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Vollmantel-Schleudertrommel Für die Zentrifugalabtrennung von Feststoffen
aus Flüssigkeiten werden im allgemeinen Zentrifugen mit einer Vollmantel-Schleudertrommel
verwendet, die einen außerhalb des Tellersatzes gelegenen Schlammraum aufweist,
in den die von der Schleuderflüssigkeit getrennten Feststoffe hineingeschleudert
werden.
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Charakteristisch für eine Trommel zum Abschleudern von Feststoffen
aus einer einphasigen Flüssigkeit ist, daß sie nur einen Flüssigkeitsablauf aufweist.
Der Einlauf zum Trennraum ist im allgemeinen so ausgebildet, daß das zu behandelnde
Schleudergut um den Verteilerfuß herum in den Behandlungsraum geleitet wird, um
den Tellereinsatz in seiner gesamten radialen Ausdehnung für den Kläreffekt auszunutzen.
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Es kann bei solchen Zentrifugen vorkommen, daß durch Versagen anderer
Einrichtungen plötzlich eine zweite, spezifisch schwerere Flüssigkeit in das Schleudergut
gelangt. Ein solcher Flüssigkeitseinbruch ist nicht immer ohne weiteres festzustellen,
und da eine Klärtrommel nicht zum Trennen eines aus zwei flüssigen Komponenten bestehenden
Gemisches eingerichtet ist, ist eine nachträgliche Wiederzerlegung in der Schleudertrommel
nicht möglich. Das Gemisch tritt deshalb entweder unzerlegt, aber geklärt durch
den einzigen Flüssigkeitsablauf aus :der Schleudertrommel aus, oder die sich in
der Trommel von der leichteren Flüssigkeit trennende und im peripheren Teil verbleibende
schwerere Flüssigkeit verlegt den Durchgang zwischen dem Verteilerfuß und dem Trommelboden,
so daß der Einlaufraum überläuft und das Gemisch ungeklärt in den für die Klarphase
vorgesehenen Ablauf übertritt. Dabei ist es gleichgültig, ob dieser Ablauf offen
ist, aus einem Schälorgan besteht oder hermetisch mit der Schleudertrommel verbunden
ist. Die durch den Einbruch der zweiten Flüssigkeit verursachte Verunreinigung der
Nutzflüssigkeit kann in den nachfolgenden Behandlungsstufen zu unerwünschten Reaktionen
führen oder sich erst am Endprodukt bemerkbar machen und so erhebliche Verluste
oder kostspielige Nachbehandlungen zur Folge haben.
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Für das Abschleudern von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsgemisch
bei gleichzeitiger Zerlegung desselben in seine Komponenten werden Vollmantelzentrifugen
verwendet, deren Schleudertrommel sich von der vorbeschriebenen dadurch unterscheidet,
daß sie zwei Flüssigkeitabläufe aufweist. Die einzelnen Einsatzteller können mit
mehreren über den Umfang verteilten Steiglöchern versehen sein. Der Tellereinsatz
wird von einem Scheideteller größeren Durchmessers abgedeckt.
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In einer solchen Schleudertrommel bildet sich während des Betriebes
zwischen den flüssigen Komponenten eine Trennzone, und der Ablauf für den schwereren
Flüssigkeitanteil wird normalerweise so eingestellt, daß die Trennzone zwischen
den radial inneren und den radial äußeren Rand der Steigkanäle zu liegen kommt.
Das Schleudergut wird im allgemeinen durch Bohrungen im Verteilerfuß und die Steigkanäle
im Tellereinsatz in den Trennraum der Trommel eingeleitet.
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Damit beim Anlaufen einer solchen Zentrifuge das Schleudergut nicht
unbehandelt durch den Ablauf für die schwerere Komponente austritt, muß vor dem
öffnen des Zulaufes eine solche Menge der schwereren Flüssigkeit als Sperrflüssigkeit
in die Schleudertrommel eingelassen werden, daß bei geöffnetem Zulauf der Scheideteller
noch in diese Flüssigkeit eintaucht. Wird zu wenig Sperrflüssigkeit eingelassen,
so verschiebt sich beim Öffnen des Zulaufes die Grenzfläche über den Außenrand des
Scheidetellers hinaus, so daß der gewünschte Verschluß nicht erzielt wird. Um in
dieser Hinsicht ganz sicherzugehen, wird der Schleudertrommel Sperrflüssigkeit in
einer solchen Menge zugeführt, bis sie am Ablauf für die schwerere Komponente auszutreten
beginnt: Nach dem öffnen des Zulaufes weicht dann die Grenzfläche in der. Schleudertrommel
so weit zurück, bis das hydrostatische Gleichgewicht zwischen den Komponenten hergestellt
ist, was der Lage der Trennzone entspricht.
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Je nach ihrer Lage, die vom Unterschied im spezifischen Gewicht der
beiden flüssigen Komponenten und dem radialen Abstand des Ablaufes für die schwerere
Komponente von der Trommelachse abhängig ist, kann die Sperrflüssigkeit mehr als
die Hälfte des Trommelvolumens einnehmen.
