DE2323996C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Trägerflüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-AS 12 47 966 ist eine Filterzentrifuge bekannt, bei der in der Schleudertrommel in axialen Abständen kegelförmige Einsatzteller angeordnet sind, an deren Außenseiten sich jeweils Filtereinsätze befinden. Zwischen der Außenseite des Einsatztellers und dem Filtereinsatz ist ein Hohlraum vorgesehen, der zum Abführen des Filtrates dient. Das Konzentrat sammelt sich am Außenumfang der Schleudertrommel und muß dort von Zeit zu Zeit abgezogen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß sie kontinuierlich betreibbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs.

Bei dieser Einrichtung führt eine Zuführleitung die Flüssigkeit mit den in ihr suspendierten Teilchen entlang einer ersten Fläche des Siebes, während eine Filtratleitung die Flüssigkeit mit einer hohen Konzentration von Teilchen abführt, die durch das Sieb hindurchgehen, und eine Konzentratleitung führt die Flüssigkeit mit der hohen Konzentration der Teilchen ab, die an der ersten Siebfläche entlang geführt werden, ohne durch das Sieb hindurchzugehen. Die Trommel wird so rasch gedreht, daß an die Flüssigkeit und die Teilchen eine sehr hohe Zentrifugalkraft gelegt wird, so daß sie sich am Sieb entlang bewegen. Die Zentrifugalkraft drückt die Teilchen aus der Flüssigkeit in einer radial nach außen weisenden Richtung heraus, so daß die größere Kraft an den Teilchen diese radial nach außen drückt und nicht durch das Sieb hindurch. Auch Teilchen, die viel kleiner als die Löcher im Sieb sind, versuchen eher, nach außen zu laufen als durch das Sieb zu fließen.

Dies ergibt einen sehr geringen Aufbau von großen Teilchen am Sieb, der dieses verstopfen und die Durchsetzrate verringern würde. Die Kombination der Wirkung der Zentrifugalkraft zusammen mit der Verwendung eines Siebes, das hauptsächlich senkrecht zu der radial nach außen gehenden Strömung ausgerichtet ist, ergibt einen größeren Fluß gefilterter Flüssigkeit, als es bisher bei Verwendung entweder der Zentrifugaltrennung oder der Siebung durch ein stationäres oder ein nur langsam sich bewegendes Sieb möglich war.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt in Draufsicht;

Fig. 2 eine Ansicht, gesehen an der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht an der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht von Teilchen und einem Teil des Siebes nach Fig. 1;

Fig. 5 ein einfaches Blockdiagramm der Trennanlage;

Fig. 6 einen Schnitt des oberen Teiles eines anderen Ausführungsbeispieles;

Fig. 7 eine Ansicht an der Linie 7-7 der Fig. 6;

