DE1925001A1

DE1925001A1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE1925001A1
Application number: DE19691925001
Authority: DE
Inventors: Lavanchy Andre C; Walton H Craig; Humphrey Dean E; Finkelston Robert J; Leonard Shapiro
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1968-05-27
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1969-12-18
Also published as: US3494542A; GB1235066A; FR2009385A1

Description

DIETRICH LEWlNSKf PATENTANWALT · 16 5.1969

8 Mtodw» 21 - Getthpnistr. » · * ,

Tiefen 5417« ^ ' '

Pennwalt Corporation, Philadelphia 2, Three Penn Center Plaza,

Pennsylvania (USA)

"Zentrifuge"

Amerikanische Priorität vom 27«\>» 1968 aus der amerikanischen Patentanmeldung Ur. 732 207

Die Erfindung betrifft eine Schneckenaustragszentrifuge mit einer um ihre Längsachse drehbaren, sich an ihrem einen Ende verjüngenden Trommel mit einer Austrittsöffnung für Feststoffe \ in der Nähe dieses Endes und einer Austrittsöffnung für Flüssigkeiten, sowie einer in der Trommel angeordneten, drehbaren j Schnecke deren Drehung in Bezug auf die Trommel die dort abgelagerten Feststoffe zu· ihrer Austrittsöffnung befördert, sowie mit einem in die Trommel mündenden, über ein zwischengeschal- \ tetes Ventil absperrbaren Gemischaufgaberohr und schließlich mit Antriebsvorrichtungen zur Drehung der Trommel und der Schnekke um ihre jeweiligen Achsen«, . ,

Die erfindungsgemäße Zentrifuge sowie das ebenso beanspruchte Verfahren zu ihrem Betrieb sind insbesondere dort von Nutzen, ^: wo das Gemisch durch Zentrifugieren schwierig zu trennen ist, beispielsweise wenn die Feststoffe und die etwas leichtere Flüs- \ sigkeit nahezu dasselbe spezifische Gewicht haben·

Verschiedene andere Faktoren können zu der Schwierigkeit, bestimmte Feststoffe aus einer F lüssig-Festmis ellung mit Hilfe einer !normalen Zentrifuge abzuscheiden, beitragen_?

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wie dies in der U,S»-Patentschrift Nr, 3148 145 erläutert wird, bfei der eine Zentrifuge mit Vollmanteltrommel und einer axialen Schraube so ausgebildet ist, daß die Feststoffe zum Auswerfen an ein Ende der Trommel gefördert werden₀ Andere Faktoren können z„B_e darin bestehen» daß die Feststoffe gelatineartigen Charakter haben oder dazu neigen, zu agglomerieren. Weiterhin können die Feststoffe Teilchen von geringer Größe sein und in nassem Zustand aneinander abgleiten, wodurch sie einen weichen Kuchen bilden, der für die Schnecke schwierig zu fördern ist oder bei Bewegung durch die Schnecke wieder leicht in der Flüssigkeit suspendierte

Wenn die Reibung zwischen den glatten Festkörperpartikeln und der Oberfläche der Schnecke gering ist, werden die Feststoffe, anstatt in axialer Richtung einwärts i.u ihrer Austrittsöffnung gefördert zu werden, unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte wieder zurück in die Haupttrennkammer gelangen, mit dem Ergebnis, daß sowohl der Wirkungsgrad der Trennung als auch die Klarheit der Flüssigkeit sich verringern» In diesem Zusammenhang wird auf die U,S_e-Patentschrift Nr, 5127 851 verwiesen, in

der die damit zusammenhängenden Probleme ausführlicher erläutert sind und eine Lösung angegeben wird, die sehr wirksam ist, vorausgesetzt, daß niedrigere Filtratausbeuten und feuchtere Feststoffe zugelassen werden. Die Vorrichtung des letzgenannten Patentes unterscheidet sich jedoch von der des vorher genannten Patentes, wie auch von den in den U₀So-Patentschriften Hr_β 2679 974 und 2703 S76 wiedergegebenen Vorrichtungen dadurch, daß die Austrittsöffnung für Feststoffe an dem einen Ende der Zentrifuge in radialer Richtung von der Achse weiter entfernt ist, als die Austrittsöffnung für Flüssigkeiten am anderen Ende der Zentrifuge, so daß die abgesetzten Feststoffe einen relativ undurchlässigen Damm innerhalb der Austritts öffnung für die Feststoffe bilden und dieser Damm das Entweichen der Flüssigkeiten durch die Austrittsöffnung für Feststoffe verhindertj

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der von der Flüssigkeit ausgeübte Druck hinter den Peststoffen des Dammes unterstützt das Auswerfen von auf andere Weise nichtförderbaren Feststoffen«

