DE19939338C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von feinen Feststoffen aus Flüssigkeiten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von feinen Feststoffen aus Flüssigkeiten

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Abtrennung von feinen Feststoffen aus Flüssigkeiten unter Nutzung der ungerichteten radial wirkenden Schwingungen der Vibrationstechnik, die von einem Motor mit exzentrisch angeordneten Unwuchtgewichten erzeugt werden, sowie einem Ringspalt, der zwischen dem zylindrischen Vibrator und dem zylindrischen Sieb oder Filter gebildet wird. DOLLAR A Dabei wirkt die kreisförmige Vibratorschwingung in der Form so auf das Sieb, daß senkrecht zur zylindrischen Sieb- oder Filterfläche durch die zyklisch mit jeder Drehung wiederkehrende Schwingung ein Überdruck und nachfolgend ein Unterdruck erzeugt wird, dadurch einerseits die zu filtrierende Flüssigkeit eine tangentiale Rotationsbewegung im Ringspalt ausführt, andererseits die vom Sieb zurückgehaltenen Teilchen durch den Unterdruck von der Oberfläche des Siebes abgehoben und von der tangentialen Bewegung und dem Überdruck an einer anderen Stelle auf das Sieb wieder aufgelegt werden und weiterhin durch eine spiralförmige Leiteinrichtung auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators die abgetrennten feinen Feststoffe zur Austragsseite hin bewegt werden.

Description

Anwendungsgebiet
Die Aufarbeitung und Rezirkulation von Produktions- und Abwässern aus verschiedenen Bereichen und Industriezweigen mit dem Ziel der sparsamen Verwendung von Wässer gewinnt immer mehr an Bedeutung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung, mit dessen Hilfe von Grobstoffen gereinigte Flüssigkeiten weiter von feinen Feststoffanteilen befreit werden können.
Die zur Anwendung kommenden Loch- bzw. Spaltweiten liegen im Bereich von 0,05-0,2 mm.
Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen
Der Einsatz von Geräten zur Trennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten ist in vielen Offenlegungen dargestellt. Eine in den oben genannten Anwendungsgebieten eingesetzte Technik wird in der EP 0 367 037 B1 beschrieben.
Zur Leistungssteigerung wurde für diese Maschine in der EP 0 443 385 B1 der Einsatz der Vibrationstechnik vorgeschlagen.
Die durch den Vibrator (4) erzeugte kreisförmige Schwingung wird durch die Schwinge (10) in eine gerichtete Schwingung umgewandelt. Diese Schwingung dient der Beeinflussung der Viskosität der zu behandelnden Flüssigkeit.
Die in diesen Schneckenpressen entstehenden Preßdrücke erfordern stabile Siebe, die den Nachteil haben, eine sehr geringe offene Filterfläche zu besitzen. Weiterhin ist es erforderlich, daß zum Freihalten der Siebspalten der Abstand zwischen Sieb und Schnecke sehr eng gehalten werden muß und hohe Anforderungen an die Fertigung solcher Geräte stellt.
Das Anwendungsgebiet ist so auf den Bereich zwischen 0,75 bis 0,25 mm der Spaltweiten der Siebe beschränkt.
In der DE 25 58 682 B2 wird eine andere Technik dargestellt, in der zwei zylindrische Filterflächen exzentrisch zueinander angeordnet sind. Dadurch wirken am Umfang der ringspaltförmigen Filtrationskammer verschieden große, sich zyklisch ändernde Scherkräfte. Ähnlich wie in der DE 42 26 445 A1, in welcher der Filterkörper durch einen Ultraschallgenerator erregt wird, muß auch hier der Feststoff durch die Strömung der Flüssigkeit ausgetragen werden. Eine ausreichende Aufkonzentration ist daher nicht möglich.
Der Einsatz zylindrischer Siebe mit einem innenliegenden zylindrischen Vibrator ist in der DE 39 15 354 A1 dargestellt. Der Vibrator überträgt im unteren Bereich direkt Schwingungen auf den Siebzylinder, wodurch Verstopfungen verringert und die Leistungsfähigkeit verbessert werden sollen. Der Filterkuchen muß hier diskontinuierlich und auch mit Hilfe der zu filtrierenden Flüssigkeit ausgetragen werden.
In der Patentschrift US 36 53 189 wird eine als "Vibrator" (50) genannte Einrichtung von der Handkurbel (52) angetrieben. Es entsteht durch die exzentrischen Teile (57) und (58) eine taumelnde Bewegung, die den Schmutz aus dem Filter schüttelt. Ein senkrecht auf das Sieb wirkender Unter- bzw. Überdruck kann damit nicht erzeugt werden.