Fig. 8 ein ausgebrochener Teil eines Siebaufbaues des Gerätes nach Fig. 6; und

Fig. 9 einen Seitenschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Gestell 10 mit einer Welle 12, die sich in Lagern 14 dreht und durch den Motor 16 angetrieben wird. Die Welle 12 ist hohl und besitzt eine Zuführung 18, durch die eine Flüssigkeit gepumpt wird, die aus einer Trägerflüssigkeit, z. B. Wasser, und Teilchen aus einem Material mit einer höheren Dichte als die der Trä­ gerflüssigkeit besteht, so wie es üblicherweise bei Abwasser der Fall ist. Die Flüssigkeit geht durch einen Durchgang 20 in der Welle 12 hindurch und tritt aus den Öffnungen 22 aus. Das Gestell 10 hält mehrere Sieb­ einrichtungen 24, die radial zwischen der Welle 12 und einer diese umgebende Wandung 26 des Gestells 10 verlaufen und deren Flächen sowohl axial als auch radial liegen. Leitwände 27 dichten die radialen Innenteile der Siebe gegen die Flüssigkeitsströmung ab. Jede Siebeinrichtung enthält zwei als Siebwände 28 und 30 ausgebildete Siebe, je eines an jeder Seite eines Trägers 32. Die Flüssigkeit strömt in die Durch­ gänge 34, die sich zwischen den Sieben verschiedener Siebeinrichtungen und den Wandungen 26 des Gestells be­ finden. Ein großer Teil der Trägerflüssigkeit geht durch die Siebe der Siebwände 28 und 30 hindurch und verläuft dann entlang dem Träger 32, der mehrere Durchgänge aufweist, an denen die Trägerflüssigkeit entlang geführt wird. Die Träger­ flüssigkeit oder das Filtrat aus den Auslässen 38 gelangt in Filtersammelrohre und -leitungen 40 und kann für die Verwendung rein genug sein oder einem weiteren Reini­ gungsgerät zugeführt werden. Die Flüssigkeit im Durch­ gang 34, die nicht durch die Siebe hindurchgeht, wird in einer Konzentratleitung 42 gesammelt, die zu einem wei­ teren Durchgang 44 in der Welle und zu einem Konzentrat­ auslaß 46 führt. Dieses Konzentrat, das Trägerflüssigkeit mit einem höheren Anteil von Teilchen als die zugeführte Flüssigkeit enthält, kann einer weiteren Behandlung aus­ gesetzt werden. In Fällen, in denen die Teilchen keinen Wert besitzen, kann das Konzentrat so behandelt werden, daß eine zusätzliche Trägerflüssigkeit entfernt wird, so daß sich ein fester Abfall ergibt, der leicht abge­ setzt werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Teil eins Siebaufbaues einer Siebeinrichtung 24 mit dem Träger 32, der die Siebe der Siebwände 28 und 30 hält. Der Träger 32 enthält eine rückwärtige Platte 50 mit Rillen 52, die am Gestell 10 radial verlaufen und das Filtrat ableiten, das durch die Siebe hindurchgegangen ist. Zwei große Maschen­ siebe 54 liegen zwischen der Platte 50 und den feinen Sieben und ergeben einen gleichmäßigeren Träger für die Feinmaschensiebe. Die Flüssigkeit, die durch die Siebe hindurchgeht, wird durch die Filtratleitungen 36 gedrückt, weil eine kleine Druckdifferenz an den Sieben gehalten wird. Diese Druckdifferenz besteht während der Drehung des Gestells, weil der Auslaß 38 für das Filtrat von der Drehachse 56 weiter entfernt ist als der Konzentratauslaß 46.

Die Lage des Auslasses 38 für das Filtrat zum Konzentratauslaß 46 bestimmt die Druckdifferenz am Sieb (bei einer gegebe­ nen Drehgeschwindigkeit und einem gegebenen Durchmesser des Gestells). Wenn das Filtrat an oder nahe bei der Drehachse entfernt werden soll, kann eine Hochdruckpumpe vor der Zuführung 18 für die Zuführflüssigkeit angelegt wer­ den, die den Einlaßdruck erhöht. Bei Sieben mit großen Poren reicht eine sehr kleine Druckdifferenz aus, während bei einem Ultrafilter ein sehr hohes Druckdif­ ferential notwendig ist.

Fig. 4 zeigt, wie die Teilchen 60 und 62 vom Sieb 30 abgewiesen werden, während die Trägerflüssigkeit durch das Sieb hindurchgeht. Wenn sich das Gestell 10 dreht, versucht die zuge­ führte Flüssigkeit aus der Trägerflüssigkeit und den Teil­ chen wegen der Druckdifferenz quer zum Sieb durch das Sieb zum Filtratauslaß zu fließen. Diese Strömung durch das Sieb ergibt, daß die Teilchen 60 und 62 und die Trägerflüssigkeit zum Sieb gezogen werden. Wenn das Gestell sich nicht rasch dreht, würde das Sieb 30 ähnlich wie ein gewöhnliches ortsfestes Sieb wirken, wo­ bei die Teilchen 60 kleiner als die Öffnungen im Sieb zu­ nächst durch dieses hindurchgehen, während die Teilchen 62 größer als die Löcher im Sieb von diesem angehalten werden würden. Bei einem gewöhnlichen ortsfesten Sieb beginnen die größeren Teilchen die Poren zu verstopfen, so daß die wirksame Siebgröße verkleinert wird und somit auch kleinere Teilchen angehalten werden. Die Strömungs­ geschwindigkeit nimmt somit auch ab und die Verstopfung durch progressiv kleiner werdende Teilchen dauert an, so daß die Strömungsgeschwindigkeit durch das Sieb even­ tuell auf einen sehr kleinen Wert herabgesetzt wird und das Sieb somit gereinigt werden muß.