Frühere Versuche, die Trennung von Feststoffen aus Fest-Flüssiggemischen zu verbessern^ sahen die Zugabe von fasrigen Material zu dem schlammigen Fest-Flüssiggemisch vor. Dieses Fasermaterial wirkt wie ein maschenartiges Bindemittel und erlaubt die Bildung eines festeren Kuchens, der leichter von der Schnecke zu der Austrittsöffnung für Feststoffe gefördert werden kann« Neben den Kosten für die faserigen Zusätze hat dieses Verfahren noch eine Anzahl von weiteren Nachteilen/ einschließlich der Unmöglichkeit, Feststoffe, die vorzugsweise frei von Zusätzen sind, auszuwerfen« In mancher Hinsicht sind diese Nachteile jedoch gerechtfertigt, insbesondere wenn der Hauptzweck des Verfahrens darin liegt, ein Filtrat hoher Reinheit zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser den eingangs genannten bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, das die Trennung von schwer zentrifugierbaren Flüssig-Festgemischen bei hohen Ausbeuten und gutem Wirkungsgrad erlaubt.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Antriebsvorrichtungen für Trommel und Schnecke bezüglich ihrer jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit getrennt derart veränderbar sind, daß Trommel und Schnecke entweder mit im wesentlichen gleichen Geschwindigkeiten umlaufen oder mit verschiedenen, wobei sich die Schnecke relativ zur Trommel so dreht, daß die abgelagerten Feststoffe zu ihrer Austrittsöffnung gelangen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Gemischaufgabe nur während einer bestimmten Zeit und wird dann abgeschlossen· Während der Aufgabe und für eine bestimmte Zeitspanne darnach laufen die Trommel

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und die Schnecke mit synchroner Drehzahl um, um die Sedimentierung von Peststoffen mit einem höheren spezifischen Gewicht als die Flüssigkeiten an der Trommelinnenseite zu for« » dern«. Durch die gleiche Drehzahl von Schnecke und Trommel tritt keine Aufwirbelung der Feststoffe während ihrer Sedimenttierung einj das Absetzen und die Verfestigung der Feststoffe an der Trommelwand schaffen die Vorbedingungen für die daran anschließende Austragung, In der Weise, wie sich ein kompakter Kuchen als ringförmige Schicht auf der inneren Oberfläche der Trommel bildet, entsteht eine im wesentlichen klare Schicht von abgesonderten Filtrat über dem Kuchen in Richtung zur Drehachse f es ist daher wahlweise möglich, das geklärte Filtrat zu diesem Zeitpunkt dem Zentrifugierbereich zu entnehmen. Die Entnahme kann jedoch auch entfallen oder sie kann zu anderen Zeiten während des Abscheidevorganges erfolgen« Hieran anschließend werden durch Einschalten einer mit einem Getriebe verbun-» denen elektrischen Bremse die Schnecke und die Trommel mit einer optimalen Differenzgeschwindigkeit für die gegebenen Abscheidebedingungen betrieben und die Feststoffe werden in verhältnismäßig trockenem Zustand zu ihrer Austritteöffnung gefördert.

Dieses im wesentlichen auf getrennten Aufgabe- und Austragungszeitabschnitten bestellende Verfahren wird in schneller Folge wiederholt, um einen halbkontinuierlichen Fluß der getrennten Phasen zu erhalten·

In der Zeichnung ist die Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art anhand zweier beispielsweise wiedergegebener Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigern

Fig. 1 Schnittzeichnung und teilweise schematische Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der für den Betrieb erforderlichen Steuerorgane,

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Pig,' 2 Teilansicht dieser Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform mit einer zusätzlichen Entnahmeinrichtung für das Filtrat unter Verwendung der gleichen Be-■ - zugsziffern für entsprechend ähnliche Teile.

Wie aus Fig· 1 hervorgeht, besteht die Zentrifuge 10 aus einer Vollmanteltrommel 11 in einem Gehäuse 12, wobei die Trommel über einen Riemen von einem Motor 14 angetrieben wird und dabei Drehzahlen erreicht, die dem dreitausendfachen der Erdbeschleunigung und mehr entsprechen© Geeignete Lager 15 sind an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 12 zur Lagerung der Welle der 'i'rommel 11 vorgesehen» In der Trommel 11 befindet sich eine Schnecke 16, die auf einem Hohlschaft oder einer Habe 18 montiert ist, die in axialer Richtung über, die Trommel hinausreicht,sο daß sie ein axial angeordnetes Gemischaufgaberohr 20 aufnehmen kanne Die Trommel 11 besteht aus einem größeren, links angeordneten Teil 21 von zylindrischer Gestalt und einem kleineren, rechts angeordneten Teil 22 von kegelförmiger Gestalt, welcher sich nach rechts in Richtung auf das Gemischaufgaberohr 20 verjüngt. Darüberhinaus sind am rechten Ende der Trommel 11 ein oder mehrere Austrittsöffnungen für Feststoffe 24 vorgesehen, die der Drehachse näherliegen, als die Austrittsöffnungen für Flüssigkeit 26 _f welche sich auf der gegenüberliegenden oder linken Seite der Trommel befinden* Mit Hilfe eines geeigneten Getriebes 30 und einer Bremseinrichtung 32, welch© miteinander über eine Universalkupplung 33 (Doppelgelenkwelle) verbunden sind, wird die Geschwindigkeit der Schnecke 16 in Bezug auf die Geschwindigkeit dar Trommel 11 geregelt« Mit dieser Regelung ist es, wie im folgenden noch ausgeführt werden wird, möglich, synchrone Brehung von' Schnecke 16 und Trommel 11 zu erreichen_e Mit dieser Regelung kann ebenso eine geringe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Schnecke 16 und Trommel 11 erreicht werden, vorzugsweise während sie sich gleichsinnig drehen· '

