DE2218948C3 - Zentrifugentrommel zum Trennen feinfaseriger Feststoffe und Lösungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zylindrische, um eine vertikale Achse umlaufende Zentrifugentrommel für eine diskontinuierlich arbeitende Zentrifuge zum Trennen feinfasriger Feststoffe und Lösungen mit einem geschlossenen Boden und einem ringförmigen Deckel und mehreren übereinander angebrachten Siebzonen, die aus in den Trommelmantel eingelassenen Decksieben und Ablauföffnungen bestehen, wobei die Oberflächen der Decksiebe mit der Innenfläche des Trommelmantels eine glatte zylindrische Fläche bilden.

Derartige Zentrifugemrommeln mit mehreren übereinander angebrachten Siebzonen sind als Zuckerzentrifugen bekanm (DT-OS 19 36 921).

Unter feinfaserigen Feststoffen soll ein Faserhaufwerk verstanden werden, in dem die einzelne Faser einen Durchmesser in der Größenordnung von 10² mm und eine Länge in der Größenordnung von 10 ' mm hat.

Ein derartiges Haufwerk liegt geschüttet außerordentlich locker, so daß das Voiumengewicht des geschütteten Haufwerks weniger als ein Zehntel des spezifischen Gewichts des massiven Feststoffes beträgt.

Die Fasern bestehen zum Beispiel aus feingeschnittenen Nylonfäden; im geschnittenen Zustand als »Nylflock« bekannt.

Die Aufbereitung von Flock für die Bildung eines webfähigen Textilfadens erfolgt nach einem bekannten Verfahren, dessen Schritte aus einem Waschprozeß der Einfärbung und der Oberflächenimprägnierung zur Unterstützung der elektrostatischen Aufladung und der Webfadenbildung bestehen.

In beheizten Rührgefäßen werden die drei ersten Verfahrensschritte mit Chargen von 50 kg Flock durchgeführt, und zwar werden im ersten Schritt 50 kg Flock mit !000 kg Waschlösung, im zweiten mit 1000 kg Färbelösung und im dritten mit !000 kg impragnierungslösung aufgemaischt und zum Waschen, Imprägnieren und Färben behandelt.

Von Schritt zu Schritt muß flock von der Lösui,. getrennt werden. Um die Vermischung von Fasern verschiedener Behandlungszusiändc /u vermeiden, läßt man die Maische aus dem Rührgefäß in durchlässige Säcke fließen. Ein Sack wird in eine stillstehende, stark perforierte Zentrifugentrommel gelegt und von einem Mann so lange beschickt, bis er von lockerem Flock prall gefüllt ist.

Die überschüssige Lösung fließt durch den Sack und die Trommellöcher ungehindert ab. Der Mann unterbricht die Füllung, sichert die Sacköffnung und drückt den Sack nach Gutdünken in die Trommel. So verfährt er mit der ganzen Charge, die in vier Säcken untergebracht wird. Danach setzt der Mann durch Handschaltung die Zentrifuge in Bewegung und schleudert die Charge ab.

Nach der Zentrifugierung werden die Säcke von Hand entnommen, zum nächsten Behandlungsgefäß gebracht und dort von Hand entleert. Die leeren Säcke werden für die neue Behandlung gleichen Flocktyps und gleichen Behandlungszustands bereitgehalten.

Dieser manuelle Betrieb der Flockaufbereitung ist aufwendig und Zeitraubend. Außerdem ist er unbequem für das Bedienungspersonal, weil Flock und Lösung Temperaturen über 60° C haben. Das Tragen von Schutzkleidung, Brille und Handschuhen ist erforderlich. darüber hinaus wird das Personal durch Dämpfe belästigt und gefährdet.

Dabei soll die Restfeuchte des abgeschleuderten Flockhaufwerks auf die Fadenoberfläche bezogen bei allen Typen g;eich sein. Auch muß die Zentrifugierarbeit dem zeitlichen Chargenzyklus angepaßt werden können.

Das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch soll der Trommel mit einer Pumpe zugemessen werden. Die Aufmaischung des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches erfolgt in einem Verhältnis von 1 :20 und bewirkt, daß sich bei gleichmäßiger Faserverteilung die Suspension rheologisch wie Wasser verhält. Untersuchungen zeigten, daß sich in der Tat der Fließbeiwert der Flockmaische gegenüber Wasser nicht ändert.

