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Zentrifuge mit einer sieblosen Schleudertrommel Die Erfindung bezieht
sich auf eine Zentrifuge mit einer sieblosen Schleudertrommel mit axialem Ein-und
Auslauf des Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches bzw. der geklärten Flüssigkeit, einem
mit einem periodisch öffnenden Verschluß versehenen inneren Sammelraum für die schwereren
Bestandteile und einem mit diesem über den Verschluß verbundenen weiteren, ebenfalls
periodisch verschließbaren äußeren Sammelraum für den Austritt der schwereren Bestandteile,
insbesondere für die Reinigung von Zuckersäften.
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In der Zuckerindustrie konnten Zentrifugen mit einer sieblosen Schleudertrommel
zum Abscheiden und gleichzeitigen Absüßen des abgeschiedenen Schlammes bisher nicht
mit Erfolg verwendet werden. Die Schwierigkeiten ergaben sich dadurch, daß die Zuckerlösung
zwei Feststoffe mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht enthält, nämlich mikroskopisch
kleine CaCO3 Kristalle und spezifisch leichtere organische Nichtzuckerstoffe, welche
die CaCO3 Kristalle umhüllen. Diese Struktur der Feststoffe ist gewollt, um das
Absetzen der Verunreinigungen im Zuckersaft zu ermöglichen und resultiert aus dessen
vorhergehender Behandlung mit Kalk und Kohlensäure. Das Trennen dieser beiden Feststoffe
würde den Erfolg der Kalk- und Kohlensäurebehandlung wieder aufheben.
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Soll der Zuckersaft in einer Zentrifuge geklärt werden, so muß der
in der Schleudertrommel befindliche abgeschiedene Schlamm mittels des Waschwassers
abgesüßt werden, und gegebenenfalls noch im Schlamm enthaltene Zuckerstoffe müssen
von der Waschflüssigkeit aufgenommen werden.
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Dabei muß eine Auflockerung des Schlammkuchens vermieden werden, weil
bei einer solchen die leichteren Nichtzuckerstoffe von den im Schlamm enthaltenen
CaCO3 Kristallen abgelöst und weggeschwemmt werden. Das Absüßen bzw. Auswaschen
des abgesetzten Schlammes muß daher schnell und intensiv erfolgen. Es muß dabei
angestrebt werden, die Menge des Waschwassers auf ein Mindestmaß zu reduzieren,
um den gereinigten Zuckersaft nicht zu verdünnen und um Verdampfungskosten zu sparen.
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Der Schlamm erhält in der Zentrifuge einen so hohen Feststoffgehalt,
daß er durch relativ schmale Spalte auch unter Einwirkung der Zentrifugalkraft nicht
ausgeschleudert werden kann. Es ist zwar eine Zentrifuge mit einer sieblosen Schleudertrommel
bekannt, bei der der Feststoffsammelkammer ein Kanal nachgeschaltet ist, dem kontinuierlich
Wasser zum Auswaschen der Feststoffe zugeführt wird. Bei dieser Zentrifuge ist jedoch
ein Aufwirbeln der abgeschiedenen Feststoffe nicht zu vermeiden, wodurch ein großer
Teil der Waschflüssigkeit mit den Feststoffen aus der Schleudertrommel abgeführt
wird.
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Mit der Zentrifuge nach der Erfindung soll ein weitgehendes Auswaschen
der Feststoffe in der .Schleudertrommel in einem möglichst kurzen Zeitraum bewirkt
werden, und alle Feststoffe, z. B. auch .Stoffe geringeren spezifischen Gewichtes,
sollen getrennt vom Waschwasser abgeführt werden. Das wird mit einer Zentrifuge
der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß an dem äußeren Sammelraum eine
periodisch zu öffnende Zuleitung für mit Überdruck in den inneren Sammelraum einzuführendes
Waschwasser angeschlossen ist. Dabei ist es zweckmäßig, den Rauminhalt des inneren
Sammelraumes größer auszubilden als den des äußeren Sammelraumes.
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Hierdurch wird erreicht, daß nach dem Öffnen eines zwischen den beiden
Kammern vorgesehenen Ventils das in der äußeren Kammer befindliche, unter Überdruck
stehende Waschwasser zur inneren Kammer strömt und den dort abgesetzten Schlamm
verdünnt, so daß er in die äußere Kammer abfließt. Dabei wird in kürzester Zeit
jedes Schlammteilchen vom Waschwasser umspült, so daß trotz der begrenzten Menge
an Waschwasser ein intensives Auswaschen erfolgt. Nach dem Schließen des Verbindungsventils
und dem Öffnen des äußeren Ventils kann der Schlamm, gegebenenfalls unter weiterem
Hinzufügen von Druckwasser, aus der Schleudertrommel austreten.
