DE19752653A1 - Anlage und Filterpresse zur Entfeuchtung von pastösen Feststoffen - Google Patents
Anlage und Filterpresse zur Entfeuchtung von pastösen FeststoffenInfo
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Description
- A. Feuchte Feststoffschüttungen, bei denen die Flüssigkeit im wesentlichen kapillar und adsorptiv gebunden ist und die nur wenig Haftflüssigkeit aufweisen, und die sich wie körnige Feststoffe verhalten (z. B. Braunkohle, Torf, Rindenmulch, Papierschlamm).
- B. Schlämme und pastöse Materialien, bei denen die Flüssigkeit zum Teil auf der Oberfläche, zum Teil als Kapillarflüssigkeit und zum Teil adsorptiv oder in Zellstrukturen gebunden vorliegt (Klärschlamm, Wasserwerkschlamm).
- C. Schlämme, Dispersionen und Suspensionen mit geringem Feststoffgehalt, bei denen die Flüssigkeit auf der Oberfläche vorliegt die sich chemisch inert verhalten und die bei der Aufprägung mechanischer Kräfte weder plastisch noch elastisch verformbar bzw. kaum deformierbar sind (Flotationsberge, Flotationskonzentrat, Sand, Galvanikschlamm).
- - die Vorwärmung des zu entwässernden Materials mit dem aus dem vorherigen Zyklus ausgepreßten heißen (Ab-) Wassers auf ≧ 100° Celsius,
- - die Bedampfung/das Aufheizen des entwässernden Materials von der Vorwärmtemperatur auf 200° Celsius mittels Sattdampf,
- - das mechanische Auspressen des freiwerdenden Heißwassers mit 60 bar bis 100 bar Preßdruck und
- - die Entspannungsverdampfung unmittelbar nach dem Pressen.
- - als Dampfdusche,für das Einsatzmaterial mit Einleitung des Sattdampfes durch den Preßstempel und den Deckel des Druckraumes oder in die Vorwärmbehälter dienen Sattdampfventile,
- - zum Beschicken des Einsatzmaterials in die Vorwärmbehälter sind Einlaßventile und daraus zum Beschicken in den Druckraum der Filterpresse sind in den Vorwärmbehältern Auslaßventile und im Druckraum Flutungsventile mit großem Durchsatz vorgesehen;
- - im Druckraum sind am Deckel und am Preßstempel Filterplatten mit Metalldrahtgewebe angebracht, die zum Druckraum abgewandt jeweils eine Auslaßkammer bilden, aus der über Auslaßventile das Restwasser abgeleitet wird,
- - zum Entspannen des Dampfes beim Öffnen führt zusätzlich ein Entspannungsverdampfungsventil durch den Deckel des Druckraumes und
- - zum Ausstoßen des Trockenkuchens bei frei abgesenktem Preßstempel bzw. abgesenkter Zylinderwand ist eine Ausstoßvorrichtung vorgesehen.
Stoffklasse A:
Eine gute Permeabilität des körnigen Schüttgutes, so daß der Dampf das Haufwerk gleichmäßig durchströmt.
Stoffklasse C:
Eine gute Dampfkonvektionsströmung die eine gleichmäßige Kondensation in der Flüssigkeit bewirkt, daß heißt, der Dampfkondensationsprozeß muß kontrolliert, steuerbar ablaufen.
Stoffklasse B:
Pastöse Feststoffe verhalten sich im Hinblick auf einen kontrollierten Dampfkondensationsprozeß zum Teil indifferent. Das heißt, um eine gleichmäßige Verteilung der Kondensationswärme im Einsatzmaterial zu erreichen, muß die Konsistenz dem Stoffverhalten entsprechend den Stoffklassen von A oder C angepaßt werden, und zwar durch die Zugabe von entweder körnigem Gut zur Verbesserung der Permeabilität oder durch Heißwasser aus der vorherigen Charge, so daß mit zunehmender Verflüssigung das Strömungsverhalten verbessert wird mit dem zusätzlichen Verfahrensvorteilen der gleichzeitigen Erwärmung und einer massiv gesteigerten Anfiltrationseffizienz. Die Zugabe von körnigem Gut kann zum Beispiel aus einer Beimischung von gemahlenem Trockengut aus den vorhergehenden Chargen oder aus der Zugabe von Kohlegranulat in den Klärschlamm zur Erhöhung des Brennwertes erfolgen. Eine vorteilhafte Maßnahme besteht weiter darin, daß der Beginn des Einflutens des Einsatzmaterials im Druckraum erst dann erfolgt, wenn dessen Volumen 0 ist, bei Anliegen des Preßstempels gegen die obere Filterplatte.