Wenn in einem Schleudergut
die schwerere Flüssigkeit nur in ganz geringen Mengen enthalten oder gar gleich
Null ist, wie es bei zu reinigenden Ölen mitunter der Fall sein kann - was aber
nicht vorauszusehen ist -, so stellt die in die Schleudertrommel eingelassene Sperrflüssigkeit
einen unnötigen Ballast dar, der die Klärleistung der Trommel dadurch erheblich
beeinträchtigt, daß sie gerade den radial äußeren Teil des Trommelinnenraumes einnimmt,
in dem die Trennkräfte am größten sind.
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Es gibt auch Schleudergüter, bei denen die schwerere Flüssigkeit in
.der leichteren bis zu einem gewissen Grad löslich ist, so daß bei stärkerem Rückgang
des schwereren Flüssigkeitanteils ein allmählicher Verzehr auftritt, bis schließlich
der Flüssigkeitverschluß verlorengeht und das Schleudergut unbehandelt durch den
Ablauf für die schwerere Komponente austritt.
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Das gleiche kann auch eintreten, wenn bei großer Durchsatzleistung
ein Teil der schwereren Flüssigkeit von der leichteren mitgerissen wird.
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Schließlich gibt es auch noch Schleudergüter, bei denen die schwerere
Flüssigkeit nur in Spuren im Schleudergut enthalten ist und als wertvolle Komponente
gewonnen werden soll. Von dieser Flüssigkeit wäre bei den bisher bekannten Trommelkonstruktionen
eine große Menge als Sperrflüssigkeit vor dem Öffnen des Zulaufes in die Schleudertrommel
einzufüllen, die unter Umständen in dem betreffenden Betrieb gar nicht zur Verfügung
steht. Es muß dann mit einer anderen Flüssigkeit als Sperrflüssigkeit gearbeitet
werden, die nachher von der gewonnenen Nutzflüssigkeit auf zentrifugalem oder destillativem
Weg wieder getrennt werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantel-Schleudertrommel
zu schaffen, die - als Klärer verwendet - beim Einbruch einer zweiten, spezifisch
schwereren Flüssigkeit automatisch zum Trenner wird und - als Trenner verwendet
- automatisch zum Klärer wird, wenn der spezifisch schwerere Flüssigkeitanteil bis
auf Null zurückgeht. Die Schleudertrommel paßt sich somit in ihrer Arbeitweise selbsttätig
der Zusammensetzung des zulaufenden Schleudergutes an und verhindert ebenso selbsttätig
ein Durchschlagen der spezifisch leichteren Flüssigkeit oder des zu behandelnden
Schleudergutes zum Ablauf für die spezifisch schwerere Komponente.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß im oder am Trommeloberteil
bzw. Trommelunterteil eine oder mehrere sackförmige, mit einer Sperrflüssigkeit
zu füllende Mulden vorgesehen sind, von denen ein oder mehrere Kanäle zu einem zweiten,
in der Nähe der Trommelachse gelegenen Ablauf führen. Diese Mulde kann als Ringmulde
ausgebildet sein, die sich über den ganzen Umfang des Trommelinnenraumes erstreckt.
Die Anordnung derartiger Mulden im Trommeldeckel ist bei selbstaustragenden Zentrifugen,
die neben der Abschleuderung von Feststoffen die aus zwei Komponenten bestehende
Trägerflüssigkeit zerlegen, bereits bekannt. Jedoch dienen sie bei jener Trommelbauart
der Lösung einer anderen Aufgabe, nämlich das Auffüllen der Trommel mit Sperrflüssigkeit
nach jeder Vollentschlammung überflüssig zu machen, um einerseits die Bedienung
der Zentrifuge und das Einführen einer Automation zu erleichtern und um andererseits
die eigentliche Betriebszeit der Zentrifuge zu verlängern. Neben den bereits genannten
Vorteilen liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Vollmantel-Schleudertrommel
darin, daß bei der Schleuderbehandlung von verunreinigten Flüssigkeitgemischen,
in denen die spezifisch schwerere Flüssigkeit nur in ganz geringen Mengen enthalten
ist, über einen relativ langen Zeitraum der Ballast nicht vorhanden ist, den die
unter Umständen den größten und wichtigsten Teil des Trommelinnenraumes einnehmende
Sperrflüssigkeit darstellt. Bis sich der äußere Teil des Trommelinnenraumes bis
zur Trennzone mit der vom Schleudergut abgetrennten schwereren Flüssigkeit gefüllt
hat, steht ein wesentlich größeres Trommelvolumen der Klärung zur Verfügung, wodurch
der Kläreffekt verbessert wird.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt die linke Hälfte von F i g. 1 die Anordnung der sackförmigen Mulden
im Trommeloberteil, die rechte Hälfte von F i g. 1 derartige Mulden im Trommelunterteil
und F i g. 2 eine Konstruktion, bei der die Mulden beim Zusammenbau mehrerer Teile
am Trommeloberteil entstehen.
