DE2151476B1 - Dickschicht-Stroemungszentrifuge - Google Patents

Description

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(spezifisches Gewicht 1,58 kg/dm³) und 50 Gewichts- Ohne willkürlich eingeprägte Kräfte ist eine Flüssigprozente Sirup (spezisches Gewicht, temperaturab- keit stets der Erdbeschleunigung ausgesetzt und bilhängig, 1,4 kg/dm³) vorliegen. det eine waagerechte Grenzfläche. In einer Zentrifuge

Auf die Gewichtseinheit Kilogramm bezogen neh- kann die auf die Flüssigkeit wirkende Beschleunigung

men 50% Zuckerkristalle den Raum von 0,317 dm³ 5 ein erheblich Vielfaches der Erdbeschleunigung be-

ein und 50% Sirup 0,357 dm³. Das spezifische Ge- tragen, ohne daß dadurch der Gleitwinkel verändert

wicht der Füllmasse ist demnach 1,49 kg/dm³. wird. Die Grenzfläche der Flüssigkeit steht aber stets

Das Schüttgewicht der Zuckerkristalle ist rechtwinklig zu den resultierenden Beschleunigungen.

0,9 kg/dm³, die Zuckermasse des Kristallhaufwerkes Im strukturviskosen Fließgebiet ist das Fließverhalten

nimmt danach nur 57% des Raumes ein, 43% sind io beider Geschwindigkeit Null, bezogen auf den Gleit-

Hohlraum, in dem also Sirup stehen muß. In diesem winkel, ebenfalls unabhängig von der Beschleunigung,

von Sirup erfüllten Hohlvolumen sind aber nur 67% Das leuchtet ein, weil die Schiebung, die Schubspan-

des Gesamtsirupgewichtes enthalten; 33 % des Sirup- nung, direkt proportional der Normalkraft bzw. dem

gewichtes sind also »frei«. Geschwindigkeitsgradienten ist und bleibt.

Da aber die Suspension mechanisch in Bewegung 15 Die Grenze des strukturviskosen Fließverhaltens

gehalten wird, schweben die Zuckerkristalle ohne von Zuckerfüllmassen liegt bei 98 Gewichtsprozent

nennenswerte gegenseitige Berührung in der Zucker- Zuckerkristallen und 2 Gewichtsprozent Sirup. Von

lösung (Sirup). hier ab zeigen Zuckerkristalle unter Einwirkung von

Rheologisch verhält sich diese Suspension wie eine Massenkräften als Wirkung eines potentiellen Ener-

Newtonsche Flüssigkeit, wie eine Flüssigkeit ohne 20 giegefälles Schüttgutverhalten.

Fließgrenze. Der Geschwindigkeitsgrad dient, als Mit weiterer Verringerung des Sirupanteils sinkt

Maß der Geschwindigkeitsunterschiede von Schicht der Gleitwinkel wieder, um schließlich beim Sirup-

zu Schicht, ist hierbei direkt proportional dem Pro- anteil Null im Kristallhaufwerk (trockener Zucker)

dukt aus Schubspannung und Fluidität der Suspen- einen Grenzwert zu erreichen, der nach Maßgabe der

sion oder umgekehrt proportional dem Produkt aus 25 Kornpopulation innerhalb eines Streubereiches liegt.

Schubspannung und dem Reziprokwert der Fluidität, Diese Überlegungen, entwickelt und abgeleitet aus

dem Viskositätskoeffizienten. Theologischen Tendenzen, führen zum Verständnis

Die Summe aller Geschwindigkeitsgradienten, ver- und zum Erkennen der Unmöglichkeit, daß sich in

mittelt auf einen bestimmten Fließquerschnitt, ergibt der bekannten Strömungszentrifuge (deutsche Patent-

den Fließbeiwert, d.h., daß die mittlere Fließge- 30 schrift955 216) eine willkürlich dicke Schicht ein-

schwindigkeit eines Mediums auch abhängig ist von stellen kann, die willkürlich schnell fließt,

der durchflossenen Fläche. Die konische Trommel dieser Strömungszentrifuge

In einem Prozeß der Trennung von Zuckerkristal- hat zwar eine Trommel mit abgestuftem Neigungs-

len und Sirup werden die Zuckerkristalle auf einem winkel. Die aufgegebene Zuckerfüllmasse kommt

Sieb zwangweise zurückgehalten, während Sirup 35 stets als Newtonsche Flüssigkeit auf die durchlässige

durch die Siebperforation verschwinden kann. Damit Trommelwand und will eine Fließgeschwindigkeit an-

gewinnen die Kristalle schließlich Berührung unter- nehmen, die ihrer Fluidität und dem Energiegefälle

einander, stützen sich gegenseitig ab und verringern auf Grund des Trommelneigungswinkels entspricht,

ihr Gesamtvolumen nicht mehr. Da das Differential des Energiegefälles konstant

Nach den vorher angegebenen Gewichts- und Vo- 4° bleibt, ist die Fließbewegung eine beschleunigte. Die

lumenwerten tritt das ein, wenn der »freie« Sirup ver- Fließgeschwindigkeit nimmt zu und führt zur Aus-

schwunden ist. dünnung der Schicht. Eine zusätzliche Verdünnung

Nunmehr ist das spezifische Gewicht der Rest- erfährt die Schicht durch die Erweiterung der ko-

suspension 1,5 kg/dm³, wobei jetzt 60% Zucker- nischen Trommel,

gewicht und 40% Sirupgewicht vorhanden sind. 45 Während des Fließvorganges tritt aber Sirup (Me-

Von dieser Gewichtsverteilung ab verhält sich die lasse) aus, und der Suspension ordnet sich eine zuversteifte Füllmasse rheologisch strukturviskos, d. h., nehmende Fließgrenze zu, ein steigender Gleitwinkel, der Geschwindigkeitsgradient wächst nicht mehr Die Fluidität wird geringer, und damit wird die Belinear mit der Schubspannung, sondern er wächst schleunigung geringer.

nach einer Exponentialfunktion mit einem Exponen- 5° Der Neigungswinkel bei der bekannten Strömungs-

ten größer als Eins. In dieser Abhängigkeit ändern Zentrifugentrommel ist so gewählt worden, daß er

sich der Viskositätskoeffizient und der Exponent bei kleiner ist als der größte Gleitwinkel im strukturvis-

konstanter Schubspannung, aber auch im Maße des kosen Gebiet solcher Zuckerfüllmassen.

