DE3139345A1

DE3139345A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge

Info

Publication number: DE3139345A1
Application number: DE19813139345
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. 6740 Landau Stahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DK155820C; DK155820B; US4517092A; DK432082A; DE3139345C2; JPS5874154A

Description

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Dipl.-Phys. O. E. Weber

Patentanwalt

zugelassener Vertreter beim Europäischen Patentamt

Representative before the European Patent Office

D-8000 München 71 Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber

münchen

TeIe)C 05-212877

Dr. Werner Stahl

Stalbühlweg 8 6740 Landau

S 164

Dekantier - Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dekantier-Vorrichtung, bei welcher innerhalb einer drehbar gelagerten konischzylindrischen Trommel eine Förderschnecke für den Feststoff-Transport mit einer gegenüber der Trommel unterschiedlichen Drehzahl rotiert.

Derartige Dekantier-Vorrichtungen, die auch als Dekantier-Zentrifugen oder kurz als Dekanter bezeichnet werden, sind allgemein bekannt und arbeiten meist als Gegenstrom-Dekanter,

Ein besonderes Problem bei der Auslegung einer Dekantier-Vorrichtung ist die Konstruktion der Förderschnecke. Es muß nämlich die Geometrie der Förderschnecke derart beschaffen sein, daß der Feststoff aus dem konischen Teil der Trommel zuverlässig ausgetragen werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß Feststoff zurückrutscht oder mit der Trommel ,in Drehung versetzt wird, anstatt zügig ausgetragen zu werden.

Aus den praktischen Erfahrungen ist bekannt, daß die Förderung und die Austragung des Feststoffes umso problematischer wird, je steiler der Konus der Trommel ist.

Weiterhin ist bekannt, daß der Feststoff-Transport dann umso besser funktioniert, wenn die Steigung der Förderschnecke möglichst gering ist.

Aus praktischen Erfahrungen hat sich allgemein für den Konus ein Winkel von etwa acht bis zehn Grad als brauchbar ergeben.

Weiterhin hat sich für die Steigung der Förderschnecke, bezogen auf den Radius des Zylinders, ein Wert im Bereich von sechs bis acht Grad als Kompromiß zwischen den verschiedenen gerätetechnischen und verfahrenstechnischen Anforderungen bewährt.

Besondere Probleme entstehen häufig in dem Grenzgebiet zwischen dem konischen und dem zylindrischen Teil der Trommel. Dort formiert sich nämlich der Feststoffkuchen unter Sedimentation und erreicht bereits im zylindrischen Teil der Trommel eine feste Konsistenz. Es muß daher der Feststoffkuchen beim Passieren der Knickstelle zwischen dem zylindrischen und dem konischen Teil der Trommel aufgebrochen werden, und er muß in eine neue, dem Konus angepaßte Form gebracht werden. Weiterhin kann es vorkommen und zwar insbesondere bei der Verarbeitung von pastösen Produkten,daß der Feststoff aus dem konischen Teil der Trommel bis weit in den zylindrischen Teil der Trommel zurückgestaut wird. Gleichwohl gelingt es dabei, durch einen Nachschiebe-Effekt der Förderschnecke, den Feststoff weit in den konischen Teil der Trommel hinauf zu transportieren. Aus den oben kurz geschilderten Gründen kann es vor allem in dem Grenzgebiet zwischen dem zylindrischen und dem konischen Teil der Trommel, jedoch häufig auch innerhalb des zylindrischen Teils der Trommel dazu kommen, daß ein sogenanntes "Kreisfördern" des Feststoffes eintritt, wobei der Feststoff mit der Trommel rotiert. Dadurch wird natürlich der Feststoff-Austrag erheblich gestört und kann sogar vollständig unterbrochen werden.

Da sich im Laufe der Zeit gezeigt hatte, daß Steigungswinkel bis etwa acht Grad im konischen Teil der Trommel noch zu brauchbaren Ergebnissen führen, wurde daraus der Schluß gezogen, daß entsprechen" de Steigungswinkel im zylindrischen Teil auch sinnvoll sind.

Diese Erkenntnis wurde in der Fachwelt insbesondere deshalb •allgemein gerne als.brauchbare Lösung akzeptiert, weil Experimente mit der Förderschnecke aus verschiedenen Gründen ausscheiden müssen, insbesondere wegen der außerordentlich großen Fertigungskosten einer Förderschnecke. Die Herstellung einer brauchbaren Förderschnecke ist nämlich technisch besonders schwierig und wirtschaftlich sehr aufwendig .