Fig. 4 zeigt zwei Kraftkomponenten, die an den Teilchen 60 wirken, einschließlich der reinen Zentrifugalkraft, die durch den Pfeil 70 dargestellt ist (die Zentrifugal­ kraft an den Teilchen abzüglich der "Auftriebs"-Kraft der umgebenden Flüssigkeit), und der Flüssigkeitszug­ kraft, die durch den Pfeil 72 dargestellt ist. Die Re­ sultierende dieser beiden Kräfte ist durch den Pfeil 74 dargestellt. Die reine Zentrifugalkraft 70 wird an die Teilchen mit einem höheren spezifischen Gewicht als die umgebende Trägerflüssigkeit 64 angelegt. Der ganze Durchgang 34 wird mit der Flüssigkeit angefüllt, so daß nur die Wirkungen der Zentrifugalkräfte an der Trägerflüssigkeit 64 einen höheren Druck liefern. Das Teilchen 60, mit einem höheren spezifischen Gewicht als die Trägerflüssigkeit 64, versucht, sich in einer nach außen verlaufenden Richtung abzusetzen, weil die nach außen drängenden Zentrifugalkräfte größer als die "Auf­ triebs"-Kräfte der Trägerflüssigkeit sind. Die durch die rasche Drehung des Gestells 10 erzeugte Kraft kann viele Male größer als die durch die Schwerkraft erzeugte sein, so daß eine große Kraftkomponente 70 die Teilchen radial nach außen drängt. Die resultierende Kraft 74 des Teilchens kann dieses nur sehr langsam zum Sieb drängen oder kann es auch vom Sieb wegdrücken, wobei die Mittel­ linie 77 des Durchganges 34 vom Sieb aus verläuft. Manchmal kann ein hoher Anteil an Teilchen das radiale Außenende des Durchganges 34 vor dem Sieb errei­ chen, so daß diese Teilchen in der Konzentratleitung 42 abgeleitet werden. Demnach werden auch feine Teilchen, die kleiner als die Poren des Siebes sind, abgewiesen. Es kann somit ein großmaschiges Sieb verwendet werden, um einen hohen Durchfluß zu erzielen, und auch die Konzentration der feinen Teilchen wird verringert.

Das große Zentrifugalkräfte an den Teilchen wirken, be­ deutet, daß große Teilchen 62 eine geringere Tendenz be­ sitzen, das Sieb zu verstopfen. Ohne die Zentrifugal­ kraftkomponente 76 am Teilchen 62 würde nur die an ihm wirkende Kraft bestehen, da die Trägerflüssigkeit 64 durch das Sieb hindurchgeht und das Teilchen gegen das Sieb drückt, wo es die Siebporen verstopfen könnte. Wie bereits erwähnt, trifft dies zu, auch wenn Wasser sich sehr rasch parallel zur Vorderseite 30 F des Siebes be­ wegt, weil die Geschwindigkeit des Wassers parallel zur Siebfläche sich auf einen niedrigen Wert an den Stellen verringert, die sich sehr nahe der Siebfläche befinden. Die Zentrifugalkraftkomponente 76 wird somit auch sehr nahe am Sieb auf einem hohen Wert gehalten, so daß das Teilchen 62 stets in eine radiale Richtung gezogen wird, so daß es sich weniger stark in das Sieb zu bewegen ver­ sucht und sich dort absetzt. Eine Verstopfung des Siebes wird somit verhindert und eine hohe Durchflußrate kann über eine lange Zeit gehalten werden.