Nach Prozeßschritt II erfolgt durch das Einströmen des hohen Sattdampfdruckes von 16 bar und den hohen Dampftemperaturen von 200° Celsius eine schlagartige Änderung der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit bzw. dem Einsatzmaterial, indem zum Beispiel Stoffwerte wie Dichte und Viskosität herabgesetzt werden und somit die Strömung innerhalb freier Kapillaren und an den Filterflächen soweit begünstigt wird, daß das Austreten des freien Wassers durch die Filterflächen beschleunigt wird, das heißt der Filtrationseffekt und Massendurchsatz gesteigert wird mit dem Ergebnis, daß relativ hohe Schichthöhen (H1) zum Einsatz gelangen können. Nach Prozeßschritt V wird das Entleeren des Druckraumes dadurch gefördert, daß der Entspannungsdampfdruck das Trockengut auf die Oberfläche des Preßstempels drückt, indem alle Ventile in der oberen Filterplatte geschlossen sind und ein Dampfströmungsdruck durch die geöffneten Ventile der unteren Stempelplatte das Trockengut auf die Oberfläche des Preßstempels drückt. Für den Prozeßzyklus nach Anspruch 1 und den Fig. 6 bis 10 sind folgend Vorteile anzumerken:
Die Entleerposition gemäß Prozeßschritt IV ist in der Lage des Preßstempels nahe der Ausgangsposition nach Prozeßschritt I, so daß nach dem Entleeren die mechanisch notwendige Zeit zum Einfahren in die Ausgangsposition kürzer ist, das heißt die Gesamtpreßzeit kleiner wird. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5, wo der Preßstempel zum Entleeren aus dem Druckraum freigefahren werden muß, ist der Stempelhub geringer, da der Freifahrthub nicht mehr notwendig ist. Für die Bewegung der Zylinderwand ist nur das Eigengewicht zu überwinden, das heißt die Stellkräfte sind sehr klein. In der abgesenkten Position der Zylinderwand (Prozeßschritt V) kann durch weiteres Absenken des Preßstempels körniges Feuchtgut direkt in den offenen Zylinderraum geschüttet werden, falls dieses körnige Gut durch das Flutungsventil nicht mehr gefördert werden kann. Das heißt im Endresultat, durch diese Ausführung kann ein sehr breites Spektrum an zu entwässernden Stoffen von sehr körniger Substanz (zum Beispiel Braunkohle) bis zu wäßrigen Lösungen mit sehr geringem Feststoffgehalt gefahren werden. Durch die Freistellung der Filterplatte durch das Absenken der Zylinderwand können die Filterflächen gut gewartet bzw. gereinigt werden.