Natürlich wurden die Leistungen bekannter Dekantier-Vorrichtungen nicht immer als voll zufriedenstellend empfunden. Es wurde daher nach Auswegen gesucht, die Klärung der Flüssigkeit zu verbessern.

Eine gute Klärung setzt einmal eine lange Verweilzeit der Suspension im Rotor eines Dekanters voraus. Außerdem müssen aber auch alle Strömungsstörungen der in den Blättern der Förderschnecke abfließenden Flüssigkeit vermieden werden.

Es sind daher eine geringe Differenz-Drehzahl zwischen der Förderschnecke und der Trommel, möglichst glatte Flanken der Schneckenblätter, korrekte, gleichmäßige, ebene Flanken der Förderschnecke auch an denjenigen Stellen, an denen die Wendel aus verschiedenen Teilen zusammengeschweißt werden muß, und ähnliche fertigungstechnische Bedingungen zu beachten.

Besonders wichtig ist für eine beruhigte Strömung eine geringe Rückströmungsgeschwindigkeit. Für einen vorgegebenen Flüssigkeitsdurchfluß erscheint es daher vernünftig, möglichst breite Schneckenkanäle zu wählen, was rein theoretisch durch eine vergrößerte Steigung der Schnecke erreichbar wäre. Diese Bestrebung steht jedoch im Widerspruch zu der Erfahrung und zu der begründeten Befürchtung, daß der Feststoff-Transport nicht mehr einwandfrei durchgeführt werden kann.

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Es wurde daher in der Fachwelt davon Abstand genommen, auf größere Steigungen der Förderschnecke als etwa sechs bis acht Grad überzugehen. Es wurde vielmehr auf andere Weise versucht, die Klärung durch Verbesserung der Strömungsverhältnisse wirksamer zu gestalten.

Um Strömungsstörungen durch die Förderschnecke zu vermeiden, hat man dem Zentrat einen Kurzschlußweg freigegeben, d.h., das Zentrat mußte dadurch nicht mehr in den Schneckengängen strömen.

Es wurde versucht, durch Verwendung einer sogenannten Tauchschnecke günstigere Ergebnisse zu erzielen. Der Tauchschnecke liegt der Gedanke zugrunde, die Flüssigkeit oder zumindest einen Teil der Flüssigkeit innerhalb eines stark perforierten Schneckengrundkörpers auf einem Kurzschlußweg zum Überlauf strömen zu lassen. Dadurch sollten Strömungs-und Sedimentationsstörungen im Schneckenraum beschränkt bleiben und auf die beruhigte Zone in dem Schneckenhohlkörper keinen Einfluß haben. Man führte den Schneckengrundkörper groß aus, hat schmale Schneckenblätter verwendet und ließ das Zentrat durch eine Perforation im Schneckenkörper selbst zur Überlaufkante fließen. Es zeigte sich jedoch der Nachteil, daß bei einem Vollfahren des Rotors im Betrieb beim Anlauf sedimentierter Feststoff ins Innere des Schneckenkörpers fiel und zum einseitigen Festsetzen neigte. Beim erneuten Anfahren lief der Dekanter unwuchtig, und es mußte außerdem zum Reinigen der Rotor demontiert werden.

Weiterhin wurde versucht, bei einer Bandschneckenausführung dadurch Verbesserungen zu erzielen, daß zur axialen Führung der Flüssigkeit zwischen dem Schneckenband und dem Schneckengrundkörper Leisten, dachförmige Rinnen oder ähnliche kanalbildende Bauteile eingeführt wurden.

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Derartige konstruktiv und fertigungstechnisch komplizierte und wartungsfeindliche Einbauten haben keine echte praktische Bedeutung erlangt,

Alle bisherigen Versuche zur Lösung der Probleme im Zusammenhang mit Strömungsstörungen sind nicht erfolgreich gewesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dekantier-Vorrichtung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welcher bei sehr zügigem und ungestörtem Feststoff-Transport zugleich eine besonders gute Klärwirkung erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß. ein Intensiv-Klärbereich gebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der zylindrischen Trommel erstreckt, und daß die Steigung der Förderschnecke in dem Intensiv-Klär-,7 bereich wesentlich größer als zehn Grad ist.

Die Erfindung beinhaltet das Wagnis, trotz der langjährigen Erfahrungen und Befürchtungen der Fachwelt eine Steigung der Förderschnecke zu verwenden, die weit über die bisher üblichen und für brauchbar gehaltenen Werte hinausgeht.

Gemäß der Erfindung ist der außerordentlich große Vorteil erreichbar, daß eine überraschend gute Klärung der Flüssigkeit herbeigeführt wird. Gemäß der Erfindung kann nämlich eine Störung der Strömung der in den Schneckenblättern abfließenden Flüssigkeit vermieden werden.