Im allgemeinen müssen die Siebeinrichtungen schnell gedreht werden, um eine erheblich bessere Filterung als mit einem ortsfesten Sieb zu erhalten. Dies geschieht, weil eine bestimmte minimale Zentrifugalkraft zum Erlangen einer schar­ fen Trennung von Flüssigkeit und Teilchen notwendig ist, die kleiner als die Siebporen sind, und/oder um ein Ver­ stopfen des Siebs zu verhindern. Selbstverständlich hängt die zum Erreichen einer bestimmten Zentrifugalkraft notwendige Ge­ schwindigkeit an den Siebflächen vom radialen Abstand des Siebs von der Drehachse ab. Die Zentrifugalkraft im innersten Sieb­ gebiet soll bei mindestens 60 g liegen (d. h. 60 mal die Schwerkraft) und insbesondere, bei mindestens 120 g. Das innerste radiale Siebgebiet kann bis dicht an die Welle vergrößert werden, so daß die Zentrifugalkraft kleiner als die Kraft ist, die mindestens zum Reinigen oder zum scharfen Absondern von Teilchen aus der Flüssigkeit bei normaler Arbeitsgeschwindigkeit notwendig ist. Wenn das innerste Siebgebiet zunächst kleinere Teilchen hindurchgehen läßt, aber größere Teilchen das Sieb verstopfen, nimmt die wirksame Porengröße ab, bis keine Flüssigkeit oder keine Teilchen durch das Siebgebiet hindurchgehen.

Fig. 5 zeigt eine Anlage, die zum Reinigen einer Flüs­ sigkeit verwendet werden kann, bei der die Trägerflüs­ sigkeit durch leichteres suspendiertes Material, z. B. Öl, wie auch durch schwereres suspendiertes Material ver­ schmutzt ist. Wenn die Zuführflüssigkeit unmittelbar an das sich drehende Gestell 10 der Fig. 1 bis 4 angelegt wird, kann das leichtere Material nicht nur durch die Siebe hindurchgehen, sondern sie auch verschmutzen. Bei­ spielsweise kann Öl einen Film auf dem Sieb bilden, der die Poren verstopfen und sich auch an den Teilchen halten kann. Um ein solches Verschmutzen zu verhindern, wird die ursprüngliche Zuführflüssigkeit durch einen Extraktor 80 für leichtes Material geführt, der leichtes Material ent­ fernt. Es sind viele solche Extraktoren bekannt, z. B. solche, die Chemikalien zum Zusammenfassen leichten Ma­ terials wie Öl verwenden. Die restliche Zuführflüssigkeit mit praktisch nur der Trägerflüssigkeit und den Teilchen größerer Dichte als die der Trägerflüssigkeit geht dann durch eine Leitung 82 zu einem Extraktor 84 für schwere Teilchen, der das rotierende Gestell 10 nach den Fig. 1 bis 4 enthält.