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- 6 Im Betrieb wird das zu trennende Gemisch über das Gemisch?»

aufgaberohr 20 zugeführt und gelangt in den Hohlschaft 18, durch den es über eine oder mehrere öffnungen 34 in radialer Richtung nach außen befördert wird/ und gelangt in eine Kammer 36 innerhalb der Trommel 11 und außerhalb des Schaftes 18, wo die Trennung stattfindet·

Bei der beschriebenen Vorrichtung dient der linke Teil 21 der Trommel als kontinuierlich arbeitende Feststoffzentrifuge, welche» wie dargestellt, die Abscheidung der spezifisch leichteren Flüssigkeit (auch "Filtrat" genannt) bewirkt, die die Trommel links durch die Austrittsöffnungen für Flüssigkeiten 26 verläßt. Wenn die Trommel 11 und die Schnecke 16 sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, werden die Feststoffe, wie vorstehend erläutert, in axialer Richtung nach rechts und einwärts in Richtung auf die Drehachse innerhalb des rechten Teiles 22 der Absoheidekammer 36 gefördert, um gegebenenfalls durch die Austrittsöffnung für Feststoffe 24 ausgeworfen zu werden· Diese Förderung kann auch als ein Hinaufschieben über die schiefe Fläche, die durch den sich verjüngenden Teil 22 gebildet ist, bezeichnet werden« Da die Austrittsöffnungen für Flüssigkeiten 26 in radialer Richtung weiter außen als die Austrittsöffnungen für Feststoffe 24 liegen, schneidet die Flüssigkeitsoberfläche die innere Oberfläche des sich verjüngenden Teiles 22 der Trommel an einer Stelle, die in radialer Richtung einen größeren Abstand zur Drehachse hat, als die Austrittsöffnungen für Feststoffe und deren radialer Abstand gleich oder kleiner ist als der des äußersten Teiles der Austrittflöffnungen für Flüssigkeiten 26, Dieser Flüssigkeitsspiegel legt folglich einen sogenannten nassen Teil, nämlich für den untergetauchten Abschnitt des sich verjüngenden Teiles 22 und ebenso einen sogenannten trockenen Teil für den verbleibenden Abschnitt des sich verjüngenden Teiles 22 fest, wobei der letztere in radialer Richtung der Drehachse näher als der

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Flüssigkeitsspiegel liegt»

Dadurch, daß ein solcher trockener Teil vorgesehen ist und und daß weiterhin Wirbelbildung während des Absetzend der Peststoffe vermieden wird, sind die abgeschiedenen Peststoffe in wesentlich trockenerem Zustand, als sie ohne diese Maßnahmen wären» Insoweit unterscheidet sich daher die vorliegende Erfindung von der eingangs zitierten U,S.-Patentschrift Nr₀ 3172 851·!

Getriebe 30, wie das hier verwendete, sind seit langem für übliche Zentrifugen in Benutzung. Bin solches Getriebe ist Gegenstand der U.S. -Patentschrift Nr. 2703 676, auf die bezüglich näherer Einzelheiten verwiesen wird« Mit Hilfe dieses Getriebes läßt sich ein Drehzahlunterschied zwischen Schnecke und Trommel 11 von beispielsweise 10 bis 60 Umdrehungen pro Minute erzielen. Darüberhinaus wird jedoch durch Pesthalten einer Verlängerung 38 eines Planetenrades in dem Planetengetriebe erreicht, daß Schnecke 16 und Trommel 11 mit erhöhtem Drehzahlunterschied arbeiten» In ähnlicher Weise wird, ausgehend von

dem synchronen Umlauf des Planetenrades (Drehzahldifferenz Null), durch zunehmende Abbremsung der Drehung der Planetenradverlängerung 38 eine wachsende Drehzahldifferenz erreicht. Dementsprechend ist die Aufgabe der Bremsvorrichtung 32 eine die Drehung abbremsende Kraft auf die Planetenradverlängerung 38 über die Universalkupplung33 (Doppelgelenkwelle) zu übertragen, und je größer der Drehwiderstand ist, desto größer ist der Drehzahlunterschied, so daß sioh bei Schlupf Null der maximale Drehzahlunterschied einstellt*