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Eine derart betriebene Zentrifuge ist geeignet, den technologischen
Ablauf der Zuckerfabrikation in vorteilhafter Weise zu beeinflussen. Während bisher
die Vorscheidung, Hauptscheidung und erste Saturation vornehmlich darauf abgestellt
waren, die im Zuckersaft enthaltenen Kolloide in einen für die Filtration geeigneten
Zustand zu überführen, d. h. die Kolloide mit einem Mantel von Kalziumkarbonat zu
umhüllen,
kann nunmehr die Zugabe von Kalkmilch und Kohlensäure ausschließlich so auf die
Reinigung der Säfte beschränkt werden, daß ein absetzbarer Schlamm erhalten wird.
Durch die endgültige Abscheidung des Schlammes unmittelbar nach der ersten Saturation
werden die nachteiligen Einwirkungen des alkalischen Schlammes auf den Saft, insbesondere
dessen verfärbende Wirkung, auf ein Mindestmaß beschränkt. Wegen der verminderten
Zugabe von Kalk und Kohlensäure ist zu erwarten, daß der anfallende Schlamm, gegebenenfalls
nach einer Nachbehandlung, als Viehfutter verwendbar ist.
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Die Zentrifuge nach der Erfindung ist auch weitgehend unabhängig von
den jeweils zur Verfügung stehenden Saftmengen. Man hat es in der Hand, die Öffnungs-
und Schließzeiten der Austritte in Abhängigkeit von der Zulaufmenge so zu regeln,
daß bei verminderter Zulaufmenge die für einen Schlammablaß erforderliche Zeit entsprechend
erhöht werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgsechlagen, im inneren
Sammelraum parallel oder senkrecht zur Trommelachse ebene Trennscheiben anzuordnen
und die Trommelwelle im axialen Bereich der Trennscheiben mit radialen Öffnungen
zum Zuführen des Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches sowie radialen Öffnungen zum Abführen
der geklärten Flüssigkeit zu versehen, wobei zwischen den Öffnungen in der hohlen
Trommelwelle eine radiale Trennwand vorgesehen ist. Die Trennscheiben werden von
radialen Seitenwänden eingefaßt, die mit den Stirnwänden der Schleudertrommel Abflußkanäle
für die geklärte Flüssigkeit bilden. Dabei werden die Abflußkanäle durch nahe der
Trommelwelle angeordnete axiale Rohre miteinander verbunden.
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Durch diese Ausgestaltung der Schleudertrommel bewegen sich die zu
trennenden Komponenten des Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches im Gleichstrom von innen
nach außen und werden nach ihrer Trennung gesondert in die für ihre Ableitung bestimmten
Räume geführt. Dies bietet den Vorteil, daß sich die Komponenten verhältnismäßig
langsam zwischen den Trennscheiben bewegen. Hierbei ist jedoch die Geschwindigkeit
der Feststoffteilchen wesentlich höher als die der geklärten Flüssigkeit, ohne daß
hierbei die beiden Komponenten miteinander verwirbelt werden.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Zentrifuge ist auf allen Gebieten
anwendbar, bei denen es sich um das Auswaschen von Feststoffen handelt, insbesondere
auch für die Behandlung von Suspensionen höherer Temperatur.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Zentrifuge dargestellt, und zwar zeigt A b b.1 einen Axialschnitt
durch eine Zentrifuge mit horizontaler Achse, A b b. 2 einen Querschnitt
durch die Zentrifuge in zwei Ausführungsformen, A b b. 3 eine Ansicht der Zentrifuge
in Richtung des Pfeiles III in A b b.1, A b b. 4 die Ausbildung des Abdichtorgans
in den Durchtrittschlitzen im Schnitt.
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Die Schleudertrommel weist zwei Stirnwände 1 auf, die mit der hohlen
Trommelwelle 2 fest verbunden sind. Der Trommelmantel wird von zwei im Querschnitt
dreieckförmigen Mantelringen 3 gebildet, deren Basis mit je einer Stirnwand 1 verbunden
ist. Die nach innen weisenden Spitzen der Ringe lassen einen Ringspalt 4 frei. Ferner
ist an jeder Stirnwand 1 ein Kammerring 5 mit kleinerem Durchmesser als die Mantelringe
3 angeordnet, der ebenfalls einen dreieckigen Querschnitt aufweist und in der gleichen
Weise wie die Mantelringe 3 mit den Stirnwänden 1 verbunden ist, die mit den einander
zugekehrten Spitzen einen Ringspalt 6 bilden. Die einander zugekehrten Wände der
Mantelringpaare 3 und Kammerringpaare 5 bilden den äußeren Sammelraum 7, während
die inneren Begrenzungswände der Kammerringe 5 den inneren Sammelraum 8 für die
schweren Bestandteile begrenzen. Die Trommelwelle 2 ist beiderseits in Lagern
9 und 10 gelagert und wird durch eine Riemenscheibe 11 von einem nicht
dargestellten Motor angetrieben. Statt dessen kann auch ein andersartiger Antrieb,
z. B. ein Zahnradantrieb, vorgesehen sein.