Fig. 5A zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zum Trennen sowohl schwerer als auch leichter Materialien von der Träger­ flüssigkeit in ein und derselben Maschine. Das Gerät ist dem der Fig. 1 bis 5 ähnlich, ausgenommen eine zusätz­ liche Leitung 130 für leichtes Material zum Ableiten von Material niedrigen spezifischen Gewichts, wie z. B. Öl. Die Flüssigkeit aus der Trägerflüssigkeit und den dichte­ ren Teilchen als diese tritt in ein Rohr 132 ein. Die Zu­ führflüssigkeit geht durch eine rotierende Dichtung 134 zur Hohlwelle 136 und durch Auslässe 138, die radial von der Hohlwelle 136 entfernt angeordnet sind. Das leichte Material ge­ langt nach innen, es "schwimmt" zur Welle und in Ein­ lässe 140, die mit der Leitung 130 für die leichten Ma­ terialien verbunden sind. Wie beim Gerät nach Fig. 1 fließt die Trägerflüssigkeit durch die Siebe und durch den Auslaß 38, während das Konzentrat aus Trägerflüssigkeit und einem hohen Anteil von dichten Partikeln durch den Durchgang 44 ausfließt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel, das ein rotierendes Gestell mit scheiben­ ähnlichen Siebgebilden 92 verwendet, die in senkrecht zur Ro­ tationsebene verlaufenden Ebenen liegen, damit ein sehr großes Siebgebiet in einem rotierenden Gestell gegebener Größe verwendet werden kann. Das Gerät enthält eine Welle 94, die die Zuführflüssigkeit aus der Trägerflüssigkeit und den dichteren Teilchen als diese zu den Durchgängen 96 führt, die sich zwischen zwei Siebgebilden 92 befinden. Die Zuführflüssigkeit gelangt weiter radial von der Welle 94 aus nach außen, wobei die Trägerflüssigkeit sich durch die Siebe der Gebilde 92 zur Filtratleitung 98 bewegt, die zum Filtratauslaß 100 führt. Die Teile der Zuführflüssig­ keit, die nicht durch die Siebe in die Konzentratleitung 102 gelangen, werden zum Durchgang 104 in der Welle ge­ führt, von dem das Konzentrat abgenommen wird. Jedes Sieb­ gebilde 92 ist so aufgebaut, wie es Fig. 8 zeigt. Das Gebilde enthält eine Trägerplatte 106 mit Einschnitten 108 an jeder Seite. In diesen ist eine Trägerplatte 110 ge­ lagert. Ein Feinsieb 112 liegt über jedem Trägersieb.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Gerät, das dem nach den Fig. 6 bis 8 ähnlich ist, ausgenommen, daß jedes Gebilde 114 ein konisches anstatt ein flaches Sieb besitzt. Die Verwendung der Gebilde mit konischem Sieb ergibt Durchgänge 116, bei denen die Zuführflüssig­ keit entlang der Vorderseite der Siebe fließt, die im Querschnitt an weiter von der Rotationsachse des Gestells entfernten Stellen ständig größer wird. Wie nach den Fig. 1 bis 4 können die Teilchen von den Sieben weg­ gedrängt werden. Auch beim Gerät nach Fig. 9 werden die Teilchen an der Siebfläche durch Zentrifugalkräfte vom Sieb weg gedrängt. Dies ist dann besonders günstig, wenn das Sieb eine rauhe Oberfläche besitzt, die ein leichtes Ent­ fernen der Teilchen an seiner Fläche verhindert.

Claims (1)

1. Einrichtung zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Trägerflüssigkeit, wobei die Trägerflüssigkeit mit den abzutrennenden Feststoffteilchen einer mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse rotierenden Trommel zugeführt und das Filtrat mittels eines Siebes vom Konzentrat getrennt wird, wobei die Trommel durch Siebwände in einzelne Kammern unterteilt ist und die Trägerflüssigkeit mit den abzutrennenden Feststoffteil­ chen über eine Zuführung innerhalb einer Welle über radiale Öffnungen zu den Kammern leitbar ist und ein Auslaß für das Filtrat vorgesehen ist, der radial außerhalb des der Zuführung zugewandten Endes der Welle so angeordnet ist, daß eine Druckdifferenz an den Sieb­ wänden während der Rotation der Trommel aufrechterhal­ ten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebwände (28, 30) als radial angeordnete ebene Doppelsiebwände ausgebildet sind, daß das der Zuführung (18) gegenüberliegende andere Ende der Welle (12) mit dem Durchgang (44) für das Konzentrat in Verbindung steht, wobei die Kammern (34) mit dem Durchgang (44) in Verbindung stehen, so daß das Konzentrat direkt gegenüber der Zuführung (18) abführbar ist, daß eine ebene Platte (50) mit radialen Rillen sich zwischen den Doppelsiebwänden erstreckt, und zwar von der Welle (12) zur Trommelwand, um dadurch Filtratdurchgänge zwischen der Platte (50) und den Doppelsiebwänden zu bestimmen und daß diese Druckdifferenz durch die radiale Lage des Auslasses (38) für das Filtrat im Verhältnis zum Konzentratauslaß (46) bei gegebener Drehzahl und gegebenem Durchmesser so mit der Durchflußrate der zugeführten Flüssigkeit abstimmbar ist, daß die Partikel, die kleiner als die Maschen des Siebes sind, daran gehindert werden, sich dem Sieb zu nähern.