Nach einem erfindungsgemäßen Merkmal wird eine sogenannte Wirbelstrombremse 32 verwendet. Solche Vorrichtungen können handelsüblich von der Pirma Dynamatic Division of Eaton YaIe & Towne Inc. bezogen werden« Die Bremse 32 besteht aus einem weichmagnetischen Ring 40 mit einer Erregerspule 42, welche

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einen Zylinder 44 so umgeben, daß ein äußerer Indufctionsspalt verbleibt«, Innerhalb des Zylinders 44 befindet sich ein dauermagnetischer Anker 46, in einem solchen Abstand, daß ein innerer Arbeitsluftspalt verbleibt. Dieser wird,wie durch Pfeile in der Zeichnung angegeben, von einem Kühlmittel durchströmt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Erregerspule 42 b"aut sich ein Magnetfeld auf, welches in der glatten Oberfläche des in ihm rotierenden Ankers 46 Wirbelströme erzeugt. Die Wechselwirkung zwischen dem Wirbelstromfeld und dem äußeren Magnetfeld übt eine Bremswirkung auf den Anker 46 aus· Die Bremswirkung, die direkt von dem Spulenstrom und der Drehzahl des Ankers 46 abhängt, kann stufenlos und genau über ein Regelsystem eingestellt werden, um die benötigte Verzögerung zu erhalten. Der besondere Vorteil der hier verwendeten Bremseinrichtung 32 besteht darin, daß die Bremskraft durch elektromagnetische Wechselwirkung zwischen voneinander getrennten Teilen ' erzeugt wird, wodurch kein Verschleiß auftritt und der Ersatz und die Einstellung von Einzelteilen entfallen» Je größer der durch die Spule 4-2_ddor Bremse 32 geschickte elektrische Strom ist, umsogrößer ist/Brems»jrkung und umsogrößer ist folglich der Drehzahlunterschied zwischen der Schnecke 16 und der Trommel 11.

Weiterhin ist ein Magnetventil 50 in dem Gemischaufgaberohr 20 angeordnet. Das Ventil 50 ist normalerweise geöffnet, unterbricht jedoch bei Einschaltung die Gemischzufuhr durch das Rohr 20, Darüberhinaus ist ein Zeitschalter 52, der über einen Schaltmotor 54 angetrieben wird, vorgesehen. Wie noch weiter ausgeführt werden wird, besteht die Punktion des Zeitschalters 52 darin, die Bremse 32 an- und abzuschalten, um dadurch den Drehzahlunterschied, wie vorstehend näher erläutert, nach einem ausgewählten Programm zusteuern, wobei dieses Programm sich auf eine bestimmte Zeit bezieht, während der das Gemisch der Zentrifugentrommel 11 zugeführt„wird. Schnecke 16 und Trommel

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arbeiten während der Zufuhr und gegebenenfalls während der sich daran anschließenden Beruhigungszeit, in der sich die Peststoffe von der Flüssigkeit durch Sedimentierung an der inneren Oberfläche der Trommel 11 trennen, mit synchroner Drehzahl,» ■

Hieran schließt sich durch Einschalten der Bremse 32 für einen ' bestimmten Zeitraum und den dadurch hervorgerufenen Drehzahlunterschied von Schnecke 16 und Trommel 11 die Austragungsphase, an, währendderer die Peststoffe in Richtung auf ihre Austrittsöffnungen befördert und dort ausgeworfen werden_o :

Durch diese Programmabfolge in der Zentrifuge wird in der j

Trommel 11 während der ersten oder Gemischaufgabe-Zeitspanne j

und der zweiten oder Verfestigungszeitspanne eine Beruhigungs- · phase für das Gemisch geschaffene Diese durch die synchrone

Drehzahl von Schnecke und Trommel bewirkte Beruhigung dient j dazu, das Aufrühren und die Verwirbelung weicher Peststoffe , zu vermeiden, was anderenfalls und bei bisher bekannten Verfah-j ren bei kontinuierlicher Pörderung unvermeidlich war_e Während der dritten oder Pörderzeitspanne dreht sich die Schnecke 16 mit der günstigsten Differenzdrehzahl zum Auswerfen der verhältnismäßig trockenen Peststoffe_e Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens liegt in der verbesserten Klärung des Piltrats, die mit der ungestörten Verfestigung der Peststoffe einhergeht und als angenehme Begleiterscheinung bei der Ablagerung dicker Peststoffschichten durch eine lange Verweilzeit im Zentrifugierraum einhergeht_β

Der vorstehend beschriebene zyklische Betrieb wurde experimentell durchgeführt, um Elektrolytflüssigkeit· von dem darin aufgrund elektrochemischer Verarbeitung enthaltenen'Schlamm zu trennen» Es ist allgemein bekannt, daß die Trennung eines solchen Gemisches durch Zentrifugieren schwierig ist. Die Ergebnisse der Experimente zeigten jedoch, daß die abgeschiedenen Peststoffe zum trockenen Teil der Trommel gefördert werden

