Einlassöffnung (17) im Betrieb nicht in die schwere Flüssigkeitsphase HP eintaucht, so dass sich die schwerere Flüssigkeitsphase außen in der Trommel ansammelt, wobei der Radius, bis zu dem die schwerere Flüssigkeitsphase reicht, in der Trommel von außen nach innen hin ansteigt und dass dann, wenn die schwerere Flüssigkeitsphase bis auf einen inneren Radius angestiegen ist, beispielsweise dann, wenn die schwerere Flüssigkeitsphase den Einlass (17) des Schälorgans (16) erreicht, der Einlass (17) des Schälorgans in einem Schritt ii) auf einen größeren Radius gestellt wird, so dass der Einlass (17) in die schwerere Flüssigkeitsphase eintaucht, wodurch die schwere Flüssigkeitsphase aus der Trommel (1) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ableiten der schwereren Flüssigkeitsphase der Einlass (17) des beweglichen Schälorgans (16) wieder auf einen inneren Radius verschwenkt wird, so dass erneut entsprechend Schritt i) das Ableiten der schwereren Phase unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ableiten der schwereren Flüssigkeitsphase dann, wenn die schwerere Flüssigkeitsphase einen bestimmten äußeren Radius erreicht, der Einlass (17) des beweglichen Schälorgans (16) wieder auf einen inneren Radius verschwenkt wird, so dass erneut entsprechend Schritt i) das Ableiten der schwereren Phase unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ableiten der schwereren Flüssigkeitsphase nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitraums der Einlass (17) des beweglichen Schälorgans (16) wieder auf einen inneren Radius verschwenkt wird, so dass erneut entsprechend Schritt i) das Ableiten der schwereren Phase unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Produkt ein Öl-Wasser-Feststoff-Gemisch verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der schwereren Phase am zulaufenden Produkt kleiner als 3%, vorzugsweise kleiner als 1%, ist.