DE2811507C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen der Flüssigkeit aus einem Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut, insbesondere Suspensionen und Schlämmen, bei dem dem Gut in wenigstens einer mechanischen Trenneinrichtung auf mechanischem Weg Flüssigkeit entzogen wird und anschließend das vorbehandelte Gut in wenigstens einer thermischen Trennvorrichtung unter Wärmeeinwirkung getrocknet wird.

Beim thermischen Entfernen von Flüssigkeit aus einem Gut entstehen bekanntlich infolge Einwirkung der zugeführten Wärme Brüden, die nachher wieder in Flüssigkeit umgewandelt werden müssen. Das geschieht üblicherweise mittels separater Kondensatoren, denen ein Kühlmittel zugeführt werden muß. Außer dem entsprechend großen Aufwand an Apparaten hat diese bekannte Lösung den Nachteil eines meist erheblichen Kühlmittelverbrauches.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diesen Nachteil zu beseitigen. Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die es erlaubt, auf konstruktiv einfache, betriebssichere und umweltfreundliche Weise die anfallenden Brüden zu kondensieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brüden in eine mechanische Trennvorrichtung zum Trennen eines Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gutes geführt und mit dem zu trennenden, in die mechanische Trennvorrichtung eingebrachten, als Kühlmittel wirkenden Gut in Berührung gebracht werden, wodurch die Brüden kondensieren.

Zur Durchführung des oben genannten Verfahrens wird eine Vorrichtng mit wenigstens einer mechanischen Trennvorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus dem Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut auf mechanischem Weg und wenigstens einer dieser nachtgeschalteten thermischen Trennvorrichtung zum Trocknen des vorbehandelten Gutes unter Wärmeeinwirkung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Auslaß der kontinuierlich arbeitenden mechanischen Trennvorrichtung mit dem Einlaß der kontinuierlich arbeitenden thermischen Trennvorrichtung mittels einer einzigen Verbindungsleitung verbunden ist, in welcher das zur thermischen Trennvorrichtung wandernde Gut und Brüden im Gegenstrom fließen.

Aus der US-PS 32 44 688 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Polymeren bekannt. Die im Stoßverdampfer ausgeschiedenen Feststoffe werden durch eine Förderschnecke nach unten zum Einlaß des Extruders gefördert. Die Förderung erfolgt dabei unter Verdichten der ausgeschiedenen polymeren Masse. Da den Brüden als einzige Abzugsmöglichkeit eine Vakuumleitung vorliegt, ist somit ein Gegenstrom der Brüden vom Extruder zum Stoßverdampfer verhindert.

Aus der DE-AS 19 52 199 ist ein Dünnschichtverdampfer mit einer zweiteiligen Wärmebehandlungskammer bekannt, bei dem die aus der zweiten Wärmebehandlungskammer strömenden Dämpfe in den oberhalb der ersten Wärmebehandlungskammer angeordneten Brüdenraum gelanten und dort abgezogen und mittels eines gesonderten Kondensators kondensiert werden.

Da erfindungsgemäß die Brüden im Gegenstrom zum und in Kontakt mit dem von der mechanischen zur thermischen Trennvorrichtung wandernden und mit dem in dieser zu behandelnden Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut zurückgeführt werden, kann zwischen den Brüden und dem Gut ein Wärmeaustausch stattfinden. Somit kondensieren die Brüden in dem als Kühlmittel wirkenden Gut, was die Verwendung eines von außen zuzuführenden, separaten Kühlmittels überflüssig macht. Die bei der Kondensation der Brüden freiwerdende Verdampfungswärme wird zudem zur Aufheizung des zu behandelnden Gutes benutzt, was zur Erhöhung des Wirkungsgrades der mechanischen Flüssigkeitsabscheidung beiträgt. Enthält das zu behandelnde, Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut ein Lösungsmittel, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Entfernung dieses Lösungsmittel in einem geschlossenen Raum und unter optimalen Druckverhältnissen stattfinden kann, wodurch Gefahren für die Umwelt weitgehend vermieden werden.