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konnten, während das Filtrat bei Ausbeuten von bis zu 7 Liter pro Minute einen auf das Volumen bezogenen Peststoffgehalt von 2 bis 6 % aufwies« Gleichzeitig ergab sich, daß sogar bei hohen Drehzahlunterschieden verhältnismäßig trockene Feststoffe erhalten wurden₀ ·

Das automatische Programm für die einzelnen Verarbeitungsstufen kann wahlweise entweder so gestaltet werden, daß jedem Schritt ein getrennter Zeitabschnitt zugeordnet ist oder daß sich die Schritte in einem gewissen Umfang überlappen. Vorzugsweise wird jedoch die Schnecke 16 mit synchroner Drehzahl betrieben, solange das Ventil 50 geöffnet ist, und diese synchrone Drehzahl wird während einer Verweilzeit, die durch Unterbrechung der Gemischaufgabe durch Einschalten des Magnetventils eingeleitet wird, aufrechterhaltene Am Ende der Verweilzeit, die gleichbedeutend mit einer Verfestigung des Kuchens ist, bleibt das Ventil 50 geschlossen, aber Schnecke 16 und Trommel 11 werden mit dem für das Auswerfen der Feststoffe gewünschten Drehzahlunterschied betrieben. Hieran anschließend werden Schnecke 16 und Trommel 11 wieder auf synchrone Drehzahl gebracht und sind bereit für einen neuen Zyklus, der durch öffnen des Ventils 50 eingeleitet wird_e

Selbstverständlich kann die Dauer jeden Verfahreneschrit— tes oder jeder Stufe so eingestellt werden, daß für jedes Gemisch und die damit zusammenhängenden Verfahrensbedingungen die günstigsiß Betriebsweise und die besten Ergebnisse erhalten werden· Eine uesonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält eine Entnahmevorrichtung 60, welche die Entnahme von Filtrat unmittelbar vor Beginn der Förderung der Feststoffe erlaubt. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich diese Entnahmevorrichtung 60, die auch als Schälrohr bezeichnet wird, im linken Teil 21 der Trommel 11 in der Nähe der Austrittsöffnungen für Flüssigkeit 26 und ist mit einer Verstelleinrichtung 62 versehen, mit der die Entnahmevorrichtung oder

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das Schälrohr in radialer Richtung in der Trommel verschoben werden kann. Der dynamische Druck der rotierenden Flüssigkeit, die in Berührung mit dem offenen Einlaß des feststehenden Schäl-! rohres 60 kommt| bewirkt den Aufbau eines hydrostatischen Druckbereiches, der dazu führt, daß ein Flüssigkeitsstrahl durch den ι Auslaß 64 des Schälrohres 60 austritt und auf diese Weise der · Flüssigkeitsspiegel gesenkt wird. Es ist offensichtlich, daß j der Flüssigkeitsspiegel umso niedriger ist, je tiefer das Schälrohr 60 durch die Verstelleinrichtung 62 ins Innere der Trommel < 11 eingetaucht wird. Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin,! daß die Feststoffe in trockenerem Zustand ausgeworfen werden, da die Länge .des trockenen Abschnittes des Teiles 22 der Trommel 11; zunimmt, Darüberhinaus gibt es bestimmte Feststoffe, die sich in trockenerem Zustand besser fördern lassen. Weiterhin besteht bei Feststoffen sehr geringer Korngröße und mit der Tendenz sich während der Förderung wieder mit der Flüssigkeit zu vermischen weniger die Möglichkeit, mit dem Filtrat ausgeworfen ^! zu werden, wenn ein größerer Prozentsatz des Filtrates vor dem i Fördern entfernt worden ist«

Die Vorrichtung nach Fig. 2 kann mit einer relativ größeren Flüssigkeitsmenge während der Sedimentation arbeiten, so daß also mehr Raum für die Ansammlung von Feststoffen zur Verfügung steht. Das Abschöpfen vor dem Auswerfen der angesammelten Feststoffe erhöht die Trockenheit der Feststoffe, da es niuht nötig ist, die Feststoffe über einen kurzen trockenen Teil der Trommel zu fördern und auszuwerfen, wie es der Fall wäre, wenn bei einer großen Flüssigkeitsmenge nach dem Sedimentieren keine Ent-

nähme stattfinden würde«

Während des Arbeitens der Schnecke 16 wird vorzugsweise die Entnahme von Flüssigkeit über den Schälrohrauslaß 64 durch Zurückziehen des Schälrohres 60 verhindert.

Anders ausgedrückt ist durch das Arbeiten mit einer größeren

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Flüssigkeitsmenge während der Sedimentation mehr Platz für die Ansammlung von Feststoffen; die Flüssigkeitsentnahme zur Verminderung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels vor dem Auswerfen * von Feststoffen macht einen Kompromiß in Bezug auf die Trockenheit der Feststoffe überflüssig, d«h₀ es brauchen deswegen nicht feuchtere Feststoffe infolge des kürzeren trockenen Abschnittes der Trommel in Kauf genommen zu werden.