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Zum Öffnen und Schließen der Ringspalte 4 und 6 dienen ringförmige
hohle Gummidichtungen 12 und 13, die mittels Druckwassers in die öffnungs- und Schließstellung
gebracht werden. Das Schleudergut wird unter überdruck durch ein feststehendes Einlaufrohr
14 in die hohle Trommelwelle 2 eingeführt und fließt durch an diese
angeschlossene rohrförmige Kanäle 15 durch eine Anzahl Absetzschaufeln
16
bzw. Absetzteller 17. Die ausgeschiedenen Feststoffe sammeln sich bei geschlossener
innerer Ringdichtung 13 im Sammelraum B.
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Zum Ableiten der geklärten Flüssigkeit dient wiederum die hohle Trommelwelle
2, die zu diesem Zweck mit einer senkrechten Abschlußwand 18 und radialen
Öffnungen 19 versehen ist.
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Ferner ist durch die hohle Trommelwelle 2 eine Druckwasserleitung
21 geführt, die in einer Anzahl radialer Kanäle 22 der Nabe der einen Strinwand
1 ausmündet, die das Druckwasser einem Ringkanal 23 zuführen.
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Wie insbesondere aus A b b. 3 hervorgeht, wird von dem Ringkanal 23
das Druckwasser durch einen Kanal 24 einem Ringkanal 25 und durch
einen Kanal 31 einem Ringkanal 32 zugeführt. An den Ringkanälen
25 und 31 sind, über den Umfang verteilt, mehrere kräftige, die Stirnwände
1 verbindende Rohre 26
angeschlossen. Wie aus A b b. 4 ersichtlich,
sind die Rohre 26 durch die Gummidichtungen 12 bzw. 13 hindurchgeführt und mit diesen
mittels der gegen Dichtungsscheiben 60 drückender Schrauben 27
druckdicht
verbunden. In der Mittelebene der Ringdichtungen 12 und 13 ist auf
den Rohren 26 eine Ringscheibe 28 aufgesetzt, die Querbohrungen
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aufweist, welche durch Radialbohrungen 30 mit dem Rohr 26 in Verbindung
stehen. Sobald die Ringdichtungen vom Druckwasser beaufschlagt sind, legen sich
deren Seitenwände an die Mantelringe 3 bzw. an die Kammerringe 5 fest an, wie im
rechten Teil von A b b. 4 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Beim Absperren
des Druckwasserzuflusses und einem nachfolgeden Ablassen des Wassers aus dem Hohlraum
der Dichtungen 12, 13 werden deren Seitenwände eingedrückt, wie im linken
Teil von A b b. 4 gestrichelt dargestellt, und die Ringspalte 4, 6 öffnen sich.
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Das durch die Druckwasserleitung 21 zugeführte Druckwasser wird dem
äußeren Sammelraum 7 zugeführt. Das Druckwasser wird von dem Ringkanal
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durch die radialen Kanäle 33 in einen Ringkanal 34 geleitet, an den, ebenfalls
über den Umfang verteilt, die Stirnwände 1 verbindende Rohre 35 angeschlossen
sind.
Im Bereich des Sammelraumes 7 weisen die Rohre 35 radiale Löcher 35a auf, durch
die die Waschflüssigkeit in den Sammelraum 7 eintreten kann.
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Die in A b b. 2 oben dargestellten Absetzschaufeln 16 bzw. die unten
dargestellten Absetzteller 17 sind seitlich durch zwei Stirnwände 51 begrenzt, so
daß für den Abfluß der aus der Absetzorganen 16, 17 austretenden geklärten Flüssigkeit
zwei seitliche Kanäle 52 entstehen. Die Schaufeln 16 bzw. Teller 17 sitzen auf der
Hohlwelle 2 und werden mittels der Rohre 53 zusammengehalten, die seitlich offen
sind. Ferner ist sowohl der Sammelraum 7 als auch der Sammelraum 8 durch
radiale Stege 54 und 55 unterteilt. Zur besseren Verteilung der aus
den Absetzorganen austretenden geklärten Flüssigkeit auf die Kanäle 52 sind die
Absetzschaufeln 16 durch eine scheibenförmige Wand 16a unterteilt. In gleicher Weise
sind die beiden Sammelräume 7 und 8 durch Wände 7 a und 8 a unterteilt.
In den Kanälen 52 werden zweckmäßigerweise ebenfalls Absetzorgane 16 bzw. 17 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Zentrifuge ist folgende: Das Schleudergut wird
beispielsweise mit einem Druck von 6 bis 15 m Wassersäule der Schleudertrommel zugeführt.