Vorzugsweise wird das Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut in der mechanischen Trennvorrichtung über eine große Oberfläche verteilt, damit eine entsprechend große Kondensationsfläche für die Brüden entsteht.

Zweckmäßigerweise wird in der mechanischen Trennvorrichtung die Temperatur auf einem wesentlich über der Umgebungstemperatur liegenden Wert gehalten. Die mechanische Trennung kann somit unter günstigeren Bedingungen durchgeführt werden.

Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die thermische Trennvorrichtung unmittelbar an die mechanische Trennvorrichtung angebaut ist und mit dieser eine Funktionseinheit bildet. Mit einer solchen Konstruktion wird das bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art üblicherweise auftretende Problem des Transportes des behandelten Gutes von der mechanischen zur thermischen Trennvorrichtung vermieden. Zudem wird die Einspeisung des nicht mehr fließfähigen Gutes in die thermische Trennvorrichtung erleichtert.

Ist die unterhalb des Austragendes der mechanischen Trennvorrichtung beginnende Verbindungsleitung vertikal angeordnet, so kann das Gut unter Einwirkung der Schwerkraft von der mechanischen Trennvorrichtung in die thermische Trennvorrichtung gelangen.

Im folgenden wird nun anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschema zum allgemeinen Erläutern des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 schematisch ein Fließschema des Verfahrens, und

Fig. 3 in schematischer Darstellung und im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 31 eine mechanische und 32 eine thermische Trennvorrichtung bezeichnet, die eine Funktionseinheit 30 bildet. Das zu behandelnde, Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut wird bei 52 in die mechanische Trennvorrichtung 31 eingeführt, die einen Ausgang 56 für die abgeschiedene Flüssigkeit und einen Ausgang 50 besitzt, durch den das vorbehandelte Gut in die thermische Trennvorrichtung 32 gelangt. Letzterer wird bei 36 eine Wärmemenge Q zugeführt, unter deren Einwirkung in der thermischen Trennvorrichtung 32 Brüden entstehen, die über die Verbindung 50 in die mechanische Trennvorrichtung 31 zurückgeführt werden, wo sie kondensieren und über den Ausgang 56 ausgeschieden werden. Das fertig behandelte Produkt verläßt die thermische Trennvorrichtung 32 über deren Ausgang 42.

In Abweichung von Fig. 1 ist es auch möglich, in einer mechanischen Trennvorrichtung Brüden zu kondensieren, die aus einer thermischen Trennvorrichtung stammen, die dieser mechanischen Trennvorrichtung verfahrensmäßig nicht nachgeschaltet ist. In diesem Fall werden in der mechanischen Trennvorrichtung artfremde Brüden kondensiert. Die dabei entstehende Vermischung des Kondensats mit der in der mechanischen Trennvorrichtung mechanisch abgeschiedenen, andersartigen Flüssigkeit ist in solchen Fällen ohne Bedeutung, in denen die abgeschiedene Flüssigkeit nicht mehr weiter verwendet wird. Das ist vor allem beim Entwässern von Suspensionen, Schlämmen und dergleichen der Fall.

In den Fig. 2 und 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen, wobei die gesamte mechanisch- thermische Trenneinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit 30 bezeichnet ist. Diese Einrichtung weist als mechanische Trennvorrichtung 31 eine Zentrifuge, bzw. einen Dekanter auf, in dessen im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 44 ein Rotor 46 um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Der hohle Rotor 46 ist rotationssymmetrisch ausgebildet, be­ sitzt einen für die Flüssigkeit durchlässigen Mantel und ist durch einen Motor 48 antreibbar. Unterhalb des Rotors 46 ist ein Verbindungsstutzen 50 angeordnet, welcher die mechanische Trennvorrichtung 31 mit einer thermischen Trennvorrichtung 32 verbindet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Verbindungsstutzen 50 vertikal angeordnet ist, so daß das aus dem Rotor 46 aus­ tretende Material in freiem Fall durch den Verbindungs­ stutzen 50 in die thermische Trennvorrichtung 32 fallen kann. Ein gekrümmtes oder schräg verlaufendes Ver­ bindungsrohr wäre jedoch auch denkbar.

