DE102013111586A1

DE102013111586A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Klärung einer fließfähigen Suspension mit schwankendem Feststoffgehalt mit einer Zentrifuge, insbesondere einem selbstentleerenden Separator

Info

Publication number: DE102013111586A1
Application number: DE102013111586.1A
Authority: DE
Inventors: Tore Hartmann; Oliver Baumann
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-23
Also published as: US10022729B2; CA2925202A1; EP3060351B1; WO2015059089A1; US20160271625A1; EP3060351A1; CN105658337A; CA2925202C

Abstract

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Klärung einer fließfähigen Suspension (P) mit einer Zentrifuge, insbesondere einem diskontinuierlich Feststoff entleerenden – selbstentleerenden – Separator, der eine drehbare Trommel mit vertikaler Drehachse einem Zulauf für die zu klärende Suspension(P) und wenigstens einen Flüssigkeitsaustrag zum kontinuierlichen Austrag wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase (L) aufweist und diskontinuierlich zu öffnende Feststoffaustragsöffnungen zum diskontinuierlichen Austrag der Feststoffphase (S), weist die folgenden Schritte auf: a) Messen von einem oder mehreren der Suspensionsparameter Masse, Feststoffmasse in Suspension, Massestrom, Temperatur, Dichte, Summenzähler Dichte; und b) Auslösen eines zeitlich begrenzten Feststoffaustrags infolge einer wiederholten Bestimmung nach Schritt b) bei dem oder nach dem Überschreiten eines Grenzwertes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 32 28 074 A1 ist ein Verfahren bekannt, das in vorteilhafter Weise eine Steuerung eines kontinuierlich entleerenden Klärseparators mit einer Trommel ermöglicht. Hierbei wird ein Suspensionsparameter – hier der Trübungsgrad einer aus der Trommel ablaufenden Klarphase – ermittelt und dazu genutzt, um die Entleerung des Feststoffraumes der Trommel zu überwachen. Dabei wird die Feststoffphase kontinuierlich entleert. Wenn die Trübung in der Klarphase zu hoch wird, erfolgt eine Rückleitung der Klarphase in die Trommel.
Daneben ist es auch bekannt, einen Klärseparator zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Getränken, einzusetzen, bei dem die Feststoffe diskontinuierlich mit Hilfe eines Kolbenschiebers zum Öffnen und Verschließen von Austragsöffnungen entleert werden, wenn der mit der Fotozelle gemessene Trübungsgrad einen gewissen Grenzwert überschreitet.
Auch dieses Verfahren hat sich bei bestimmten Anwendungen bewährt. Leider gibt es Feststoffe, welche die Fotozelle mit der Zeit erblinden lassen, so dass in diesen Fällen keine zufriedenstellende Steuerung des Separators mehr gewährleistet ist. Daher besteht ein Bedarf an einfachen und dennoch möglichst präzisen Methoden, mit denen ein zur Entleerung von Feststoffen gut geeigneter Moment bei der Klärung von Suspensionen von Feststoffen mit diskontinuierlich selbstentleerenden Separatoren bestimmt wird.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem zu lösen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Geschaffen wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Klärung einer fließfähigen Suspension bzw. eines fließfähigen Produktes mit einer Zentrifuge, insbesondere einem diskontinuierlich Feststoff entleerenden – selbstentleerenden – Separator, der eine drehbare Trommel mit vertikaler Drehachse einem Zulauf für die zu klärende Suspension und wenigstens einen Flüssigkeitsaustrag zum kontinuierlichen Austrag wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase aufweist und diskontinuierlich zu öffnende Feststoffaustragsöffnungen zum diskontinuierlichen Austrag der Feststoffphase, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Messen von einem oder mehreren der Suspensionsparameter Masse, Feststoffmasse in Suspension, Massestrom, Temperatur, Dichte, Summenzähler Dichte; und b) Auslösen eines zeitlich begrenzten Feststoffaustrags infolge einer wiederholten Bestimmung nach Schritt a) bei dem oder nach dem Überschreiten eines Grenzwertes.
Die direkte oder indirekte Ermittlung von einem oder zwei oder mehreren der genannten Parameter ermöglicht es, jeweils die Feststoffmasse (oder einen hierzu proportionalen Wert) zu bestimmen, die seit der letzten Entleerung aus der Suspension abgetrennt worden ist, um einen Rückschluss auf den Befüllungsgrad des Feststoffraumes mit aus der Suspension abgetrenntem Feststoff zu ziehen, der sich im Feststoffsammelraum gesammelt hat. Insbesondere darf der Feststoff nicht den Rand des Tellerstapels erreichen. Wenn daher der ermittelte Feststoff-Massewert einen vorgegebenen – beispielweise im Versuchsbetrieb ermittelten – Grenzwert überschreitet, wird eine Entleerung ausgelöst, um den Feststoffsammelraum von Feststoff ganz oder jedenfalls weitestgehend zu entleeren.