Die weiteren Untersuchungen zeigten ferner, daß bei einer gleichmäßigen Flockdichte in der Lösung die freie Beweglichkeit der einzelnen Fasern verlorengeht, wenn das Verhältnis von Faser zu Lösung wie 1 : 20 auf 1 : 15 gesenkt wird. Daraus folgte die Notwendigkeit, die Verteilung der Flockmaische in der Zentrifugentrommcl in einem Zustande zwischen den vorstehend genannten Mischungsverhältnissen vornehmen zu müssen. In der Maische ist der Flock so verteilt, daß sein Volumengewicht ohne Lösung 0.048 kg/dm³ betrüge. Bei einer Dichte des Faserhaufwerks, die einem Volumengewicht von 0,1 kg/dm³ entspricht, ist das Faserhaufwerk bereits so verfilzt, daß einer Verteilung oder Verschiebung der Fasern zueinander nicht mehr möglich ist. In der Zentrifugentrommel, nach Abschleuderung der gesamten Lösung, stellt sich aber bei Höchstdrehzahl ein Volumengewicht von 0,3 kg/dm³ ein. Der verfilzte Flockring wird also auf den lichten Radius der Trommel komprimiert. Da die Verfilzung das Anpassen an den sich vergrößernden Innenradius des Flockringes verhindert, muß der Filzring von innen nach außen aufreißen, es bilden sich keilförmige Spalte in Richtung auf die Trommelwand mit Längsverlauf in Richtung Mantellinifn. War die Verteilung im Zustande der freien Beweglichkeit der Fasern gleichmäßig am Umfang und in der Höhe der Trommel, so erfolgt das Aufreißen des Flockringes bei der weiteren Verdichtung gleichmäßig auf der. Umfang verteilt und gefährdet den Betrieb nicht. Ist die gleichmäßige Verteilung aber nicht gelungen, so reißt der Ring ungleichmäßig auf und bildet Unwuehten, die zum Abbruch des Zentrifugierbetriebes zwingen.

Mit Rücksicht auf eine saubere Entleerung muß die Trommel zylindrisch ausgebildet sein und Wände ohne Absätze, ohne Spalte und Hinterschnitte haben. Da sie als Siebtrommel arbeiten muß, läge es nahe, sie nach dem Stande der Technik zu besieben, d. h., auf d.e Trommeiwand wurde ein grobgeflochtenes Unterlegsieb und darauf ein feingelochtes Decksieb gelegt werden. Solche Decksiebe sind in der Regel mehrteilig, werden in Richtung der Mantellinie miteinander

Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, die Füllung bei umlaufender Trommel vorzunehmen und mit Rücksicht (υ' einen gesteuerten Austritt von Lösung bei Steigender Drehzahl. Aus diesem Grunde muß die Zentrifugentromme! einen bestimmten Gesimtabflußnuerschnitt aufweisen, durch den zunächst nur wenig Lösung verlorengeht, so daß das oben angegebene Mischungsverhältnis nicht unterschritten wird. Es muß eine gleichmäßige Verteilung am Umfang unc entspe-

chend der Drehzahl in der Höhe der Trommel erreicht io verflochten und mehr oder weniger als freistehender werden. Es wäre möglich, die ganze Charge von 2090 - - · ■· - ■■■--· -■--■—--ι-· r»~- ^u""--¹"'^ dm³ in eine stillstehende Trommel zu füllen und die Trommel danach erst zu beschleunigen. Um eine gleichmäßige Verteilung am Umfang und in der Höhe der Trommel zu erreichen, hätte die Maischmasse eine Drehzahl von mindestens 500 Upm gewinnen müssen. und dies im Zustande völliger und freier Beweglichkeit der Fasern. Das setzt aber voraus, daß bis zur Drehzahl

500 Upm praktisch noch keine Lösung verlorengehen dürfte, es hätte daher mit sehr kleinem Abflußquertchnitt gearbeitet werden müssen; denn die Beschleunigung der Trommel mit Füllung von 0 auf 500 Upm dauert etwa I min. Außerdem müßte die Trommel ein Mutzvolumen von 2000 dm³ haben. Bei höherer prehzahl steigt zwar der Anströmdruck vor den

Abflußlöchern, der geringe Gesamiquerschnitt aber würde trotzdem eine unverhältnismäßig lange Schieucierzeit bedingen. Darüber hinaus ist eine so große und

voll fließbeweglich rotierende Masse kreiseltechnisch labil und betriebsgefährdend.