Ein Speiserohr 52, das mit einer Pumpe 53 verbunden ist, mündet derart an die mechanische Trennvorrichtung 31 ein, daß der zu behandelnde Ausgangsstoff bzw. das zu behandelnde, Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut auf die Innenseite des Rotors 46 gelangt. Im Innern des Gehäuses 44 ist eine Auffangrinne 54 ange­ ordnet, an die ein Abflußrohr 56 für abgeschiedene Flüssigkeit angeschlossen ist.

Das Gehäuse 44 ist doppelwandig ausgebildet, wobei der Außenmantel 57 einen Zufluß 58 und einen Abfluß 60 für ein wärmetauschendes Medium aufweist. Ferner ist eine Einrichtung 59 zur Erzeugung eines höheren oder eines tieferen Druckes im Innern der mechanischen Trenn­ vorrichtung 31 vorhanden, die an ein in das Innere des Gehäuses 44 einmündendes Verbindungsrohr 61 angeschlossen ist.

Die mechanische Trennvorrichtung 31 kann mit horizontal­ achsigen oder vertikalachsigem Rotor 46 ausgebildet sein und der Rotor kann zylindrische oder kegelförmige Gestalt aufweisen. Die mechanische Trennvorrichtung 31 muß ferner so gestaltet sein, daß das zu behandelende Gut derart verteilt wird, daß es eine große Ober­ fläche erhält, an der die Brüden kondensieren können. Es können daher als mechanische Trennvorrichtungen, die die vorerwähnten Bedingungen erfüllen, neben Zentrifugen, Dekantern auch noch Schleudereinrichtungen und Filter in Frage kommen.

Die thermische Trennvorrichtung 32 besteht hier aus einem Horizontaltrockner, der ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 39 aufweist, das einen horizontalachsigen Rotor 33 enthält. Der den Rotor 33 umgebende zylindrische Behandlungsraum 37 ist von einem Heizmantel 34 umgeben, der einen Zufluß 36 und eine Abfluß 38 für ein wärmetauschendes Medium besitzt. Der Rotor 33 weist Förderelemente 43 und Verteilelemente 45 auf und wird von einem Motor 40 angetrieben. Der Verbindungsstutzen 50 zur mechanischen Trennvorrichtung 31 mündet am Einlaß­ ende in den Trockner 32 ein, während am entgegenge­ setzten, auslaßseitigen Ende ein Auslaßstutzen 42 vor­ handen ist. Der Stutzen 42 mündest in ein nicht darge­ stelltes Auffanggefäß oder führt zu einer Austrags­ schleuse 47 (Fig. 2), wenn der Trennprozeß bei Unter­ druck oder Überdruck abläuft.

Die thermische Trennvorrichtung 32 ist vorzugsweise ein Kontakttrockner, bei dem das zu behandelnde Gut mit einer beheizten Wand in Berührung kommt. Dabei sorgt der mit Förder- und Verteilelementen 43 bzw. 45 be­ stückte Rotor 33 für einen genügend guten Wärmeübergang und eine ständige Durchmischung des zu behandelnden Gutes. Hierzu können die verschiedensten Arten von Kontakttrocknern Verwendung finden, wie auch Schaufel- und Bandtrockner, vorzugsweise solche mit horizontaler Achse.

Es ist jedoch auch denkbar, die mechanische und die thermische Trennvorrichtung mit einem Transportmittel, z. B. einem Transportband, für das vorgetrocknete Gut und mit einem Verbindungsrohr für die Rückführung der Brüden zu versehen, wobei jedoch vorzugsweise in beiden Trennvorrichtungen gleiche Druckverhältnisse herrschen sollten.

Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die mechanische und thermische Trennvorrichtung 31, 32 jedoch nur durch eine einzige Verbindungsleitung 50 mit­ einander verbunden, wobei die Brüden im Gegenstrom zum zur thermischen Trennvorrichtung 32 wandernden, in dieser zu behandelnden Gut strömen.

Für die thermische wie auch für die mechanische Trenn­ vorrichtung sind sowohl kontinuierlich arbeitende wie auch satzweise arbeitende Vorrichtungen denkbar. Vor­ zugsweise wird jedoch mindestens die mechanische Trenn­ vorrichtung kontinuierlich betrieben.

Im Betrieb der Einrichtung 30 werden die Rotoren 46 und 33 durch die Motoren 48 und 40 angetrieben. Das zu be­ handelnde, Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut wird von der Pumpe 53 durch die Leitung 52 auf die Innenseite des Rotors 46 geführt und dort durch die Drehung des Rotors auf dessen innere Oberfläche ver­ teilt. Durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gelangt die im zugeführten Gut enthaltene Flüssigkeit durch den durchlässigen Mantel des Rotors auf die innere Wand des Gehäuses 44, bildet dort einen Flüssigkeitsfilm, der nach unten in die Rinne 54 fließt und das Gehäuse 44 durch die Leitung 56 verläßt. Das so vorbehandelte Material bzw. die Reststoffe fallen unter Einwirkung der Schwerkraft aus dem Rotor 46 nach unten und durch den Verbindungsstutzen 50 in die thermische Trennvor­ richtung 32. Dort wird das Gut vom Rotor 33 erfaßt und auf der Innenseite der Behandlungskammer 37 gleichmäßig verteilt und langsam gegen den Stutzen 42 gefördert. Da der Mantel 34 beheizt ist, verdampft die im Gut noch enthaltene Flüssigkeit weitgehend. Die dabei ent­ stehenden Brüden oder Dämpfe gelangen durch den Ver­ bindungsstutzen 50 in die mechanische Trennvorrichtung 31 und kondensieren, wie bei einem Mischkondensator, in das über eine große Oberfläche verteilte Gut auf der Innenfläche des Rotors 46 sowie in die mechanisch abge­ schiedenen Flüssigkeitstropfen und gelangen als Kondensat in die Rinne 54. Mit anderen Worten wirkt die mechanische Trennvorrichtung 31 als Kondensator für die Brüden. Das über die Leitung 52 in die mechanische Trennvorrichtung 31 eingeführte Gut dient zur Kühlung der mechanischen Trennvorrichtung. Sollte je nach behandeltem Gut diese Kühlwirkung des zugeführten Gutes nicht genügen, so kann das Gehäuse 44 mittels eines durch den Mantel 57 fließenden Kühlmittels gekühlt werden. Das ge­ trocknete Gut verläßt die thermische Trennvorrichtung 32 durch den Stutzen 42.

Es wird dafür gesorgt, daß in der mechanischen Trenn­ vorrichtung 31 eine erheblich über der Umgebungs­ temperatur liegende Temperatur von 40-150°C, vorzugs­ weise 60-100°C, herrscht, da damit der Wirkungsgrad der mechanischen Flüssigkeitsabscheidung beträchtlich erhöht wird und somit weniger Flüssigkeit thermisch abgeschieden bzw. verdampft werden muß, was zu einer beachtlichen Energieersparnis führt. Dies wird vor allem durch die Ausnutzung der bei der Kondensation der Brüden freiwerdenden Verdampfungswärme zum Aufheizen des zu behandelnden Gutes ermöglicht.

Da gewisse Stoffe im Innern des Rotors 46 festsitzen können, ist fallweise eine mechanische Rotorreinigung vorgesehen, die nicht dargestellt ist.

Ebenso ist es möglich, eine Einrichtung vorzusehen, welche das behandelte Gut keimfrei macht, sei es durch ultraviolette oder andere Strahlung mit noch kürzerer Wellenlänge.