Verhältnisses von Feststoff zu Lösung. Das heißt aber auch, daß eigentlich die Zucker-

Da bei fortschreitender Entflüssigung der Suspen- 55 schicht aus der Trommel gar nicht austreten könnte,

sion das ganze Gebiet durcheilt wird, zeigt sich am weil von den Verhältnissen ab, da der Gleitwinkel der

Übergang von der Fluidität Newtonscher Flüssigkei- Suspension größer als der Neigungswinkel der Trom-

ten zum strukturviskosen Fließen noch keine Fließ- mel wird, Verzögerung der Fließbewegung auftritt,

grenze. Eine Fließgrenze bildet sich jedoch immer die rasch zur Fließgeschwindigkeit Null führen

stärker aus, je mehr sich die Suspension der vollkom- 60 würde, wenn nicht vom Anfang der Schicht her

menen Entflüssigung nähert. Die Fließgrenze bei der eine Schubkomponente in axialer Richtung frei

Geschwindigkeit Null stellt sich praktisch als ein Win- bliebe. Sie ist am Anfang im Bereiche reinen New-

kel dar, den Gleitwinkel. Der Tangens dieses Gleit- tonschen Fließverhaltens groß, nimmt dann im Maße

winkeis ist ein Maß für die Fließgrenze. des Anwachsens der Fließgrenze ab, wird schließlich

Bei der Newtonschen Flüssigkeit ist der Gleitwin- 65 Null und kehrt danach in eine Bremskomponente

kel Null, d. h., die Oberfläche der Flüssigkeit in Ruhe um.

stellt sich rechtwinklig zur Richtung der Wirkung Wird zur Erzielung einer größeren Schichtdicke

eines Energiegefälles, einer Beschleunigung ein. mehr Suspension in die Trommel gegeben, so ver-

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schiebt sich nicht nur die Grenze des Übergangs zum schwindigkeitsgradienten bei Weißzucker in der Zeitstrukturviskosen Fließen, so erhöht sich nicht nur einheit größer als bei Nachprodukten.
das Energiegefälle, sondern es besteht auch die Ge- Grundsätzlich ist ferner zu bemerken, daß einer fahr, daß die nachfließende Schicht wegen ihrer ge- Zentrifuge nach dem Kochprozeß stets »Einsudringeren Fließgrenze, die sogar Null sein kann, 5 zucker« angeboten wird. Es ist eine Eigenart von Einwegen ihres geringeren Gleitwinkels, auf die träger sudzucker (Zucker einer Kochung), daß die Kornfließende vordere Schicht steigen kann und wegen des population immer in nahezu gleichen Größenverhältgrößeren Energiegefälles diese Vorschicht über- nissen variiert. Zuckertechnologisch werden diese fließen kann. Empirisch sind diese Verhältnisse der Verhältnisse durch die Siebanalyse festgestellt und Praxis bekannt. Deshalb regelt der Bedienungsmann io geprüft. Erfahrungsgemäß liegt der Variationseine Dünnschicht-Strömungszentrifuge so ein, daß koeffizient eines Einsudzuckers zwischen 25 und 35. sich optimale Verhältnisse des Fließverhaltens der Nicht einheitlich im Querschnitt der Zuckerherstel-Gesamtschicht auf der konischen Trommelfläche ein- lung ist jedoch das Verhältnis von Kornanteil zu stellen und nur Zucker austritt. Sirup bei Weißzuckerfüllmassen. Eine Verschiebung

Ferner ist der Praxis bekanntgeworden, daß bei 15 dieses Verhältnisses wirkt sich stark auf die Fluidität

Trennung anderer Suspensionen als Zuckerfüllmas- im Newtonschen Fließgebiet aus.

sen, beispielsweise Dextrosefüllmassen, wegen des Obwohl eine Kornpopulation, bezogen auf die

anderen Gleitwinkelbereichs ein anderer Neigungs- mittlere Korngröße, gegenüber einer anderen variieren

winkel der Trommel gewählt werden mußte, um die kann, ist das Schüttgewicht jeden Einsudzuckers

begründeten und geschilderten optimalen Fließver- 20 nahezu konstant, dies um so eher, als in einer Zentri-

hältnisse der Dextroseschicht darstellen zu können. fuge als Folge der Schwemmbewegung sehr einheit-

Es ist auch bekannt, daß Dünnschichtströmungs- liehe Packungen des Kristallhaufwerkes erzielt werzentrifugentrommeln nicht »leergefahren« werden den und das eingangs angegebene Schüttgewicht ohne können. Bei Abstellen der Füllmassezufuhr entfällt »freien« Sirup die Grenze zwischen Newtonschem die erforderliche Schubkomponente, und die 35 und strukturviskosem Fließen ist.
Zuckerschicht bleibt auf der konischen Trommel Bei Einsudzucker im Bereiche des Schüttgutverliegen, haltens, das ist der erstrebte Zustand des Zuckers

Das Verständnis der Zusammenhänge strukturvis- beim Austrag aus der Zentrifuge, macht sich trotz

kosen Fließens auf der geneigten Fläche einer Zentri- ähnlichen Variationskoeffizienten der Umfang des

fugentrommel führt zu der Erkenntnis, daß die Men- 30 Größenunterschiedes in der Kornpopulation bemerk-

gendurchsatzleistung und die Güte der Entflüssigung bar. Um zu Vergleichswerten zu kommen, mit denen

einer Zuckerfüllmasse in der konischen Trommel die »Rieselfähigkeit« eines Einsudzuckers im struk-

einer Dünnschichtströmungszentrifuge von selbst be- turviskosen Fließgebiet bis hin zum trockenen

stimmt wird, nämlich aus dem Zustand der Füll- Zucker verglichen werden kann, wurde im Rahmen

masse nach Maßgabe der Kornpopulation, der 35 der Untersuchungen als Meßgröße zur technischen