Die Maßnahme, die Füllung bei steigender Drehzahl

Vorzunehmen, gestattet ein Nutzvolumen der Trommel von weniger als der Hälfte des Volumens der ganze,ι Füllmenge, nämlich nur 900 dm^J-, denn es wird folgendes bewirkt: In die mit der Drehung beginnende Trommel wird mit gleichmäßigem Strom gefüllt. Der Anströmdruck vor den Bohrungen ist zunächst nuui sehr gering.

nur wenig Lösung kann austreten und die Hockmaische bleibt voll schwemmfähig. Die glatte Trommel kann die Flockmaische nur durch Reibung beschleunigen, die Reibung ist zunächst gering und der Schlupf ist groß Dadurch reichert sich in der Trommel eine Maischenmenge an. Schließlich lagert sich an der Trommelwand

verdichteter Flock an. der an der Trornmelwand ruht.

Nunmehr wird die Reibung zwischen Flock an der Wand und schlüpfender Flockmaische grölk-i und de:· Flüssigkeitsring rotiert schneller. Damit wächst auch der

Anströmdruck vor den Abflußlöchern; in der Zeiteinheit tritt immer mehr Lösung aus. Die an der Wand ruhende. aber gleichmäßig verdichtete Flockmenge wird immer größer, die auf dem Fiockring schlüpfende, neu eingegebene Maische ist aber voll schwemmfähit. So wächst der Flock- bzw. Maischenring in der Trommel an. Die aufgegebene Maische trifft aber immer auf ci:il rotierende Masse, auf der sie sich gleichmäßig venriid kann. Die Enlflüssigung geht nur auf Kosten des Ih:eil ruhenden, voll mitrotierenden und gleichmäßig \e--.eiten Flocks. Die Beschleunigung, der Zentrifuge wiwi -:,ύ Zylinder in die Trommel eingebracht. Der Massendruck des Schleudergutes sorgt dann für den Andruck des Decksiebes über das Unterlegsieb an die Trommelwand. Bei dieser Technik der Trommelbesiebung läßt es sich bekanntermaßen nicht vermeiden, daß unten und oben und in der Verflechtung unkontrollierbare Spalte entstehen. Außerdem muß eine solche Besiebung auch beim Entleeren Andruck erfahren, sonst löst sie sich ohne Halt von der Trommel. Es ist auch eine KunsiMofftrommel bekannt (DT-OS !9 36 921). die mehl ere Siebzonen aufweist.

Dn aber die anmeldungsgemäße Trommel iur den eesteuerten Lösungsaustritt nur einen beschränkten Querschnitt in der Summe der Abflußlöcher erhalten dar!, ergeben sich verhältnismäßig wenig Löcher für die große Trommel, die aber nicht über die jranzc trommelflache gleichmäßig verteilt sein müssen.

Es ist bekann:, daß ein zylindrischer Körper nei Rotation um seine Achse unter seiner Eigenlast Mrformt. :> it weitet. Be₁ gleichem Werkstoff ist trotz unterschiedlicher Dicke diese A: Iv. eitung gleich, sofc::: du ■r.iuiere Faser auf dem gieicnen Radius bleib; ! -:·; „ber Frenidlast hinzu, so weitet ein Zylinder geringem Dicke stärker auf als ein dicker bei gleicher Frc-milasi. Es ist ferner bekannt, daß bei wechselnder Wandstär-

ke aber gleicher 1 remdlast die Auiweiteverfonr.ungen tie·· jeweiligen Wanddicken nicht streng zugeordnet werden dürfen, sondern d.:ß sich die VerioriTi'mgen gegenseitig behindern. Die stärkere Zone behindert du Wweitung der benachbarten schwächeren Zone.

Das Abklingen der Behinderung erfolgt gesetzmäßig und nngwelbnförmig, wobei die Länge einer Welle von einer Konstanten und der Wurzel des Produkte- von Radius und Wanddicke abhängt.

Mit Rücksicht auf den spannungstechnischen Einfluß tier Ringnuten muß die Wanddicke des Trommelmanteis aii d:esen Steilen verstärkt sein.

Damn ergäbe sich für die Stellen der Siebsireiie;· die geringste Autweitung und /wischen den Siebst reiten entstünden Ringmulden, in denen Lösungsresie stehenbleiben müßten. Nun ist es aber gerade Bestreben der Erfindung, auch den letzten Mim abzuführen, der ihe/u nur nocrfadhäsiv an der Wand haftet: dazu braucht ir.

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wobei der zylindrische Teil etwa von der Mitte der jeweiligen Siebzone ausgeh; und mit etwa einem Drittel bis unter die Siebzone reicht.