Durch das Einströmen der vorgewärmten Schlammflüssigkeit in den Druckraum der Filterpresse wird der Filtrationseffekt, wie bereits oben beschrieben, sofort eingeleitet, was die Entwässerung beschleunigt. Das bei der Filtration und beim Auspressen freiwerdende heiße Abwasser wird wahlweise entweder direkt dem Schlamm in dem Vorwärmbehälter B1 oder dem Vorwärmbehälter B2 zugeführt, um durch die Verdünnung der Schlammflüssigkeit das Strömungsverhalten beim späteren Dampfinjizieren zur besseren Verteilung der Kondensationswärme zu verbessern. Der Verdünnungsgrad wird volumetrisch gesteuert, das heißt bei ausreichender Verdünnung wird automatisch auf den Wärmetauscher innerhalb der Vorwärmbehälter B1 und B2 umgesteuert. Ebenso wird der Entspannungsdampf als Abwärme direkt im Einsatzmaterial genutzt. Insgesamt wird durch diese Maßnahmen die Prozeßzeit verkürzt, weil die Vorwärmung parallel mit der Druckfiltration und Auspressung erfolgt und durch die erhöhten Ausströmungsgeschwindigkeiten an den Filterflächen die Entwässerung derart beschleunigt wird, daß im Vergleich zu den bekannten Verfahren der Dampf-Druck-Filtration mit geringeren Dampfdrücken wesentlich höhere Entwässerungsleistungen bei gleichem Restwassergehalt erreicht werden, das heißt im Endresultat, daß durch die Kombination der vier Prozeßschritte Vorwärmen, Bedampfen, Pressen, Entspannungsdampf-Verdampfen flächenspezifische Durchsätze im Bereich von 2 t/m2h und größer erzielt werden können.
- I. Fluten des quasi flüssigen Einsatzmaterials 6 vom Vorratsbehälter 29 durch das Flutungsventil 14 in den Druckraum 12,
- II. In die Flüssigkeitssäule (z. B. TS ≦ 10 Gewichtsprozent) von H1 ≈ 300 bis 500 mm wird von unten über das Sattdampfeinlaßventil 16 flächig Sattdampf mit 16 bar/200° Celsius eingedüst. Im Zuge der Konvektionsströmung kondensiert der Dampf unter Druck und gibt Wärme an die kalte Flüssigkeit ab.
- III. Danach erfolgt die mechanische Auspressung mittels Preßstempel 5 unter hohem Druck von 60 bis 100 bar. Die Entwässerung erfolgt dabei über Filterplatten 9, Auslaßkammern 20 und durch die Restwasserauslaßventile 17 am Deckel 4 und dem Preßstempel 5 oben und unten bis zu einem Endwassergehalt im Bereich von 10 bis 25 Gewichtsprozent, das heißt Trockenkuchenhöhen H2 ≈ 65 mm.
- IV. Nach dem Pressen wird durch eine schnelle Einleitung der Öffnungsbewegung durch den Preßstempel 5 oder der Zylinderwand 2 sowie durch das Öffnen der Entspannungsverdampfungsventile 15 eine Entspannungsverdampfung eingeleitet, wodurch der Endwassergehalt um einige Prozentpunkte weiter abgesenkt wird.
- V. Mit der Freistellung des Preßstempels 5 bzw. der Zylinderwand 2 kann der Trockenkuchen 26 durch die Ausstoßvorrichtung 22 abgerakelt werden.
- I. Preßstempel 5 in oberster Ausgangsposition:
Die Schlammleitung 30 von Vorwärmbehälter B1 steht über das Auslaßventil 8 bis zum Flutungsventil 14 unter Druck. Mit dem Öffnen des Flutungsventiles 14 wird mittels dem Sattdampfventil 13 und Dampfleitung 31 unter Druck Dampf in das vorgewärmte Einsatzmaterial 6 im Druckraum 12 gepreßt. - II. Prozeß zum Beispiel ohne Schlammverdünnung mit Anfiltrationseffekt:
Durch die hohe Vorwärmtemperatur ≧ 100 Celsius des Einsatzmaterials 6 kommt der Anfiltrationseffekt sofort zur Wirkung und heißes Abwasser von ≦ 100° Celsius fließt oben und unten über die Filterplatten 9, Auslaßkammer 20, Restwasserauslaßventil 17, Restwassereinlaßventil 19 und Restwasserleitung 32 in Richtung Wärmetauscher 24 im Vorwärmbehälter B2. Kaltes Abwasser von Vorwärmbehälter B2 fließt in den Abwasserbehälter 21. Die Schlammtemperatur im Vorwärmbehälter B2 steigt. Der Preßstempel 5 oszilliert laufend entsprechend einer einsteuerbaren Flüssigkeitssäule von H0 auf H1, solange bei dem Stoffverhalten der Schlammflüssigkeit bei dem Dampfeindüsungsniveau noch eine ausreichende Dampfkonvektionsströmung vorliegt. - III. Prozeß mit Schlammverdünnung (einschließlich IV bis V) und Vorwärmung:
Der Vorwärmbehälter B1 ist entleert. Der Druckraum 12 ist bis zum Füllniveau H1 gefüllt und Sattdampf 16 bar/200° Celsius wird über das Sattdampfeinlaßventil 16 flächig eingedüst. Das Kondenswasser wird über das Restwasserauslaßventil 17, Heißwasserleitung 32 und Restwassereinlaßventil 18 direkt in die Schlammasse des Vorwärmbehälters B2 gedrückt. Der Schlammflüssigkeitsspiegel im Vorwärmbehälter B2 steigt und damit gleichfalls die Temperatur. - IV. Dampfkondensation im Druckraum 12:
Der Druckraum 12 oszilliert mit zunehmendem Kondenswasser zwischen H1 und H2. Das heiße Wasser wird weiter über das Restwasserauslaßventil 17 und das Restwassereinlaßventil 18 mengendosiert direkt in den Vorwärmbehälter B2 hineingedrückt, bis das obere Füllniveau in Vorwärmbehälter B2 erreicht ist. Danach wird der direkte Heißwasserstrom in den Vorwärmbehälter B2 durch das Restwassereinlaßventil 18 geschlossen und über das Restwassereinlaßventil 19 in den Wärmetauscher 24 von Vorwärmbehälter B2 umgesteuert. - V. Pressen und Heißwasserzirkulation mit externer Vorwärmung der
Schlammflüssigkeit.
Nach Beendigung der Dampfkondensation wird der mechanische Preßvorgang im Druckraum 12 mit dem Preßstempel 5 bei 60 bar bis 100 bar eingeleitet. Das ausgepreßte Abwasser fließt mit ≦ 200° Celsius über das Restwassereinlaßventil 19 durch den Wärmetauscher 24 von Vorwärmbehälter B2 und mit einem Gegendruck von ≦ 16 bar in den Abwasserbehälter 21, so daß die Schlammflüssigkeit im Vorwärmbehälter B2 auf mehr als 100° Celsius vorgewärmt wird. - VI. Ende des Preßvorganges mit einem Trockenkuchen 23 mit 10 bis 25
Gewichtsprozent Restwassergehalt:
Je nach Prozeßvariation II oder II bis V können Trockenkuchenhöhen H3 im Bereich von 80 mm bis 150 mm erzielt werden. Das gesamte heiße Abwasser ist über den Wärmetauscher 24 in Vorwärmbehälter B2 in den Abwasserbehälter 21 als Kaltwasser abgeflossen. - VII. Entspannungsverdampfung über das Entspannungsverdampfungsventil 15:
Nach dem Pressen wird durch schnelles Absenken des Preßstempels 5 der Entspannungsdampfvorgang aus dem Druckraum 12 eingeleitet. Der Entspannungsdampf aus dem Druckraum 12 wird gesteuert abgeleitet und zwar wird der Dampf über das Entspannungsverdampfungsventil 15 in den Vorwärmbehälter B1 zur Vorwärmung geleitet und drückt dabei gleichzeitig das in den Heißwasserleitungen 32 stehende Heißwasser über Ventile in den Vorwärmbehälter B1. Mit dem Dampfdruck wird der Trockenkuchen 23 mit weiter absenkendem Preßstempel 5 in Richtung Entleerung gedrückt. Es erfolgt Entspannung gegen atmosphärischen Druck ins Freie. - VIII. Entleeren des Druckraumes 12:
Mit der Freistellung des Preßstempels 5 bzw. der Zylinderwand 2 außerhalb des Druckraumes 12 kann der Trockenkuchen 23 mittels der Ausstoßvorrichtung 22 seitlich abgerakelt werden. Danach wird der Preßstempel 5 wieder in die obere Ausgangsposition gefahren, so daß ein neuer Zyklus gemäß Phase 1 eingeleitet werden kann.
Vorwärmung - Bedampfen - Pressen - Entspannungsverdampfung.
B1 Vorwärmbehälter
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