Zur Bestimmung der Suspension- und/oder Feststoffmasse eignet sich insbesondere ein Coriolisdurchflussmessers, mit dem auf einfache Weise eine genügend genaue Bestimmung dieses Wertes bzw. dieser Werte möglich ist. Vorzugsweise ist der Coriolisdurchflussmessers dazu ausgelegt, parallel den Massestrom, die Dichte und die Dichte als Summenzähler zu messen.
Vorzugsweise misst er ferner die Temperatur. Dichte als Summenzähler bedeutet, dass die Dichte in Zeitabständen immer wieder gemessen, dass (direkt oder geeignet weiterverarbeitet, z.B. mit dem Zeitintervall zwischen den Messungen multipliziert) die Summe dieser Werte gebildet wird und somit ein Wert bestimmt wird, der direkt der Feststoffmasse entspricht.
Wenn das zu verarbeitende Suspension einen relativ gleichbleibenden, konstanten Feststoffanteil aufweist, kann es genügen, zur Massebestimmung den Massestrom pro Zeit an zulaufendem Suspension zu bestimmen und über die Zeit zu integrieren, insbesondere durch ein Aufsummieren, um daraus rechnerisch den Feststoffanteil zu bestimmen, der sich im Feststoffsammelraum gesammelt hat. Wenn dieser aber schwankt, kann es notwendig sein, mit Hilfe einer vorgespeicherten – z.B. im Versuch ermittelten – Tabelle oder mit Hilfe eines vorbestimmten funktionalen Zusammenhangs und der Messung eines weiteren Suspensionsparameters wie der Dichte jeweils zu bestimmen, wie hoch der Feststoffanteil im zulaufenden Suspension momentan gerade ist, was mit modernen Coriolisdurchflußmessern möglich ist. Mit einer zusätzlichen Temperaturbestimmung, welche der Coriolisdurchflussmesser vorzugsweise ebenfalls integriert mit durchführen kann und mit einem ergänzenden Aufsummieren der Messwerte – was vorzugsweise ebenfalls direkt von dem Coriolisdurchflussmesser/-sensor durchgeführt wird, kann der Befüllungsgrad des Feststoffsammelraums der Trommel ermittelt werden.
Gleichzeitig kann der Coriolis-Durchflussmesser (Coriolismesser) dazu benutzt werden, den selbstentleerenden Separator bzw. dessen Trommel vor zu großen Dichten im Zulauf zu schützen, indem der Zulauf unterbunden wird (z.B. durch Schalten eines Ventils), wenn die maximal zugelassene Dichte für den jeweiligen selbstentleerenden Separator überschritten wird. Dieser Wert ist vorbekannt und für jeden Separator ausgewiesen.
Die einzelnen Verfahrensschritte müssen nicht zwingend in einer Baueinheit des Separators ausgeführt werden, sondern können auch durch externe Geräte (insbesondere Messgeräte, Sensoren, Steuerungseinheit einzeln oder in Kombination dieser und ggf. weiterer Geräte) durchgeführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Gegenstand der Unteransprüche
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:  
1: eine schematische Schnittansicht eines Separators, welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; und
2: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen Separator 1 zum Klären von trübstoffhaltigen, fließfähigen Ausgangssuspensionen SU mit einer drehbaren Trommel mit vertikaler Drehachse. Die Verarbeitung der Suspension erfolgt im kontinuierlichen Betrieb. D.h., der Suspensionszulauf erfolgt kontinuierlich und auch das Ableiten wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase, Klarphase genannt.
Der selbstentleerende Separator verfügt über einen diskontinuierlichen Feststoffaustrag, wobei der aus einer Suspension durch Klärung abgetrennte Feststoff F intervallartig durch das Öffnen und Wiederverschließen von Austragsdüsen bzw. Austragsöffnungen 5 entleert wird.
Die Trommel weist ein Trommelunterteil 10 und einen Trommeldeckel 11 auf. Sie ist ferner vorzugsweise von einer Haube 12 umgeben. Die Trommel ist zudem auf eine Antriebsspindel 2 aufgesetzt, die drehbar gelagert und motorisch antreibbar ist.