Anteiligkeit von Feststoff und Zuckerlösung und von Realisierung des Erfindungsgedankens ein neuer Be-

der Temperatur. griff, der »Düsenwert«, geschaffen. Der Düsenwert

Deshalb hat die Praxis eine regelbare Wasserzu- wird als Durchmesser einer Kreisblende in Milli-

gabe vorgesehen, mit deren Hilfe das Gesamtfließver- meter angegeben und bedeutet, daß ein Einsudzucker,

halten in der Abstimmung auf den konstanten Trom- 40 einem konstanten Energiegefälle ausgesetzt, durch

melneigungswinkel beeinflußt werden kann. diese Blende gerade noch ungehindert rieselt oder

Der Praxis genügen die unvollkommenen Verhält- fließt.

nisse der bekannten Dünnschichtströmungszentrifu- Beispielsweise wurden in diesem Zusammenhang

gen, weil an Restfeuchte und Reinheit der Zweipro- zwei Einsudzuckersorten untersucht, A und B, bei

dukt- und Nachproduktzucker keine besonderen An- 45 denen der Düsenwert A gleich 5 mm betrug und bei B

forderungen gestellt werden. Diese Zuckerprodukte gleich 3 mm. Die mittlere Korngröße lag für A bei

werden wieder aufgelöst und zu Raffinaden um- 0,9 mm Maschenweite und für B bei 0,55 mm. Der

gekocht. maximale Gleitwinkel, strukturviskos, war bei A

Weißzucker aber, also Zuckerqualität, wie sie in gleich 34° und bei B gleich 32°.

den Handel kommt, muß jedoch in bezug auf Rein- 50 Interessant ist noch ein weiterer Vergleichswert

heit, Aschegehalt, Farbe und Kornqualität Forderun- dieser beiden Zuckersorten, der »Flächenwert«. Die-

gen genügen, die bei Verwendung einer bekannten ser Vergleichswert ist nicht real und dient nur zur

Dünnschichtzentrifuge oder auch der älteren Dick- Orientierung; denn, ausgehend vom Werte der

schicht-Strömungszentrifuge (deutsche Patentschrift Maschenweite der mittleren Korngröße bedeutet er

955 216) nicht erfüllt werden können. 55 das Verhältnis der Oberfläche eines Quaders zu sei-

Rheologisch besteht zwischen Weißzucker- und nem Volumen, Das Volumen des Quaders mit der Nachproduktfüllmassen insofern ein großer Unter- größten Kantenlänge gleich der mittleren Maschenschied, als der Sirup in Weißzuckerfüllmassen bei der weite M ist M mal 0,5 M mal 0,5 M, oder 0,25 M^s, Temperatur von 72 bis 73° C wesentlich schwächer und die benetzte Oberfläche ist 2,5 M². Das Verhältviskos ist als die Nachproduktmelasse bei der Tem- 60 nis der benetzten Fläche zum Volumen des Quaders peratur von nur 35 bis 40° C. Die größere Reinheit (Zuckerkristalle sind Oktaeder) ist 2,5 M²/0,25 M³ des Sirups gegenüber der Melasse erhöht über den = 10/M.

Temperaturunterschied hinaus die Fluidität des Dieser Orientierungswert vermittelt eine Vorstel-

Sirups. lung von der Menge der gebundenen Restlösung an

Das heißt zugleich, daß der Übergang vom New- 65 der Oberfläche der Kristalle bei bekannten und gleitonschen Fließen zum strukturviskosen Fließen bei chen Bedingungen, beispielsweise dem Schleuder-Weißzuckerfüllmassen viel rascher erfolgt als bei effekt in der Zentrifuge.
Nachprodukten. Ebenso ist die Änderung des Ge- Für die Zuckersorte A ist der Flächenwert 11,1

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und für die Zuckersorte B 18,2 oder 1:1,64, mit der Ringscheibe des Dosierschiebers einen ringförmigen

Dimension mm"¹. Magnetkern bildet, auf einer Wulst des Stauringes

Da die Restfeuchten auf die Gewichtseinheit bezo- aufliegt und mit mindestens drei Federsäulen gegen

gen werden, bedeutet das; bei gewichtlich gleicher die Wulst gedrückt wird, wobei oberhalb der Ring-Restfeuchte ist der Zucker B »trockener« als der 5 scheibe ein mit dem Zentrifugengehäuse festverbun-

ZuckerA. dener Elektromagnet angeordnet ist. Des weiteren

Das Oberflächenverhältnis von A und B wirkt sich ist die axiale Bewegung der Ringscheibe nach oben

auf das strukturviskose Fließverhalten aus bei Gegen- durch einen ringförmigen Anschlag des Staudammes

wart von Sirup. begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine i₀ Hierdurch wird durch die Haftkraft des Magneten

kontinuierlich arbeitende Strömungszentrifuge zu der Magnetkern gegen die Kraft der Federsäulen bis

schaffen, mit der Fertigzucker oder ein ähnliches zum Anschlag angehoben.

Produkt abgeschleudert werden kann, wobei die Dieser Vorgang ist an die Stellung des Magneten

Aufenthaltsdauer des Schleudergutes unabhängig gebunden und bleibt dadurch im Räume stehen. Bei

von der Schichtdicke willkürlich bestimmt werden i₅ Rotation der Zentrifugen-Trommel macht der Do-

kann. sierschieber relativ zur Trommel eine axiale Taumel-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch bewegung, d. h. zugleich, daß bei einer Umdrehung gelöst, daß der Ringspalt von einem konzentrisch der Zentrifugentrommel jeder Teil des Dosierangeordneten, axial beweglichen, mit der Trommel Schiebers die gleiche Hubbewegung ausführt,
verbundenen Dosier-Schieber umgeben ist, dessen ₂₀ Die Neigung und die Länge der Zentrifugenradialer Abstand zum Ringspalt größer ist als der trommel hat einen Einfluß auf die Bildung einer den Feststoffen entsprechende größte Düsenwert, Dickschicht. Um die Länge der Zentrifugentrommel daß die axiale Länge des Dosierschiebers größer ist zu verkürzen, ist die Zentrifugentrommel und/oder als die Projektion des Schüttkegels auf die Innen- nur das Sieb mit abgesetzten Neigungen ausgebildet, fläche des Dosierschiebers. 25 die jeweils größer sind als der der zugehörigen Ent-