In der Einrichtung können pumpfähige Stoffe behandelt werden, insbesondere Suspensionen, Schlämme und der­ gleichen. Die Flüssigkeitsanteile können Wasser sowie auch Lösungsmittel und deren Gemische sein.

Fall erforderlich, können auch mehrere mechanische und mehrere thermische Trennvorrichtungen in Serie ge­ schaltet werden.

Im folgenden wird noch ein sich auf die Entwässerung eines chemisch konditionierten Schlammes beziehendes Berechnungsbeispiel angegeben.

Zugeführte Menge und Zusammensetzung
Menge
5000 kg/h
Trockengehalt	3%
Temperatur	15°C

Getrockneter Schlamm
Menge
300 kg/h
Trockengehalt	50%
Temperatur	∼100°C

Abgeführtes Wasser
Menge
4700 kg/h
Temperatur	76°C

Betriebsmittelverbrauch
Heizddampf
ca. 600 kg/h
Elektrische Energie	ca. 25 kW
Kühlwasser	kein

Daraus ist ersichtlich, daß insgesamt 4700 kg/h Wasser abgetrent werden, das mit einer Temperatur von 76°C anfällt und zur weiteren Verwertung zur Verfügung steht, im Gegensatz zu bekannten Verfahren. Zudem ist kein Kühlmittel notwendig.

Claims (12)

1. Verfahren zum Entfernen der Flüssigkeit aus einem Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut, ins­ besondere Suspension und Schlämmen, bei dem dem Gut in wenigstens einer mechanischen Trenneinrichtung auf mechanischem Weg Flüssigkeit entzogen wird und anschließend das vorbehandelte Gut in wenigstens einer thermischen Trennvorrichtung unter Wärmeeinwirkung getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der thermischen Trenn­ vorrichtung (32) anfallenden Brüden im Gegenstrom in die mechanische Trennvorrichtung (31) zurück­ geführt und mit dem in letztere eingebrachten, als Kühlmittel wirkenden Gut in Berührung gebracht werden, wodurch die Brüden kondensieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut in der mechanischen Trennvorrichtung (31) über eine große Oberfläche verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der mechanischen Trennvorrichtung (31) die Temperatur auf einem wesentlich über der Umgebungs­ temperatur liegenden Wert gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die mechanische Trennvorrichtung (31) kontinuierlich betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Flüssigkeit bei Unter- oder Überdruck erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit wenigstens einer mechanischen Trennvorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus dem Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Gut auf mechanischem Weg und wenigstens einer dieser nach­ geschalteten thermischen Trennvorichtung zum Trocknen des vorbehandelten Gutes unter Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der kontinuierlich arbeitenden mechanischen Trennvorrichtung (31) mit dem Einlaß der kontinuierlich arbeitenden thermischen Trennvorrichtung (32) mittels einer einzigen Verbindungsleitung (50) verbunden ist, in welcher das zur thermischen Trennvorrichtung (32) wandernde Gut und Brüden im Gegenstrom fließen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die thermsiche Trennvorrichtung (32) unmittel­ bar an die mechanische Trennvorrichtung (31) ange­ baut ist und mit dieser eine Funktionseinheit (30) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (50) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und unter­ halb des Austragsendes der mechanischen Trennvorrich­ tung (31) beginnt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Trennvorrichtung (31) einen hohlen Rotor (46) mit flüssigkeitsdurch­ lässigem Mantel aufweist, der durch das Feststoffe und Flüssigkeit enthaltende Gut von innen beaufschlagbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mechanische Trennvorrichtung (31) ein doppelwandiges Gehäuse (44) aufweist, das mit einem Zufluß (58) und einem Abfluß (60) für ein wärmetauschendes Medium versehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die thermische Trennvorrichtung (32) einen Rotor (33) mit Förder- und Verteilelementen (43, 45) sowie einen den Behandlungsraum (37) um­ gebenden Heizmantel (34) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die thermische Trennvorrichtung (32) horizontalachsig angeordnet ist.