Die Trommel weist einen Suspensionszulauf 4 auf, durch welchen eine zu klärende Suspension SU in die Trommel geleitet wird. Sie weist ferner wenigstens einen Ablauf 13 mit einem Greifer auf, welcher zur Ableitung einer Klarphase L aus der Trommel dient. Der Greifer ist eine Art Zentripetalpumpe. Der Flüssigkeitsaustrag könnte aber auch mit anderen Mitteln erfolgen. Zudem wäre es auch denkbar, neben der Klärung auch eine Trennung der Suspension in zwei Flüssigkeitsphasen verschiedener Dichte vorzunehmen. Hierzu wäre ein weiterer Flüssigkeitsablauf erforderlich.
Die Trommel weist vorzugweise ein Tellerpaket 14 aus axial beabstandeten Trenntellern auf. Zwischen dem Außenumfang des Tellerpakets 14 und dem Innenumfang der Trommel im Bereich ihres größten Innendurchmessers ist ein Feststoffsammelraum 8 ausgebildet. Feststoffe, welche im Bereich des Tellerpakets 14 von der Klarphase getrennt werden, sammeln sich in dem Feststoffsammelraum 8, aus dem die Feststoffe über die Austragsöffnungen 5 aus der Trommel ausgetragen werden können. Die Austragsöffnungen 5 können mittels eines Kolbenschiebers 6, welcher im Trommelunterteil 11 angeordnet ist, geöffnet und geschlossen werden. Bei geöffneten Austragsöffnungen wird der Feststoff F aus der Trommel in einen Feststofffänger 7 geschleudert.
Zur Bewegung des Kolbenschiebers 6 weist die Trommel einen Betätigungsmechanismus auf. Hier umfasst dieser wenigstens eine Zuleitung 15 für ein Steuerfluid wie Wasser und eine Ventilanordnung 16 in der Trommel und weitere Elemente außerhalb der Trommel. So wird der Zulauf des Steuerfluides wie Wasser über ein außerhalb der Trommel angeordnetes Steuerventil 17 ermöglicht, welches in einer außerhalb der Trommel angeordneten Zulaufleitung 19 für das Steuerfluid angeordnet ist, so dass für eine Entleerung durch Freigabe des Steuerventils das Steuerfluid in die Trommel spritzbar ist oder umgekehrt der Zustrom an Steuerfluid unterbrochen werden kann, um den Kolbenschieber entsprechend zu bewegen, um die Austragsöffnungen freizugeben. Der Betätigungsmechanismus – hier das Steuerventil 17 – ist über eine Datenleitung 18 mit einer Steuerungseinheit 9 zur Steuerung und/oder Regelung des Feststoffaustrags verbunden.
Im Zulauf 4 ist ein Coriolissensor 20 angeordnet. Der Coriolissensor 20 ist als Coriolis-Massendurchflussmesser ausgelegt. Die Funktion eines als Coriolis-Massendurchflussmesser ausgelegten Coriolissensors ist an sich bekannt. Wenn eine homogene Mischung der Feststoffphase S und der Flüssigkeitsphase im zulaufenden Suspension SU vorliegt, lassen sich über eine mit dem Sensor 20 ebenfalls durchführbare Dichtemessung und an sich bekannte Fluideigenschaften der Suspension die zwei Phasen S und L anteilig ermitteln. Ggf. werden diese Fluideigenschaften im Versuch oder im Testbetrieb ermittelt.
Der Coriolissensor 20 ist über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenleitung 21 mit der Auswerte- und Steuerungseinheit 9 (vorzugsweise ein Steuerungsrechner des Separators) verbunden, welche die ermittelten Messwerte auswertet und in Abhängigkeit von dieser Auswertung das Entleeren und damit die Öffnung der Austragsöffnungen 5 steuert.
Während der Klärung der Suspension SU unter Bildung der Klarphase L werden in der zu klärenden Suspension enthaltene Trubstoffe und andere Feststoffe im Feststoffsammelraum 6 des Separators gesammelt, der sich füllt. Wenn zu viele der Feststoffe in dem Sammelraum 6 angesammelt sind, beginnt deren Austrag mit der Klarphase (2), was möglichst zu vermeiden ist.
Nachfolgend wird unter Bezug auf 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mittels des vorbeschriebenen Separators durchgeführt wird, näher erläutert.
In den Separator wird vorzugsweise kontinuierlich die Suspension SU geleitet, in welchem diese geklärt wird. Es erfolgt ein kontinuierlicher Klarphasenaustrag der Klarphase L.