Mit dieser Maßnahme wird ein Staudamm ge- flüssigungsphase zugeordnete Gleitwinkel der Festbildet, der nach Maßgabe des Schüttwinkels und der stoffe.

aufgegebenen Menge der Feststoffe auf dem Sieb- Die Zeichnung zeigt in einem Ausführungsbeispiel

mantel eine entsprechend dicke Schicht an Fest- gemäß Fig. 4 einen Schnitt in Achsrichtung durch

stoffen aufbaut. Durch den genau definierten Ring- ₃₀ die Zentrifuge nach der Erfindung,

spalt tritt eine bestimmte Menge an Feststoffen aus, Die übrigen F i g. 1, 2, 3 a, 3 b und 5 dienen der

die sich sodann am Dosierschieber abstützt und dort Erläuterung des Erfindungsgedankens,

beiderseits einen Schüttwinkel bildet. Bei einer Die konische Schleudertrommel 1 hat einen

axialen Bewegung des Dosierschiebers wird nach Boden 2, an dem die in Lagern 4 rotierende Zentri-

Maßgabe des Hubes und der Frequenz in der Zeit- ₃₅ fugenwelle 3 befestigt ist. Die Trommel 1 weist in

einheit eine gewünschte Menge an Feststoffen aus- halber Höhe mehrere Ablaufbohrungen 5 für den

getragen. sogenannten Grünablauf und im Bereich des Trom-

Zufolge der sich einstellenden Dickschicht wird melflansches 6 mehrere Ablauföffnungen 7 für den

also mit der Erfindung der Vorteil erreicht, daß un- Weißablauf auf. Damit der Weißablauf nicht mit

abhängig von der Korngröße des Feststoffes, bei- ₄₀ dem trockengeschleuderten Zucker in Berührung

spielsweise des Zuckers, statistisch auf die Zeiteinheit kommt, ist ein Abweiskegel 8 vorgesehen. Die Trom-

bezogen, ein genau dosierter Mengenaustrag erfolgt. mel 1 kann in bekannter Weise und in bekannten

Dieser genau dosierte Mengenaustrag ist mit den Abständen mit konzentrischen und hmterschnittenen

bisher bekanntgewordenen Strömungszentrifugen Ringnuten Sa versehen sein, in denen der hinter dem

nicht möglich. ₄₅ Siebeinsatz 9 auf der Trommelwand auf den Mantel-

Damit sich eine strömungsgerechte Einführung linien fließende Sirup gefangen wird und aus den

der Feststoffe in den Ringspalt ergibt und tote Strö- Ringnuten Za durch die Bohrungen 5 nach außen

mungszonen vermieden werden, ist es vorteilhaft, geführt wird.

daß der innere Teil des Stauringes kegelförmig in Im Ausführungsbeispiel besteht der Siebeinsatz

das Innere der Schleudertrommel hineingezogen ^₀ aus einem selbsttragenden Siebeinsatz 9, der aus

wird. einem Bodenteil 10, einem konischen Mantelteil 11

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist darin zu mit einem Flansch 12 hergestellt ist. Das Bodenteil sehen, daß die Innenfläche des Dosierschiebers 10 ist mit Sieböffnungen 13 versehen, die in einem kegelförmig ausgebildet ist. Der Neigungswinkel des oder mehreren radialen Kanälen 14 münden. Diese Kegels kann kleiner sein als der Schüttwinkel aller ₅₅ Kanäle münden wiederum in den von der Schleuder-Feststoffe, wobei sich der Kegel in Austragsrichtung trommel 1 und dem Siebeinsatz 9 gebildeten Zwierweitern kann. Auch kann der Dosierschieber an schenraum 15. Der Mantelteil 11 ist mit Siebder dem Austragsende abgewandten Seite durch eine öffnungen 16 und im unteren Teil mit einer schwä-Ringscheibe begrenzt sein. Mit diesen Anordnungen cheren Neigung versehen als im oberen Teil. Oberwird der Austrag der trocken geschleuderten Fest- 60 halb des Bodens 10 ist eine heb- und senkbare stoffe zu einer Seite hin reibtechnisch begünstigt. Stauglocke 17 vorgesehen, die mittels einer Buchse

Damit der Scherwiderstand beim Austrag der 18 und Stegen 19 auf einem Bolzen 20 des Bodens

Feststoffe in Austragsrichtung kleiner wird als in 10 oder 2 aufgeschoben ist.

entgegengesetzter Richtung, ist es weiterhin vorteil- Die Füllmasse wird dem Inneren der Stauglocke

haft, daß der Stauring einen größeren Durchmesser 65 17 über ein Füllmasse-Zulaufrohr 21 zugeführt,

aufweist als das Austragsende der Zentrifugen- Des weiteren ist eine Waschwasser-Düse 22 mit Zu-

trommel. laufrohr 23 und eine Schichtdicken-Regelung 24

Fernerhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die vorgesehen.

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Der Siebeinsatz kann auch aus einem Stütz- und ten sich alle in der Ebene des Gleitwinkels fest, nur

einem Arbeitssieb bestehen, die auf der Innenseite die unteren Schichten können auf der stärker ge-

der Schleudertrommel 1 abgestützt sind. neigten durchlässigen Unterlage gleiten, der gegen-

Die beiden Neigungen des konischen Siebmantels über sie außerdem geringere Reibung haben.
11 sind so gewählt, daß sie größer sind als der 5 Da die geneigte Ebene durchlässig ist, kann Sirup größte aller in Frage kommenden Gleitwinkel der verlorengehen und den Gleitwinkel ändern. Aus-Weißzuckersorten im strukturviskosen Fließgebiet. gehend vom Gleitwinkel Null (Beginn des struktur-Sie kann daher dem sich ändernden Gleitwinkel des viskosen Fließens) bis zum maximalen Gleitwinkel Zuckers nach Maßgabe des fortschreitenden Sirup- des austragsfeuchten Zuckers, sind die beiden Grenzentzugs angepaßt werden. Dabei ist der Neigungs- io ebenen der Zuckersorten A und B dargestellt worwinkel der Trommel an jeder Stelle stets größer als den, nach der Gleitwinkeländerung gemäß der Ander größte Gleitwinkel des Zuckers der zuzuordnen- teiligkeit der zwei Komponenten nach F i g. 1.
den Entflüssigungsphase. Festgehalten muß werden, daß die hier be-