Ziel der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Feinsiebung vorzustellen, die den Bereich von 0,2 bis 0,05 mm erfassen.
Dabei ist von besonderer Bedeutung, daß bei kontinuierlicher Zuführung eine gleichmäßige Abführung des Klarlaufes und der aufkonzentrierten Feststoffe in pastöser Form möglich ist, ohne größere Mengen an zu filtrierender Flüssigkeit nutzen zu müssen.
Die Einrichtung soll von der Grundkonzeption her mit niedrigem Energieaufwand betrieben, einfach aufgebaut und leicht zu reinigen, also in den entsprechenden Baugruppen einfach zu demontieren und zu montieren sein.
Merkmale der Erfindung
Es wurde gefunden, daß sich in einem Ringspalt zwischen einem achsial rotierenden zylindrischen Vibrator und einem fest eingespannten Feinsieb, durch die bei jeder Drehung der auf beiden Seiten des Vibratormotors angeordneten Exzenter sich zyklisch ändernden Drücke, drei Bewegungsabläufe realisieren lassen, also daß
  • 1. die zu filtrierende Flüssigkeit eine tangentiale Rotationsbewegung im Ringspalt ausführt,
  • 2. die vom Sieb zurückgehaltenen Teilchen durch den Unterdruck von der Oberfläche des Siebes abgehoben und von der tangentialen Bewegung und dem Überdruck an einer anderen Stelle auf das Sieb wieder aufgelegt werden und so die kontinuierliche Reinigung des Siebes gewährleistet und
  • 3. durch eine spiralförmige Leiteinrichtung auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators die abgetrennten feinen Feststoffe zur Austragsseite hin bewegt werden.
Damit kann eine Einrichtung für die Feinsiebung oder die Filtration realisiert werden, die den Bereich von 0,2 bis 0,05 mm erfaßt.
Der Vibrator wird mit niedrigem Energieaufwand betrieben und die gesamte Filtereinrichtung ist einfach aufgebaut und leicht zu reinigen.
Kennzeichnend für den Aufbau der Vorrichtung sind:
  • - Die Länge des zylindrischen Siebes entspricht etwa der Länge des zylindrischen Vibrators, um so die Siebfläche für den Filtrationsprozeß weitgehend ausnutzen zu können.
  • - Der Ringspalt zwischen dem zylindrischen Vibrator und dem zylindrischen Sieb hat eine Breite, die dem ein- bis fünffachen des Ausschlages entspricht, der durch den Vibrator erzeugt wird, da einerseits ein zu kleiner Spalt die Gefahr des Anschlagens des Vibrators an das Sieb in sich trägt und andererseits ein zu großer Spalt die Übertragung der Massenkräfte zum Transport der zu filtrierenden Flüssigkeit nicht gewährleistet.
  • - Die auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators angeordnete gewindeartige Spirale weist eine Tiefe auf, die dem ein- bis fünffachen des Ausschlages entspricht, der durch den Vibrator erzeugt wird und so die besten Voraussetzungen dafür geschaffen werden, die tangentiale Flüssigkeitsbewegung hin zum Austrag des Feststoffes zu lenken.
  • - Die Länge der gewindeartigen Spirale ist auf die zu filtrierende Flüssigkeit abgestimmt und kann an einer beliebigen Stelle auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators beginnen oder enden.
    Beispielsweise kann im Einlaufbereich auf einen Teil der Spirale verzichtet werden, da sich hier noch keine Feststoffteilchen so weit aufkonzentriert haben, daß sie von der Spirale wirksam erfaßt werden. Die Strömung der eintretenden Flüssigkeit bewirkt ohnehin eine achsiale Bewegung der Teilchen zum Feststoffaustrag hin.
    Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Spirale im Bereich des Austrages der abgetrennten feinen Feststoffe nicht bis an das Ende des Ringspaltes zu führen, um so mit dem Druck aus dem Bereich der Spirale eine weitere Verdichtung der Feststoffmasse zu erzielen.
  • - Die Drehrichtung des Vibrators und die Steigung der gewindeartigen Spirale sind so miteinander abgestimmt, daß eine gerichtete Bewegung der abgeschiedenen Teilchen zum Feststoffaustrag hin stattfindet. Das bedeutet, daß bei einer Änderung der Drehrichtung des Vibrators sich auch die achsiale Förderrichtung umdreht und so der Ein- und Austrag jeweils auf der entgegengesetzten Seite liegen muß.