Die Verstelleinrichtung 62 kann entweder von Hand oder, wie dargestellt, elektro-pneumatisch betätigt werden,. Das letztere geschieht in der Weise, daß beim Einschalten eines Magnetventi- ^; les 65 komprimierte Luft in den Zylinder 66 strömt und dort ' gegen den Kolben 67 drückt, wodurch nach Überwindung des Feder— _{ Widerstandes die Bewegung über eine Kolbenstange auf die Ent- j nähmevorrichtung übertragen wird_e j

Im folgenden wird nun die Funktion des Zeitschalters 52 mit '

Bezug auf Figo 1 näher erläutert, wobei selbstverständlich die

erfindungsgemäße Zentrifuge auch mit anderen Hilfseinrichtungen j betrieben werden kann, wie ζ_βΒ_β solchen, die die Beendigung der Sedimentation durch Messung der Schichtdicke der angesammelten Feststoffe feststellen oder eine bestimmte Trübung des entnommenen Filtrates durch Verringerung der Lichtdurchlassigkeit messen« Im vorliegenden Fall dreht der Schaltmotor 54 in einem vorgegebenen Drehsinn eine Welle 70, auf welcher eine erste Scheibe 72 mit einem leitenden Kreissegment 74 (schraffiert dargestellt) montiert ist und von Bürsten 76 berührt wird, wodurch der Stromkreis zur Spule 42 der Bremse 32 während eines Teiles einer Umdrehung der Scheibe 72 geschlossen wird« In diesem Spulenstromkreis ist ein veränderbarer Widerstand 78 eingefügt, der zur Erzielung einer bestimmten Stromstärke voreingestellt werden kann, was, wie einleitend erläutert, einer bestimmten Bremskraft und damit dem für die Föraerung oder das Austragen gewünschten Drehzahlunterschied entspricht. Eine ähn-

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liehe" Scheibe 80 ist in der gleichen Art befestigt und dreht sich gleichzeitig mit der Scheibe 72 ο Sie hat einen leitenden Kreisbogen 84 (schraffiert dargestellt) und wird von Bürsten 86 berührt, wodurch der Stromkreis zum Magnetventil 50 geschlossen wird, und auf diese Weise das Ventil 5Ö die Gemischaufgabe während der Verweilzeit und Förderung oder Austragung unterbricht.

Bei der Anordnung nach Figo 2 ist eine dritte Scheibe 87 mit einem leitenden Kreissegment 88 auf der Welle 70 angebracht und wird von Bürsten 89 berührt, wodurch der Stromkreis des Magnetventiles 65 für die Verstelleinrichtung geschlossen wird. Wie. bereits erläutert, bewirkt die Einschaltung des Magnetventiles 65 die Einwärts-bewegung der Entnahmevorrichtung 60, wodurch über die Ausflußöffnung 64 Flüssigkeit der Trommel 11 entnommen wird. Das Ventil 65 kann so eingestellt werden_f daß die Luft mit einem bestimmten Druck in den Zylinder 66 einströmt, wodurch eine hinreichende Druckkraft auf den Kolben 67 zur Überwindung der entgegengesetzt gerichteten Kraft der Schraubenfeder im Zylinder 66 ausgeführt wird« Die G-röße der in der Trommel stattfindenden Verschiebung kann so in Bezug auf den Luftdruck, auf den Kolben und die Federkonstante der entgegenwirkenden Feder vorgewählt werden· Wenn das Ventil 65 abgeschaltet wird, verläßt die Druckluft den Zylinder 66 und die Federkraft bringt die Entnahmevorrichtung in die Ausgangslage zurück.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens fallen unter den synchronen Betrieb, d„h_e die synchrone Arbeitsweise von Trommel und Schnecke, welche die Aufwirbelung des Materials in der Absoheidekammer 36 auf ein Minimum herabsetzt, kleinere Drehzahlunter— schiede, welche wesentlich geringer sind als die, die normalerweise zur Förderung der Feststoffe zu d-en Austrittsöffnungen für die Feststoffe angewendet werden. Solche normalen Drehzahlunterschiede ändern sich selbstverständlich mit dem speziellen

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Gemisch und der Vorriohtunge Darüberhinaus ist bekannt, daß bestimmte Drehzahlunterschiede auftreten können, selbst wenn syn- \ ohroner Betrieb angestrebt ist, so z.B» wenn auf die Schnecke-16 eine Bremskraft durch Drehmomentübertragung zwischen dem Sohneckenschaft und dem durch ihn beschleunigten Gemisch wirkt· ; Zum Ausgleich dieser auf die Schnecke 16 wirkenden Bremskraft ; kann ein Hilfsmotor 90 vorgesehen werden, welcher die Planeten-i radverlängerung 38 über den Ank§£_e|§_ηϊίδξ^Γ einen Riemenantrieb I antreibt, der allgemein als 92/und zusammen mit dem Hilfsmotor 90 gestrichelt in Fig. 1 dargestellt ist»