In dem Zulauf 4 ist der Coriolissensor 20 angeordnet, mit dem in einem Schritt 100 eine Messung von einem oder mehreren der Suspensionsparameter Masse, Feststoffmasse in Suspension, Massestrom, Temperatur, Dichte und/oder Summenzähler Dichte erfolgt. Das Signal des Coriolissensors 20 wird von der Steuerungseinheit 9 des Separators oder von einer in den Coriolissensor integrierten Elektronik in einem Schritt 200 aufsummiert. Dieser aufsummierte Wert wird in einem Summenzähler in dem Sensor selbst oder vorzugsweise in der Steuerungseinheit zwischengespeichert.
Sodann wird der aufsummierte Wert – vorzugsweise ein Massewert oder ein zum Massewert proportionaler Wert – in einem Schritt 300 mit einem vorgegebenen und vorab gespeicherten Grenzwert verglichen. Dieser vorgegebene Grenzwert kann beispielsweise vorab während Messungen im Probebetrieb so bestimmt worden sein, dass er einer 80%igen Füllung des Feststoffsammelraums mit Feststoff entspricht.
Solange der Grenzwert nicht erreicht ist, werden wiederholt erneut die Schritte 100 und 200 durchlaufen (angedeutet durch den Pfeil bei der „300“ nach unten).
Beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzwertes erfolgt dagegen in einem Schritt 400 eine Entleerung des Feststoffsammelraumes durch eine Betätigung des Kolbenschiebers. Dabei wird in einem Schritt 500 der Summenzähler auf Null zurückgesetzt und es startet erneut ein Messen gemäß Schritt 100 und ein Aufsummieren der Messwerte im Summenzähler gemäß Schritt 200 wiederholt bis zu einer erneuten Entleerung.
Bezugszeichenliste

1: Separator
2: Spindel
3: Sensor
4: Zulauf
5: Austragsöffnungen
6: Kolbenschieber
7: Feststofffänger
8: Feststoffsammelraum
9: Auswerteeinheit
10: Trommelunterteil
11: Trommeldeckel
12: Haube
13: Ablauf
14: Tellerpaket
15: Leitung für Hydraulikflüssigkeit
16: Ventil
17: Steuerventil
18: Datenleitung
19: Hydraulikleitung
20: Sensor
21: Datenleitung
SU: Suspension
L: Flüssigkeitsphase/Klarphase
F: Feststoffe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3228074 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Klärung einer fließfähigen Suspension (P) mit einer Zentrifuge, insbesondere einem diskontinuierlich Feststoff entleerenden – selbstentleerenden – Separator, der eine drehbare Trommel mit vertikaler Drehachse, mit einem Zulauf für die zu klärende Suspension(P) und mit wenigstens einem Flüssigkeitsaustrag zum kontinuierlichen Austrag wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase (L) aufweist sowie diskontinuierlich öffnende und sich wieder verschließende Feststoffaustragsöffnungen zum diskontinuierlichen Austrag der Feststoffphase (S), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Messen von einem oder mehreren der Suspensionsparameter Masse, Feststoffmasse in Suspension, Massestrom, Temperatur, Dichte und Summenzähler Dichte; und b) Auslösen eines zeitlich begrenzten Feststoffaustrags infolge einer wiederholten Bestimmung nach Schritt b) bei dem oder nach dem Überschreiten eines Grenzwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff-Massewert oder ein hierzu proportionaler Wert bestimmt wird, der seit der letzten Entleerung aus der Suspension abgetrennt worden ist, um einen Rückschluss auf den Befüllungsgrad des Feststoffraumes mit aus der Suspension abgetrenntem Feststoff zu ziehen,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von einem oder mehreren der Parameter des Schrittes a) wenigstens ein Coriolis-Durchflussmesser verwendet wird, mit dem ein Massestrom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung des Feststoffaustrags infolge eines zeitlichen Integrierens des Ausgangssignales des Coriolisdurchflussmessers nach einem Überschreiten eines Grenzwertes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Integrieren mittels Aufsummierens von Messwerten erfolgt und dass der Grenzwert ein Summengrenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension (P) mit einem schwankendem Feststoffgehalt verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse des Coriolis-Durchflussmesser (Coriolismesser) ferner dazu benutzt werden, den selbstentleerenden Separator bzw. dessen Trommel vor zu großen Dichten im Zulauf zu schützen, indem der Zulauf unterbunden wird, wenn die maximal zugelassene Dichte Separator überschritten wird.