Dieser Druck ist ausreichend, den Strömungswiderstand innerhalb der Schleudertrommel
und in den anschließenden Leitungen zu überwinden. Werden heiße Suspensionen behandelt,
beispielsweise von über 100° C, so muß der Druck derart bemessen sein, daß eine
Dampfbildung vermieden wird. Bei geschlossenen Gummidichtungen 12 und 13 ist der
Sammelraum 7 mit Druckwasser gefüllt. Die Spannung des Druckwassers wird von einer
nicht dargestellten Pumpe erzeugt und muß in Abhängigkeit von der Drehzahl der Schleudertrommel,
des spezifischen Gewichts des Schleudergutes bzw. des spezifischen Gewichts der
auszuscheidenden Feststoffe größer sein als der von der Zentrifugalkraft erzeugte
Druck. Das Schleudergut strömt durch die rohrförmigen Kanäle 15 in die Absetzschaufeln
16 bzw. Absetzteller 17 und trennt sich im Gleichstrom in seine Komponenten. Die
spezifisch leichtere geklärte Flüssigkeit fließt durch die Kanäle 52 und Rohre 53
und nach Durchtritt durch die öffnungen 19 durch die Trommelwelle 2 ab.
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Wenn nach einer gewissen Zeit der Sammelraum 8
mit ausgeschiedenen
Feststoffen gefüllt ist, wird der Ringspalt 6 durch Absperren des Druckwassers zur
Gummidichtung 13 geöffnet. Der Ringspalt 6 weist beiderseits der Dichtung 13 eine
Weite auf, die ein Mehrfaches der Korngröße der abgesetzten Feststoffe beträgt,
beispielsweise bei feinem Schlamm 1 bis 2 mm.
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Gleichzeitig mit dem Öffnen des Ringspaltes 6 wird der Druckwasserzufluß
zum Sammelraum 7 geschlossen. Es erfolgt ein Druckausgleich im Sammelraum 7. Das
spezifisch leichtere Auswaschwasser dringt durch den Durchtritt 6 in den Sammelraum
8, und gleichzeitig treten die spezifisch schwereren Feststoffe im Gegenstrom in
den Sammelraum 7. Hierbei kommt jedes Teilchen der ausgeschiedenen Feststoffe kurzzeitig
mit dem Auswaschwasser in Berührung und kann somit die löslichen Bestandteile der
Feststoffe bzw. die noch in den Zwischenräumen der Feststoffe befindliche flüssige
Phase aufnehmen. Das so angereicherte Waschwasser vereinigt sich mit der bereits
abgeschiedenen flüssigen Phase.
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Um mit Sicherheit zu vermeiden, daß die flüssige Phase des Schleudergutes
in den Sammelraum 7 eindringt, wird der Druckwasserzufluß zur Auswaschkammer 7 zweckmäßigerweise
ein bis zwei Sekunden nach dem Öffnen des Ringspaltes 6 abgestellt.
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Der Auswaschvorgang spielt sich in wenigen Sekunden ab. Sobald er
beendet ist, wird der Ringspalt 6 geschlossen und der Ringspalt
4 geöffnet. Die ausgewaschenen Feststoffe verlassen unter der Einwirkung
der Zentrifugalkraft durch den Ringspalt 4 die Sammelkammer 7 und werden von dem
mit der Schleudertrommel verbundenen Auffangmantel 62 mit dem düsenartigen offenen
Ringschlitz 62a aufgefangen und durch eine anschließende Auffangrinne 63 od. dgl.
abgeführt. Während des Austretens der Feststoffe wird durch öffnen des Zuflußventils
durch die Rohre 35 Druckwasser in den Sammelraum 7 geleitet, so daß die Feststoffe
in verdünntem Zustand den Sammelraum verlassen und der Zutritt von Luft in den Sammelraum
verhindert wird.
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Die Regelung des Arbeitsablaufes ist verhältnismäßig einfach. An den
Sammelraum 7 kann ein Druckmesser angeschlossen sein, der die Druckunterschiede
mißt, wenn der Sammelraum mit der Auswaschflüssigkeit oder mit Feststoffen gefüllt
ist. Der Druckmesser kann z. B. Elektromagnete für die Betätigung der Druckwasserzufuhr
beeinflussen. Es ist auch zweckmäßig, den Rauminhalt des Sammelraumes 8 größer zu
bemessen als den des Sammelraumes 7. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Spalt
zwischen den Sammelräumen während des Waschvorganges und nach Beendigung desselben
mit ausgeschiedenen Feststoffen um ein bestimmtes Maß überdeckt ist.
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Obwohl die neue Zentrifuge kontinuierlich arbeitet, können die ausgeschiedenen
Feststoffe diskontinuierlich in bestimmten Zeitintervallen abgelassen werden; ein
Arbeitsspiel dauert etwa 20 Sekunden.