Der zusätzliche Motor 90 kann auf diese Weise durch Anlegung einer elektrischen Spannung an die Anschlüsse 94 getrennt versorgt werden, so daß er die Planetenradverlängerung 38 antreibt und tatsächliche Synchronität zwischen Schnecke 16 und Trommel 11 in dem Pail herstellt, wo die zwischen Trommel und Schnecke entwickelte Bremskraft so groß ist, daß ein synchroner Betrieb nicht zustande kommt_o ^!

Der Motor 90 und die Bremse 32 sind vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse untergebracht (nicht dargestellt,)

Obgleich das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung für zyklischen Betrieb vorgesehen sind, bei dem die Zuführung des zu trennenden Gemisches während der Sedimentierung oder Verfestigung der Peststoffe unterbrochen ist und das Piltrat in periodischen Zeitabständen entnommen wird, hat sich heraus- , gestellt, daß für schwierig zu trennende Gemische, wie bereits beschrieben, bessere Ergebnisse erzielt werden, als sie bei kontinuierlichem Betrieb ähnlicher Vorrichtungen erreicht wurden« _;

Beispielsweise bestand das Gemisch in einem bestimmten Versuch in einer 10 $-igen Konzentration von Ton-Peststoffen in einer Wasser-Tonmischung und die Vorrichtung wurde zunächst kon-i

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tinuierlich und dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren "betrieben, um ein Filtrat mit etwa 15 # nicht-ausgesohiedenen Feststoffen zu erhalten, d.h. ein Filtrat mit einem Restgehalt von 1,5 1° Ton-Feststoffen. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise betrug die Filtratausbeute ca_e 1,8 Liter pro Minute und bei der erfindungsgemäßen, zyklischen Arbeitsweise betrug die mittlere Filtratausbeute bei vergleichbaren Ergebnissen ca« 4 Liter pro Minuteο

Bei einem ähnlichen Versuch und bei Benützung desselben Gemisches und derselben Ton-Feststoff Konzentration wurden 1,2 Liter pro Minute Filtrat kontinuierlich entnommen bei einem Gehalt von 5 ^/nichtausgeschiedenen Feststoffen oder 0,5 i» Restgehalt an Ton-Feststoffeno Eine entsprechende Ergiebigkeit von 3,5 Litern je Minute wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ernaiten, wobei das Material für 40 Sekunden bei einem Fluß von 8 Litern pro Llinute zugeführt wurde, dann die Feststoffe während 10 Sekunden verfestigt und während 40 Sekunden entnommen wurden, wobei während der Verfestigung und der Entnahme keine Gemischaufgabe erfolgte. Hierbei wurden dieselben 5 ^a/° an ausgeschiedenen Feststoffen oder 0,5 i° restliche Ton-Feststoffe erhaltene

Im Verlaufe desselben Versuches und unter Benützung desselben Gemisches wurde bei kontinuierlichem Betrieb mit einer Filtratausbeute von 1,4 5 Litern ein Gehalt von 12,8 $ an nichtausgeschiedenen Peststoffen festgestellt, d.h. das Filtrat enthielt 1,28 fo restliche Ton-Feststoffe, wobei die Feststoffkonzentration (Trockenheit) der entnommenen Feststoffe 55,3 "/> betrug. Bei der erfindungsgemäßen zyklischen Arbeitsweise enthielt oei einer Filtratausbeute von 3,5 Litern pro Minute das Filtrat 4,97 i° nichtausgeschiedene Feststoffe, d.h₀ Filtrat mit 0,4 97 /S restlichen Ton-Feststoffen und die Feststoffe wurden

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mit 62,4 ?δ Feststoff konzentration (Trockenheit) entnommene Bei ·. zyklischer Arbeitsweise werden also sogar bei größerer mittie- , rer Feststoffentnahme trockenere Feststoffe erhalten, »

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Claims

4 T

Dipl.-lng. Dipl. oec. pub«.

DIETRICH U^MSKY ' 5585-iv/He.