  • - Die Bewegung der zu filtrierenden Flüssigkeit vom Eintrag zum Feststoffaustrag kann sowohl von unten nach oben, wie auch von oben nach unten angeordnet werden. Je nach der zu filtrierenden Flüssigkeit haben beide Varianten Vorteile. Bei der Förderrichtung von unten nach oben läßt sich der aufkonzentrierte Feststoff direkt abnehmen, während bei der Förderrichtung von oben nach unten, zum Schutz eines Durchbruches der zu filtrierenden Flüssigkeit, dieser dosiert von einer Volumenpumpe abzunehmen ist.
  • - Die durch das Sieb abgetrennte Flüssigkeit kann entweder frei ablaufen oder hinter dem Sieb als Flüssigkeitspolster genutzt werden.
    Fließt die gereinigte Flüssigkeit direkt ab, so spült sie einerseits Restteilchen mit ab, kann aber andererseits Luft durch die Sieböffnungen mit einsaugen. Das Sieb schwingt außerdem leichter mit.
    Wird die abzuleitende gereinigte Flüssigkeit mit Hilfe eines in der Höhe der Oberkante des Siebes angeordneten Überlaufes aufgestaut, so bildet die Flüssigkeit ein Polster, welches die Schwingungen des Siebes dämpft und so zu einem besseren Abscheidegrad der Feststoffteilchen beiträgt.
  • - Der im zylindrischen Vibrator angeordnete Motor besitzt auf beiden Wellenenden zwei einstellbare Exzenter.
    Damit besteht die Möglichkeit, die Dämpfung der Schwingung im Bereich der Aufhängung des zylindrischen Vibrators, in dem sich auch der sich bildende pastöse Feststoffpfropfen befindet und einen weiteren Teil zur Dämpfung beiträgt, auf eine höhere Massenkraft einzustellen. Damit wird die senkrechte Lage der Rotationsachse des zylindrischen Vibrators stabilisiert.
  • - Der zylindrische Vibrator ist an drei stangenförmigen Federelementen so aufgehängt, daß die Drehachse des Vibrators sich immer in einer senkrechten Lage befindet.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in längsgeschnittener Ansicht in einem dreifüßigen Gestell (1) ein dreiteiliges Gehäuse, bestehend aus dem Unterteil (2), dem Mittelteil (3) und dem Oberteil (4).
Das Unterteil (2) ist fest an den drei Füßen des Gestells (1) befestigt. Am Boden (5) wird die zu filtrierende Flüssigkeit (6) über den Rohrstutzen (7) in das Gerät eingeleitet.
Zur Einspannung des Feinsiebes (8) im unteren Bereich befindet sich am Boden (5) eine Verschraubung (9), die aus zwei Halbschalen besteht.
Weiterhin ist im Außenbereich des Bodens ein zylindrischer Auffangring (10) mit einem Rohrstutzen (11) befestigt, über den die gefilterte Flüssigkeit (12) das Gerät verlassen kann.
Im oberen Bereich wird das Feinsieb (8) mit Hilfe der Verschraubung (13), die auch aus zwei Halbschalen besteht, am Oberteil (4) befestigt. Mit den Spannschrauben (14), die im Gestell (1) enden, kann das Feinsieb (8) in achsialer Richtung eingespannt werden.
Am Oberteil (4) ist weiter ein zylindrischer Auffangring (15) mit einem Stutzen (16) befestigt, über den der abgetrennte Feststoff (17) in flüssig-pastöser Form aus dem Gerät herausgeführt wird.
Der zylindrische Vibrator (18), auf dessen Oberfläche die Spirale (19) angeordnet ist, ist in der Ansicht dargestellt.
Seine Aufhängung im Gestell (1) erfolgt einstellbar über die drei stangenförmigen Federelemente (20).
Das Mittelteil (3) des Gehäuses verhindert das Herausspritzen der filtrierten Flüssigkeit (12) und dient dem Schutz des Feinsiebes (8).
Es kann zu Demonstrationszwecken durchsichtig ausgeführt werden.
Die Verbindung zwischen dem Mittelteil (3) und dem Oberteil (4) ist zum Zwecke der Spannbarkeit des Feinsiebes (8) in achsialer Richtung verschiebbar ausgeführt.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Vorrichtung.
Zur leichten Montage und Demontage des Vibrators (18), des Feinsiebes (8) und des Oberteils (4) mit Auffangring (15) und Stutzen (16) ist das Gestell (1) im oberen sternförmigen Bereich mit den drei Füßen verschraubt.
In der Draufsicht sind die Verschraubungen der drei Spannschrauben (14) für die Verspannung des Feinsiebes (8) sowie die Befestigungsschrauben für die drei Federelemente (20) zu erkennen.
Fig. 3 zeigt in längsgeschnittener Ansicht einen Schnitt durch den zylindrischen Vibrator (18). Dabei ist der Motor (21) über die Verschraubungen (22) demontierbar angeordnet. Die elektrische Verkablung ist nicht dargestellt.