Durch die größere Neigung der Trommel gegen- sprochene Bewegung mit gleichförmiger Geschwin-

über dem größten Gleitwinkel des Zuckers ergibt 15 digkeit erfolgt, nicht, wie es dem Energiegefälle ent-

sich ein Energiegefälle für den Fluß der Zucker- spräche, mit beschleunigter.

schicht auf dem Trommelmantel, das wegen des Außerdem soll von der Vorstellung ausgegangen Auslaßspaltes, der größer ist als es dem größten werden, daß der Auslaßspalt am unteren Ende des Düsenwert entspricht, in jedem Falle eine Fließ- Dammes jeweils gerade so groß ist, daß der Zucker geschwindigkeit erzeugen würde, die viel zu groß 20 nach Maßgabe seines Düsenwertes eben noch durchwäre für die erforderliche Behandlungsdauer des treten kann. Damit ist es auch klar, daß dem Zuk-Zuckers, der Aufenthaltsdauer in der Trommel. ker A ein größerer Spalt angeboten werden muß als

Zum Gleitwinkel werden folgende Ausführungen dem Zucker B. Die Austrittsgeschwindigkeit entgemacht. Zum besseren Verständnis wird nochmals spricht dem Energiegefälle, gemindert durch die auf die oben beschriebenen beiden Zuckersorten A 25 Reibung gemäß dem Gleitwinkel,
und B hingewiesen. Da beide Schichten in etwa gleicher Dicke dar-

Der feinkörnige Zucker B ist im Bereich »trocken« gestellt wurden, wäre die Gleitgeschwindigkeit der und bei geringem Sirupanteil gleitwilliger als der Schicht A auf der geneigten Ebene größer als die Zucker A. Das ist verständlich, denn ein geringer der Schicht B. Anders ausgedrückt, die Menge des Sirupanteil im Zucker B bedeutet wegen der großen 30 durch den Spalt fließenden Zuckers ist in der Zeit-Oberfläche nur eine kleine Änderung der Reibung einheit bei A größer als bei B. Eine Beeinflussung der Kristalle gegeneinander. der Gleitgeschwindigkeit ist nur über einen größeren

Beim Zucker A bildet aber der gleiche Sirup- Spalt oder eine dickere Schicht möglich. Die untere

gewichtsanteil einen dickeren Film auf der Kristall- Grenze der Austrittsmenge in der Zeiteinheit be-

oberfläche und setzt die Reibung (Gleitwinkel) star- 35 stimmt also auch in dieser Anordnung die Be-

ker herab als beim Zucker B. Die Grenze zum schaffenheit des Zuckers, und die untere Grenze ist

Newtonschen Fließverhalten beim Gleitwinkel 0° bei verschiedenen Zuckersorten sehr unterschied-

liegt zwar für beide Zuckersorten nahe beieinander, lieh, wie am Düsenwert zu sehen ist. Es ist an dieser

der feinkörnige braucht dazu jedoch etwas mehr Stelle zugleich zu bemerken, daß in solcher Anord-

Sirup, weil die größere Kornanzahl der Gewichts- 40 nung Zuckermengen durchgesetzt werden müssen,

einheit mehr Berührungspunkte (Reibungspunkte) die viel zu groß sind, um sie der notwendigen Zeit

aufweist als die grobkörnige Zuckersorte. für Trennung und Waschung auszusetzen.

Es ist noch eine andere Eigenschaft des sirup- Um trotz des konstanten und viel zu großen Aushaltigen Zuckers im strukturviskosen Fließgebiet be- laßspaltes einen gewünschten, mengenmäßig gemerkenswert. Der hier vorgestellte Gleitwinkel be- 45 wollten Zuckeraustritt zu bewirken, war eine erdeutet die Reibung von Zucker auf Zucker. Auf finderische Überlegung erforderlich, die zweckmäßig metallener Unterlage ist die Zuckerreibung geringer. zunächst im Prinzip beschrieben und in F i g. 3 a Hält man, wie erfindungsgemäß gefunden wurde, und 3 b schematisch dargestellt worden ist.
durch Verdammung eine Zuckerschicht auf schiefer In F i g. 3 a ist ein Kasten dargestellt, der nach Ebene in Ruhe, wobei die Neigung der Ebene größer 5° unten einen Öffnungsspalt besitzt, durch den Zucker ist als der Gleitwinkel von Zucker auf Zucker, so auch mit dem größten Düsenwert fließen kann,
bleibt die Schicht stehen und kann zu beliebiger Unter dem Kasten ist quer zur Austrittsrichtung Dicke aufgeschichtet werden. Der Neigungswinkel ein Schieber angeordnet, dessen Ebene in einer des Zuckers bleibt konstant; denn beim Nach- Richtung geringer geneigt ist, als es dem kleinsten schütten gleitet der Zucker ab und stützt sich unten 55 Gleitwinkel trocknen Zuckers entspricht. Nach der am Damm ab und bildet rückwärts aufstauend einen Seite ist der Schieber durch eine senkrechte seinen konstanten Gleitwinkel. Wand begrenzt, die über die Ebene des Austrags-

In F i g. 2 sind auf einer durchlässig gedachten Spaltes reicht.

und geneigten Ebene die beiden Zuckersorten A Der Auslaßspalt ist in der senkrechten Austrittsund B aufgeschichtet, durch einen Damm am freien 60 richtung ungleich begrenzt, und zwar ist die Trenn-Abgleiten gehindert und in einer Bewegung dar- wand des Kastens, die dem höchsten Teil des dargestellt, die dem Auslaß am unteren Teil des Dam- unterliegenden Schiebers gegenübersteht, tiefer hermes entspricht. Diese Bewegung ist nicht frei, weil untergezogen als die andere, die dem tieferliegenden die Geschwindigkeit, mit der sie erfolgt, nicht dem Teil des Schiebers gegenübersteht,
vorhandenen Energiegefälle zugeordnet ist; die 65 Austretender Zucker fällt auf den Grund des Gleitgeschwindigkeit ist wesentlich geringer. Schiebers und bildet beiderseits seinen spezifischen