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Mit 1 ist das Trommelunterteil, mit 2 das Trommeloberteil
und mit 3 der Verschlußring bezeichnet. Auf der Innenseite des Trommelmantels 4
und außerhalb der Einsatzteller 5 ist ein Schlammraum 6 vorgesehen, in den die vom
Behandlungsgut getrennten Feststoffe hineingeschleudert werden.
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Das Schleudergut wird durch ein nicht dargestelltes Zulaufrohr in
den vom Verteiler 7 umschlossenen Einlauf 8 eingeleitet und strömt entweder um den
Verteilerfuß 9 herum oder durch die Steigkanäle 10 in den von den Einsatztellern
5 unterteilten Trennraum. Mit 11 ist der Flüssigkeitauslaß bezeichnet, durch
den bei Verwendung der Schleudertrommel als Klärtrommel die einzige und bei Verwendung
der Trommel als Trenntrommel die spezifisch leichtere Flüssigkeit austritt.
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Erfindungsgemäß sind im oder am Trommeloberteil oder Trommelunterteil
eine oder mehrere sackförmige Mulden 12 vorgesehen, von denen ein oder mehrere Kanäle
13 zu einem zweiten Flüssigkeit ablauf 14 führen. Nach dem Ingangsetzen der Schleudertrommel,
aber vor dem Öffnen des Zulaufes, wird durch den Flüssigkeitablauf 14 Sperrflüssigkeit
in einer abgemessenen Menge den Mulden 12 zugeführt, die dadurch bis zum überlauf
h gefüllt werden. Nach dem Öffnen des Zulaufes bewirkt der auf der Sperrflüssigkeit
lastende Druck des Schleudergutes bei gleichzeitiger Auffüllung der Kanäle 13 ein
Zurückweichen der Grenzfläche in der Mulde 12 bis zur Niveaulinie hl.
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Das Volumen der Mulden 12 steht zum Volumen der von ihnen ausgehenden
Kanäle 13 in einem solchen Verhältnis, daß der radiale Unterschied zwischen den
Niveaulinien H und h1 so gering ist, daß die spezifisch leichtere Flüssigkeit oder
das Schleudergut nicht zu den Kanälen 13 durchschlagen kann.
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Wird die Schleudertrommel gemäß der Erfindung als Klärer eingesetzt,
so läuft nur die Füllung der Mulden 12 als Ballast mit um, während der gesamte Trommelinnenraum
von Sperrflüssigkeit frei ist und somit allein zum Abtrennen der Feststoffe zur
Verfügung steht. Bei einem plötzlichen Einbruch einer zweiten, spezifisch schwereren
Flüssigkeit scheidet
sich diese im peripheren Teil des Trommelinnenraumes
ab. Sobald sie das Niveau h erreicht, tritt sie in die Mulde 12 über und verdrängt
die leichtere Flüssigkeit durch die Bohrung 15 im Abdeckteller 16. Dabei verschiebt
sich die Grenzfläche in Richtung zur Trommelachse, und die Schleudertrommel beginnt
als Trenner zu arbeiten, indem sie nun die zweite Flüssigkeit kontinuierlich durch
den Ablauf 14 ableitet.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Schleudertrommel
als Trenner werden die beiden flüssigen Komponenten kontinuierlich :durch die Abläufe
11 und 14 ausgetragen. Wenn der Anteil der spezifisch schwereren Flüssigkeit auf
Null zurückgeht, so versiegt der Ablauf 14, die Schleudertrommel arbeitet als Klärer
und verhindert automatisch ein Durchschlagen der verbleibenden einzigen Flüssigkeit
zum Auslaß 14, auch wenn infolge Verzehrs der im peripheren Teil der Trommel
mitumlaufende Flüssigkeitsring im Laufe der Zeit völlig verbraucht wird.
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Die Schleudertrommel gemäß der Erfindung kann auch zum Trennen von
Flüssigkeit gemischen verwendet werden, die nicht durch Feststoffe verunreinigt
sind.
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Der Abdeckteller 16 schützt die Sperrflüssigkeit in den Mulden
12 gegen Strömungswirbel und verhindert dadurch einen Verbrauch der darin
untergebrachten Sperrflüssigkeit.
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Die Ausführungsform nach der rechten Hälfte von F i g. 1 ist nach
Erläuterung der anderen Zeichnungshälfte ohne weiteres verständlich. Um das Einlassen
der Sperrflüssigkeit zu erleichtern, ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Trommelboden
eine rinförmige Nut 17 vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 wird die
Mulde 12 vom Trommeldeckel 2 und einem Einsatz 18 gebildet. Eine eventuell im Schleudergut
enthaltene zweite Flüssigkeitkomponente gelangt, wenn sie die Steigkanäle 10 erreicht
hat, durch den Kanal 19 in die Mulde 12, von der Kanäle 13 zu einem zweiten Flüssigkeitablauf
14 führen.