Die auf beiden Wellenenden des Motors (21) angeordneten Exzenter (23) bestehen aus mehreren Scheiben, die sich einzeln in einer gegenüberliegenden Stellung befestigen lassen und so eine unterschiedliche Einstellung der Massenkräfte zum Ausgleich der Dämpfung der Schwingung im Bereich der Federelemente (20) und der Dämpfung durch den sich bildenden pastösen Feststoffpfropfen möglich ist. In Fig. 3 ist weiterhin die in dieser Ausführung über die gesamte Oberfläche des zylindrischen Vibrators (18) verlaufende Spirale (19) zu erkennen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Abtrennung von feinen Feststoffen aus Flüssigkeiten mit Hilfe der Siebung oder der Filtration unter Nutzung eines in senkrechter Lage fest eingespannten zylindrischen Feinsiebes mit loch- oder spaltförmigen Öffnungen und unter Nutzung der ungerichteten radial wirkenden Schwingungen der Vibrationstechnik, sowie einem Ringspalt, der zwischen dem zylindrischen Vibrator, der sich horizontal kreisend bewegt, und dem im Durchmesser etwas größeren zylindrischen Sieb gebildet wird, wobei in dem Ringspalt die kreisförmige Vibratorschwingung über die zu filtrierende Flüssigkeit in der Form auf das Sieb wirkt, daß senkrecht zur zylindrischen Siebfläche durch die zyklisch mit jeder Drehung wiederkehrende Schwingung ein Überdruck und nachfolgend ein Unterdruck erzeugt wird, dadurch einerseits die zu filtrierende Flüssigkeit eine tangentiale Rotationsbewegung im Ringspalt ausführt, andererseits die vom Sieb zurückgehaltenen Teilchen durch den Unterdruck von der Oberfläche des Siebes abgehoben und von der tangentialen Bewegung und dem Überdruck an einer anderen Stelle auf das Sieb wieder aufgelegt werden, und durch eine spiralförmige Leiteinrichtung auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators die abgetrennten feinen Feststoffe zur Austragsseite bewegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Austrages der abgetrennten feinen Feststoffe über ein Anstauen des Klarlaufes bis zur Höhe der Austragsseite erfolgt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem zylindrischen Vibrator (18), der über stangenförmige Federelemente (20) so befestigt ist, daß er mit Hilfe des Unwuchtmotors (21) horizontal kreisende Schwingungen ausführen kann und einem, zwischen dem Oberteil (4) und dem Unterteil (2) fest eingespannten zylindrischen Sieb (8), welches gegenüber dem Vibrator (18) einen etwas größeren Durchmesser besitzt, ein hohlzylindrischer Ringspalt gebildet wird, wobei die Achse des Vibrators (18) um diese Achse des Siebes (8) in der Größe der Amplitude der Schwingung kreist, der Vibrator (18) sich über die gesamte Länge des Siebes (8) erstreckt, auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators gewindeartige Spiralen (19) angeordnet sind und die abgetrennten feinen Feststoffe (17) aus dem Stutzen (16) des Oberteils (4) flüssig-pastös überlaufen können und hinter dem Sieb (8) ein Rohrstutzen (11) für die Abführung der gefilterten Flüssigkeit (12) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die gewindeartigen Spiralen (19) eine Steigung und eine Drehrichtung besitzen, die mit der Drehrichtung des Vibrators (18) den Austrag der abgetrennten feinen Feststoffe zum Austrag am Oberteil (4) hin unterstützen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt zwischen dem zylindrischen Vibrator (18) und dem zylindrischen Sieb (8) eine Breite hat, die dem ein- bis fünffachen des Ausschlages entspricht, der durch den Vibrator (18) erzeugt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators (18) angeordnete gewindeartige Spirale (19) eine Tiefe aufweist, die dem ein- bis fünffachen des Ausschlages entspricht, der durch den Vibrator (18) erzeugt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß Länge und Steigung der gewindeartigen Spirale (19) auf die zu filtrierende Flüssigkeit abgestimmt sind und die Länge der Spirale (19) an einer beliebigen Stelle auf der Oberfläche des zylindrischen Vibrators beginnen oder enden kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit (6) vom Eintrag zum Austrag der abgeschiedenen feinen Feststoffe hin sowohl von unten nach oben, wie auch von oben nach unten angeordnet werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Sieb (8) abgetrennte Flüssigkeit (12) entweder frei ablaufen oder hinter dem Sieb als Flüssigkeitspolster genutzt werden kann.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der im zylindrischen Vibrator (18) angeordnete Motor (21) auf beiden Wellenenden zwei einstellbare Exzenter (23) besitzt.
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