Damit ergibt sich der Tatbestand, daß die Schicht Schüttwinkel, wie es F i g. 3 a zeigt,

im ganzen gleitet; denn die einzelnen Schichten hai- Da der Schieber so lang ist, daß der Schüttwinkel

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das Ende des Schiebers nicht erreicht, verhindert die schlag 29 aufweist. An der Verbindungsstelle des

Reibung im Zucker weiteren Nachtritt von Zucker. Stauringes 25 mit dem Reifen 28 ist eine ringförmige

Wird nun der Schieber nach rechts bewegt und Wulst 30 vorgesehen.

gelangt in die Stellung, die F i g. 3 b zeigt, so bleibt Der Ringspalt 26 ist mit Abstand von einem Doder auf dem Schieber liegende Zucker im Raum 5 sierring-Schieber 31 konzentrisch umgeben, dessen stehen; denn die ungleiche Begrenzung der Kasten- Innenfläche 32 kegelförmig mit einer Erweiterung in wände ergibt eine gegen die Verschubbewegung ge- Austragsrichtung ausgebildet ist, wobei der Neineigte Scherfläche der Zuckerschicht mit wesentlich gungswinkel des Kegels kleiner ist als der Schüttgrößerer Reibung als bei rein waagerechter Scher- winkel aller Feststoffe. An der oberen, an der dem fläche. Außerdem ist die Reibung auf dem Schieber- io Austragsende abgewandten Seite, ist der Dosierringgrund geringer als von Zuckerschicht zu Zucker- Schieber mit einer scheibenförmigen Ringscheibe 33 schicht. Die in Bewegungsrichtung geneigte Grund- verbunden, die oberhalb des Stauringes 25 verläuft fläche des Schiebers setzt die Reibung weiter herab. und mit ihrem inneren, der Zentrifugenachse zu-Damit gäbe der zurückweichende Schieber ein ent- gewandten Ende auf der Wulst 30 des Stauringes 25 sprechendes Volumen unten und rechts frei, dazu 15 aufliegt. Die Länge des Dosierring-Schiebers 31 ist kommt es aber nicht, weil das freigewordene Vo- so gewählt, daß sich auf der Innenfläche 32 ein lumen sofort von nachdrängendem Zucker aus- Schüttkegel 34 des auszutragenden Feststoffes bilgefüllt wird, und der Zucker verliert den Kontakt den kann. Der Dosierring-Schieber übernimmt hier mit den Begrenzungsflächen überhaupt nicht. die Funktion des Schiebers im Schema nach Fi g. 3.

Die gleiche Reibung sorgt aber auch dafür, daß 30 Um die im Schema der F i g. 3 hervorgehobene Be-

die vordere Schicht des Zuckers (schraffierte Schicht) deutung der unterschiedlich langen Kastenlänge in

im Raum stehenbleiben muß und die Unterstützung der Zentrifuge darzustellen, überragt der untere

durch den Schiebergrund verliert, also abgleiten Rand des Stauringes 25 radial den Flansch 12. Die

muß. Ringscheibe 33 bildet insbesondere in ihrem äußeren

Bei der Bewegung des Schiebers nach links in die 25 Bereich einen Magnetkern und ist in ihrem inneren Stellung 3 α wird das auf dem Schieber liegende Bereich mit mindestens drei Federsäulen 35 mit dem Zuckerhaufwerk ohne Volumenänderung mitver- Stauring 25 rotationsfest verbunden. Die Federschoben. Die Scherfläche des Zuckers am Kasten- säulen bestehen aus Bolzenschrauben 36 mit Mutaustritt ist nun im Sinne der Rückbewegung geneigt tern 37 und Tellerfedern 38, die die Ringscheibe 33 und bedingt nur einen kleinen Scherwiderstand. Auf 30 mit einer definierten Kraft gegen die Wulst 30 dem Schiebergrund ist aber bei dieser Bewegung die drückt. Oberhalb der Ringscheibe 33 ist im Bereich Reibung vergrößert. des äußeren Durchmessers ein Elektromagnet 39

Je nach Ausmaß der Schieberschritte, der Schritt- raumfest mit dem Zentrifugengestell 40 verbunden,

folge in der Zeiteinheit und nach Maßgabe des Zwischen der Oberfläche der Ringscheibe 33 und

Zuckerschüttwinkels fällt vom Schieber statistisch 35 der Unterkante des Elektromagneten 39 ist ein axial

gesehen, und auf die Zeiteinheit bezogen, eine be- veränderlicher Spalt 41 vorgesehen, um den die

stimmte Menge Zucker herab. Ringscheibe 33 und damit der Dosierring-Schieber

Damit ist es möglich, mit diesem System Zucker- 31 axial gleichförmig oder taumelnd verschoben

mengen durchzusetzen, die auf den Kastenschlitz- werden kann.

querschnitt und das Energiegefälle bezogen nur 40 Die bewegliche Ringscheibe 33 ist nach Masse

einen winzigen Bruchteil der Mengen bei ungehin- und Abmessung als Ringmagnetkern ausgebildet, der

dertem Austritt ausmachen. Der Zuckerdurchtritt von dem darüber gelagerten raumfesten Elektrohaft-

kann zwischen Null und einem Maximum stufenlos magneten 39 angezogen werden kann. Der Magnet

geregelt werden. kann nach Maßgabe der angelegten Spannung und

Dieses Dosierprinzip, verfeinert durch bewußte 45 des Luftspaltes zum Ringmagnetkern definierte AnAusnutzung der Reibungsverhältnisse, wird er- ziehungskräfte ausüben.

findungsgemäß auf die Zentrifuge übertragen, wie Wird nun eine entsprechende Magnetkraft darin F i g. 4 dargestellt ist. gestellt, so wird die Ringscheibe 33 einseitig an-