In der erfindungsgemäßen Schleudertrommel stellt sich während des Schleuderbetriebes das Schleudergut als tropfbar flüssiger Körper mit paraboloidischer Grenzfläche ein, so daß in jedem Falle die Grenzflüche zur zylindrischen Trommelwand schräggcstellt ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schleudertrommel verformt sich der Trommclmantel im Betrieb derart, daß eine Muldenbildung bezüglich der Grenzfläche des Schleudergutes vermieden wird.

Die Siebzonen werden unter Fremdlast gegenüber der Mantellinie geneigt. Unmittelbar unter dem Ende der Siebzone ergibt sich die geringste Aufweitung, im Sinne eines Strömungsgefälles der höchste Punkt.

Der schlanke Übergang zufolge des konischen Übergangteiles nach oben in den gleichmäßig dünnen Mantelteil bewirk! einen weichen Übergang der Verformungswelle. ^o

Durch entsprechende Wahl des Verstärkungsverhältnisses, bezogen auf den Abstand der Siebzonen und dem Trommelradius, werden Verhältnisse geschaffen, die den Restfilm immer abfließen lassen.

Ein Ausführungsbeis) iel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Trommel,

Fig. 2 einen Trommelausschnitt ohne Fremdlast im Zustande der Entleerung,

Fig. 3 den Trommclausschnitt nach Fig. 2 unter Belastung und

F i g. 4 eine Einzelheit bei A in Fi g. 2.

Fig. 1 zeigt eine Zentrifugentrommel, die aus dem Trommclmantel 1 mit dem Deckel 2 und dem Boden 3 _3S

besteht. An dem Boden 3 ist eine in das Trommclinnere hineinreichende glockenförmige Nabe 4 zur Lagerung der nicht dargestellten Zentrifugenachse befestigt. Außerdem weist die Trommel mehrere Siebzonen 5 bis 8 auf.

An der Innenfläche 9 des Trommelmanlcis 1 sind zur Bildung der Siebzonen 5 bis 8 Einschnitte 10 vorgesehen, in die Zylindersiebe 1 i eingelassen sind. Die Einschnitte 10 sind so tief, daß die Oberfläche 12 der Siebe 11 mit der Innenfläche 9 der Trommel 1 eine glatte Fläche bilden.

Im Bereich der Einschnitte 10 sind jeweils zwei Ringkanäle 13, 14 eingestochen, in deren Grund Abflußlöcher 15, 16 gebohrt sind. Die Ringkanäle 13. 14 liegen soweit auseinander, daß eine Senkschraube 17. zur Befestigung der Siebe 11 untergebracht werden kann.

Fernerhin sind im Bereich der Siebzonen 5 bis 8 an der Außenseite des Trommelmantels 1 Verstärkungen

18 vorgesehen, die unsymmetrisch verlaufen. Der ungesehwächie Teil 19 der Verstärkung 18 geht etwa von der Mitte der Siebzonen 5 bis 8 aus und endet etwas unterhalb der Unterkante 22 der Siebe 11. Ungefähr ein Drittel der Verstärkung 18 liegt unterhalb der Siebe 13 Oberhalb der ungeschwächten Verstärkung 19 ist eir IJbergangsteil 20, das verjüngend von der Verstärkung

19 zum Trommelmantel 1 übergeht. Am unteren Ende geht die Verstärkung 19 mittels einer Rundung 21 schroff in den Trommclmantel 1 über.

In F i g. 3 ist der Trommelausschnitt der F ig. 1 in dci Verformung unter gleichmäßiger Fremdlast dargestellt Die Verformungstendenz ist gesetzmäßig richtig, da; Verformungsausmaß der Vcrformiingswclle stark über trieben dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zylindrische, um eine vertikale Achse umlaufende Zentrifugentrommel für eine diskontinuierlich arbeitende Zentrifuge zum Trennen feinfasriger Feststoffe und Lösungen mit einem geschlossenen Boden und einem ringförmigen Deckel und mehreren übereinander angebrachten Siebzonen, die aus in den Trommelmantel eingelassenen Decksieben und Ablauföffnungen bestehen, wobei die Oberflächen der Decksiebe mit der Innenfläche des Trommelmantels eine glatte zylindrische Fläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelmantel (1) in den Bereichen der Siebzonen (5 bis 8) am äußeren Umfang Verstärkungen (18) aufweist, die je aus einem zylindrischen Teil (19), einem nach oben anschließenden konischen Übergang (20) und einem nach unten anschließenden hohlkegeligen Übergang (21) bestehen, wobei der zylindrische Teil etwa von der Mitte der jeweiligen Siebzone ausgeht und mit etwa einem Drittel bis unter die Siebzone reicht.