. PATENTANWALT I München 21 · Goitiiord*. <

M17«

Pennwalt Corporation? Philadelphia 2, Three Penn Genter Plaza» Pennsylvania (USA)

Patentansprüche:

Schneckenaustragszentrifuge mit einer um ihre Längsachse drehbaren, sich an ihrem einen Ende verjüngenden Trommel mit einer Austrittsöffnung für Feststoffe in der Nähe dieses Endes und einer Austrittsöffnung für Flüssigkeiten, sowie einer in der Trommel angeordneten, drehbaren Schnecke,! deren Drehung in Bezug auf die Trommel die dort abgelagerten Feststoffe zu ihrer Austrittsöffnung befördert, sowie mit einem in die Trommel mündenden, über ein zwischenge- _; schaltetes Ventil absperrbaren Gemischaufgaberohr und schließlich mit Antriebsvorrichtungen zur Drehung der Trommel und der Schnecke um ihre jeweiligen Achsen, dadurch ge- ' kennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtungen (14,30) bezüglich ihrer jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit getrennt derart veränderbar sind, daß Trommel (11) und Schnecke (16) entweder mit im wesentlichen gleichen Geschwindigkeiten umlaufen oder ftLt Tetrschiedenen, wobei sich die Schnecke relativ zur Trommel so dreht, daß die abgelagerten Feststoffe zu ihrer Austrittsöffnung (24) gelangen.

Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ,. die Antrie1ö»vorrichtungen ein die Trommel (11) mit der Schnecke (16) verbindendes Getriebe (30) und eine auf dieses wirkende Bremsvorrichtung (32) aufweist, welch letztere der Änderung der Relativgeschwindigkeiten von Trommel und Schnecke dient₀

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3» Zentrifuge nach Anspruch 2-_f. dadurch gekennzeichnet, daß" das Getriebe (30) ein Planetengetriebe ist und die Bremsvorrichtung (32) ihre Kraft ausschließlich auf das Planetenrad überträgt β . ·. ■ .,.■>■,·,.-.,-;,

4· Zentrifuge nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,, daß : als Bremsvorrichtung (32) eine elektromagnetische Bremse_ vorgesehen ist.

5» Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet_f,- daß.die elektromagnetische Bremse (32) in an sich bekannter .Weise aus einem mit dem Planetenrad verbundenen, -dauerjiagnetl-τ· sohen Anker (46) in einem Zylinder (44) besteht,-^welcji letzterer in einem gewissen Abstand von einem weichmagnet.ischen Sing (40) und einer -ßrregerspule (46) umschlossen ist, die im stromdurchflossenen Zustand ein im Anker Wirbelströme verursachendes Magnetfeld aufbaut, wobei das Magnetfeld dieser Wirbelströme eine rom Erregerstrom und der Ankerdrehzahl abhängige Bremskraft auf den Anker überträgt, ..-..:■

6« Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der .Erregerspule (42) elektrisch verbundene Stromregeleinrichtung (78) zur Einstellung der auf den Anker (46) wirkenden Bremskraft vorgesehen ist.

7· Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß zu der Antriebsvorrichtung ein mit dem;. Planetenrad verbundener Hilfsmotor (90) gehört, welcher so gesteuert werden kann, daß Trommel (11) und Schnecke (16) mit synchroner Drehzahl umlaufen«,

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 4- bis 7, gekennzeichnet durch einen Zeitschalter (52) in der Stromzuführung der-?^o

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elektromagnetische Bremse (32), der zu vorbestimmten Zeiten die Bremse abwechselnd ein- und ausschaltet.

9. Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gemischaufgaberonr ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil (50) angeordnet ist und der Zeitschalter (52) dieses Ventil in vorbestimmten Zeitabständen öffnet und schließt·

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9> gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die bei Erreichung einer vorbestimmten Höhe von abgelagerten Peststoffen die Antriebsvorrichtung so steuert, daß sich Trommel und Schnecke mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen, womit das Auswerfen der Peststoffe aus der Zentrifuge beginnte

11· Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Entnahmevorrichtung für die durch das Zentrifugieren angesammelte Flüssigkeit, wobei diese Entnahmevorrichtung in radialer Richtung in Bezug auf die Trommel beweglich ist und so der Abstand zwischen Innenwand der Trommel und Einlaß der Entnahmevorrichtung veränderlich ist,

12. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenaustragszentrifuge gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke in periodischen Zeitabständen synchron mit der Trommel betrieben und hierbei das Auswerfen der Peststoffe unterbrochen und eine ungestörte AbIagerung und Verfestigung der Peststoffe an der Innenwand der Trommel vorgenommen wird.

13· Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Unterbrechung der Gemischaufgabe, zumindest während eines Teiles der Zeit, in der Trommel und Schnecke unsynchronisiert laufen·

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14· Verfahren nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch Unterbrechung der Gemischaufgabe während der ganzen Zeit, in der " Trommel und Schnecke unsynohronisiert laufen»

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Gemischaufgabe gegen Ende des Zeitabschnittes, währenddessen Trommel und Schnecke synchron laufen, beginnt und unmittelbar vor dem Zeitabschnitt des Auswerfens ein Zeitabschnitt zur Ablagerung ohne Störung durch Gemischaufgabe oder axiale Verschiebung vorgesehen ist,

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15» gekennzeichnet durch Abschöpfung und -Entnahme der Oberflächenschicht des Flüssigkeitsspiegels der Trommel während zumindest eines Teiles des Zeitabschnittes, währenddessen Trommel und · Schnecke synchron laufen·

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