Mit dem Flansch 12 des Siebeinsatzes 9 ist ein gehoben, bis sie an dem Anschlag 29 des Reifens 28 ringscheibenförmiger Stauring 25 so befestigt, daß 50 anschlägt. Bei Drehung der Trommel 1 mit der Ringein genau definierter Ringspalt 26 gebildet wird. Der scheibe 33 wandert ihr Höchstpunkt relativ zur äußere Durchmesser des Stauringes 25 ist größer als Trommel. Bei einer Trommeldrehung um 360° hat der größte Durchmesser des Flansches 12. Die Be- jeder Punkt der Ringscheibe 33 eine Axialbewegung festigung wird mit mehreren nicht dargestellten ausgeführt, die unter Berücksichtigung der be-Profilstücken vorgenommen, die für einen einwand- 55 zogenen Hebellängen einer Axialbewegung der Ringfreien Austrag der entflüssigten Feststoffe sorgen. scheibe 33 zwischen dem zwangsweise bestimmten Bei einem herkömmlichen Siebeinsatz, bestehend aus Höchst- und Tiefstpunkt entspricht,
einem Stütz- und einem Arbeitssieb, kann der zu- Wird der konische Mantelteil 11 des Siebsätzliche Flansch 12 entfallen. In diesem Falle wird einsatzes 9 mit einer Zuckerschicht 42 beschickt, so der Stauring 25 direkt mit dem Flansch 12 befestigt ⁶° wird, wie im Schemabeispiel, Zucker durch den und bildet mit diesem den Ringspalt 26. Dieser Austrittsspalt 26 treten, dessen Menge durch Schütt-Ringspalt 26 ist etwas größer als der größte Düsen- winkel und Reibung begrenzt ist.
wert der Feststoffe. Zur Vermeidung von toten Strö- Wird aber mit Hilfe des Elektromagneten 39 bei mungszonen beim Austrag der Feststoffe ist der drehender Trommel die beschriebene Taumelbewe-Stauring 25 mit einem kegelförmigen Ringeinsatz 27 65 gung durchgeführt, so muß Zucker ausgeworfen werversehen. Außerdem ist der Stauring 25 im Bereich den nach dem Prinzip des Bewegungsschemas in des inneren Durchmessers mit einem Reifen 28 ver- Fig. 3.
sehen, der an seiner äußeren Oberkante einen An- Da die Taumelbewegung zwischen zwei festen An-

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schlagen erfolgt, ist der Transporthub bei jeder Um- nicht unmittelbar in Erscheinung tritt, sondern mittel-

drehung der gleiche, und es wird bei gleichförmiger bar als Kraft eines Kippmomentes, ist nicht die Kraft,

Drehzahl eine konstante Zuckermenge in der Zeit- sondern ihr Moment auf der Ordinate dargestellt,

einheit ausgeworfen. Auch die drei Federsäulen 35 erzeugen beim Kippen

Die Aufenthaltsdauer des Zuckers in der Trommel 5 der Ringwand 33 ein Gegenmoment. Da aber jede

wird hierbei durch die Schichtdicke bestimmt oder ist Federsäule in der Charakteristik den anderen gleicht,

über die Schichtdicke veränderlich; denn mit dickerer die Charakteristik außerdem linear verläuft, ist die

Schicht bei konstantem Mengenaustrag ist die Fließ- Summe aller Federkräfte bzw. der Federgegenmo-

bewegung des Zuckers auf der Trommelfläche gerin- mente in jeder Drehphase gleich und konstant. In

ger als bei dünnerer Schicht. io F i g. 5 ist deshalb die Summe aller Federmomente

Dieses im Raum stillstehende einseitige Anheben dargestellt.

der beweglichen Ringscheibe 33, oder relativ zur Wird nun die Spannung höhergestellt, so steuert

Trommel taumelnde Bewegen dieser Ringwand zwi- sich der Auslaßhub am Schnittpunkt zwischen Feder-

schen zwei Grenzen, kann auch durch den Staudruck moment und Magnetmoment des betreffenden Span-

eines Wasserstrahles, eines Luftstrahles oder mecha- 15 nungswertes hoch, und der Auslaß, bzw. die Aus-

nisch mit Hilfe einer kraftübertragenden Rolle be- trittsmenge, kann während des Betriebes stufenlos

wirkt werden. zwischen Null und dem vom Begrenzungsanschlag

Bei einer Regelung mit veränderlichem Austrag bestimmten Maximum geregelt werden,
muß der Anschlag 29 des Reifens 28 so hoch fixiert Die Dicke der Schicht 42 wird mittels der Schichtwerden, daß dadurch ein Auslaß ermöglicht werden 20 dicken-Regelung 24 konstant gehalten. Soll die Aufkann, der über dem möglichen oder zu erwartenden enthaltsdauer langer werden, so muß die Regelung Maximum liegt. 24 entsprechend zurückgestellt werden, um eine

Die Spannung für den Elektromagneten 39 wird dickere Schicht zu fahren. Auch das ist ohne Unter-

über einen Regeltrafo angelegt. brechung des kontinuierlichen Betriebs möglich.

Die Charakteristik der Tellerfedersäulen 35 wird 25 Allgemein ist zu bemerken, daß im Regelbedürfnis so gewählt, daß ihre Federkennlinie die Kennlinien von Zuckerfüllmassen und vergleichbaren Suspenverschiedener Spannung des Elektromagneten über sionen insofern ein Widerspruch besteht, als Kornden ganzen Regelbereich und Luftspaltänderung populationen mit großem Flächenwert eine verhältschneidet. Diese Verhältnisse sind in F i g. 5 grafisch nismäßig dünne Schicht und große Aufenthaltsdauer dargestellt, und zwar die Magnethaftkraft über dem 30 erfordern. Kornpopulationen mit kleinem Flächen-Luftspalt 41 zwischen Magnet 39 und Ringscheibe 33 wert können mit dickerer Schicht und kürzerer Aumit der Spannung als Parameter. Da die Magnetkraft fenthaltsdauer gefahren werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 schicht-Strömungszentrifugen bekannt (deutsche Pa- Patentansprüche: tentschrift 1 163 737), auf der Austragsseite der Zen trifugentrommel eine mit der Trommel umlaufende

1. Kontinuierlich arbeitende Strömungszentri- Ringscheibe parallel zum oberen Trommelring in fuge für die Trennung von Suspensionen in den 5 einem solchen Abstand anzuordnen, daß zwischen Anteilen kristalliner oder amorpher Feststoffe und der Ringscheibe und dem Trommelrand ein ringför-Lösung, insbesondere Zuckerzentrifuge, beste- miger Kanal für den Austrag des Schleudergutes verhend aus einer sich zum Austragsende erweitern- bleibt, der groß genug ist, um auch dickere Stücke den Schleudertrommel mit einem Siebeinsatz und hindurchzulassen. Hierbei handelt es sich lediglich einem am Austragsende befestigten, einen in ra- io um einen Rückprallschutz, um Zerstörungen des dündialer Richtung verlaufenden Ringspalt bildenden nen Arbeitssiebes durch größere Feststoffstücke oder Stauring, dadurch gekennzeichnet, daß Klumpen zu vermeiden. Die bekannte Ringscheibe ist der Ringspalt (26) von einem konzentrisch ange- nicht geeignet, innerhalb der Zentrifuge eine Dickordneten, axial beweglichen, mit der Trommel (1) schicht zu erzeugen.

verbundenen Dosierschieber (31) umgeben ist, 15 Bei einer weiteren Dünnschicht-Strömungszentri-

dessen radialer Abstand zum Ringspalt (26) fuge (deutsche Patentschrift 129 377) ist der obere

größer ist als der den Feststoffen entsprechende Rand der Schleudertrommel als eine rings um die

größte Düsenwert, daß die axiale Länge des Do- Trommel laufende, senkrecht nach unten gerichtete

sierschiebers (31) größer ist als die Projektion des ringförmige Abwurföffnung ausgebildet. Mit dieser

Schüttkegels (34) auf die Innenfläche (32) des Do- 20 Ausbildung soll der Feststoffaustrag beschleunigt

sierschiebers (31). werden.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge- Dickschicht-Strömungszentrifugen sind ebenfalls kennzeichnet, daß der innere Teil des Stauringes bekannt (deutsche Patentschrift 1 272 229). Bei diesen (25) kegelförmig (27) in das Innere der Schleuder- älteren Zentrifugen ist der Verteilertopf als Stautrommel (1) hineingezogen ist. · 25 glocke ausgebildet, die jederzeit gewährleistet, daß die

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, wie eine Newtonsche Flüssigkeit fließende, in die dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (32) Zentrifuge eingefüllte Füllmasse als versteifte, rheodes Dosierschiebers (31) kegelförmig ausgebildet logisch strukturviskose Füllmasse auf das Zentriist. fugensieb gelangt und sich dort als Dickschicht auf-

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch ge- 30 bauen kann. Zufolge dieser Ausbildung ist jederzeit kennzeichnet, daß sich der Kegel (32) in Austrage- eine gleichmäßige Beschickung der konischen richtung erweitert. Schleudertrommel sichergestellt, wobei die Schwan-

5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, kungen verschiedener Füllmassen im rein Newtondadurch gekennzeichnet, daß der Dosierschieber sehen Fließgebiet eliminiert werden, so daß bei dieser (31) an der dem Austragsende abgewandten Seite 35 älteren Zentrifuge grundsätzlich Füllmassen auf das durch eine Ringscheibe (33) begrenzt ist. Sieb gelangen, die stets mit praktisch unbedeutenden

6. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 5, Abweichungen an der Grenze des Newtonschen zum dadurch gekennzeichnet, daß der Stauring (25) strukturviskosen Fließgebiet liegen.

einen größeren Durchmesser aufweist als das Aus- Bei einer weiteren Dickschicht-Strömungszentri-

tragsende (Flansch 12) der Trommel (1). 40 fuge (deutsche Patentschrift 955 216) wird die

7. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 6, da- Zuckerschicht auf der konischen Schleudertrommel durch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (33) durch einen Füllteller bestimmt. Durch die Wahl des einen ringförmigen Magnetkern bildet, auf einer Neigungswinkels der konischen Schleudertrommel im Wulst (30) des Stauringes (25) aufliegt und mit Bereich des Feststoffaustrages soll der Austrag des mindestens drei Federsäulen (35) gegen die Wulst 45 trockengeschleuderten Feststoffes reguliert werden. (30) gedrückt wird, wobei oberhalb der Ring- Da die Neigung des Trommelmantels nicht verstellt scheibe (33) ein mit dem Zentrifugengehäuse (40) werden kann, können keine unterschiedlichen Füllverbundener Elektromagnet (39) angeordnet ist. massen abgeschleudert werden. Außerdem ist diese

8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch ge- ältere Zentrifuge nicht geeignet, eine beliebig dicke kennzeichnet, daß die axiale Bewegung der Ring- 50 Schicht auf der konischen Schleudertrommel aufzuscheibe (33) nach oben durch einen ringförmigen bauen, weil die Füllmasse als Newtonsche Flüssigkeit

. . Anschlag (29) begrenzt ist. auf das Sieb aufgegeben wird.

Um eine ausreichende Schichtdicke auf dem Trom-

- Bleimantel sicherzustellen, ist es auch bekannt

55 (deutsches Gebrauchsmuster 7011901), das Austragsende der Schleudertrommel mit einem in seiner

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbei- axialen Länge veränderbaren zylindrischen Ring zu tende Strömungs-Zentrifuge für die Trennung von versehen. Hiermit sollen die Gleiteigenschaften des Suspensionen in den Anteilen kristalliner oder armor- jeweils abzuschleudernden Gutes berücksichtigt pher Feststoffe und Lösung, insbesondere Zucker- 60 werden.

zentrifuge, bestehend aus einer sich zum Austrage- Um den Erfindungsgedanken zu erfassen, ist es

ende erweiternden Schleudertrommel mit einem zweckmäßig, die Zuckerfüllmasse rheologisch zu be-Siebeinsatz und einem am Austragsende befestigten, trachten.

einen in radialer Richtung verlaufenden Ringspalt Übersättigte Zuckerlösungen für Weißzuckerfüll-

bildenden Stauring. 65 massen werden in der Praxis im allgemeinen so ver-

Es ist bekannt, derartige Zentrifugen als Dünn- kocht und in nachgeschalteten Rührmaschinen bei schicht-Strömungszentrifugen zu verwenden. Ferner- langsamer Abkühlung auf 73 bis 72° C so auskristalhin ist es zum Schutz des Siebes in derartigen Dünn- lisiert, daß etwa 50 Gewichtsprozente Kristallmasse