Außerdem wird die schädliche Rückströmungsgeschwindigkeit bei der erfindungsgemäßen Anordnung besonders gering gehalten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dekantier-Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß die Steigung der Förderschnecke in dem Intensiv-Klärbereich etwa fünfzehn bis sechzig Grad beträgt.Vorzugsweise ist die Anordnung derart getroffen, daß zwischen dem Bereich der Förderschnecke mit normaler herkömmlicher Steigung und dem Intensiv-Klärbereich ein Übergangsbereich gebildet ist, in welchem die Steigung der Förderschnecke allmählich und stetig anwächst.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß der Übergangsbereich sich über etwa 360 Grad erstreckt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, daß der Übergangsbereich im Grenzgebiet zwischen dem konischen und dem zylindrischen Teil der Trommel angeordnet ist.

Eine besonders wirksame Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht weiterhin vor, daß in dem Intensiv-Klärbereich die Steigung der Förderschnecke vom konischen Teil weg fortschreitend zunimmt, wodurch ein Diffusorteil gebildet ist. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß in dem Diffusorteil zwischen den Schneckenblättern Strömungsleitbleche angeordnet sind.

Durch die Leitbleche wird der Vorteil erreicht, daß die Strömung in dem divergenten Strömungskanal zum Anliegen an den Wänden des Strömungskanals gebracht wird.

-JT-

Die Erfindung bedient sich der Erkenntnis, daß es möglich ist, die sich scheinbar widersprechenden Forderungen zu koppeln, daß einerseits der Feststoff zuverlässig und zügig transportiert und ausgetragen werden muß, während andererseits eine möglichst weitgehende Strömungsberuhigung wünschenswert ist.

Es wird daher nach dem Grundgedanken der Erfindung die geringe Steigung der Förderschnecke im konischen Teil der Trommel beibehalten und vorzugsweise auch noch über einen gewissen Teil des zylindrischen Bereichs der Trommel ausgedehnt. Dann kann man gemäß der Erfindung jedoch nach einem vorzugsweise allmählichen und stetigen Übergang auf eine außerordentlich große Steigung der Schnecke übergehen und erhält dadurch eine wesentlich herabgesetzte Fließgeschwindigkeit und damit eine überraschend ungestörte, wirksame und gute Klärung.

Wenn im Rahmen der Erfindung von einer "wesentlich größeren Steigung" der Förderschnecke als bei herkömmlichen Vorrichtungen die Rede ist, so bedeutet dies, daß bereits mit einer Anordnung, die nur verhältnismäßig wenig über etwa zehn Grad hinausgeht, bessere Ergebnisse erreicht werden, ohne dabei jedoch die Möglichkeiten der Erfindung voll auszuschöpfen. Die Erfindung bedient sich nämlich der Erkenntnis, daß gegenüber bekannten Einrichtungen die Steigung der Förderschnecke außerordentlich und überraschend stark erhöht werden kann, so daß Bereiche zwischen vierzig und fünfzig Grad und in manchen Fällen sogar bis in die Größenordnung von sechzig Grad angewandt werden können.

Eine obere Grenze ergibt sich erst wieder durch die Notwendigkeit, die gemäß der Erfindung noch sedimentierten feinsten Teilchen vom "Ende" der Trommel abtransportieren zu können.

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Die im Rahmen der Erfindung noch mögliche obere Grenze der Steigung der Förderschnecke hängt maßgeblich von der Rauhigkeit der Schneckenblätter ab. Weiterhin besteht natürlich eine Abhangigkeeit von den Eigenschaften des Produktes und auch vom Verschleißzustand der Schneckenblätter. Allgemein läßt sich feststellen, daß die im Rahmen der Erfindung noch mögliche obere Grenze der Steigung der Förderschnecke weitgehend vom Oberflächenzustand der Schneckenblätter abhängt.

Für die genaue Festlegung der Obergrenze der Schneckensteigung ist auch noch ein anderer verfahrenstechnischer Effekt von Bedeutung: Durch die Relativgeschwindigkeit zwischen der Förderschnecke einerseits und der Trommel andererseits wird im Schneckenkanal eine Walzenströmung angefacht. Auf der vorlaufenden Seite des Schneckenblattes steigt die Flüssigkeit auf und fließt an der Oberfläche des Schneckenkanals zurück und taucht dann an der Rückseite des Schneckenkanals wieder auf den Grund ab. Mit zunehmender Steigung der Förderschnecke wird diese Strömungsstörung stärker, so daß sich aus diesem Grunde für die Obergrenze der brauchbaren Steigung der Förderschnecke aus dem oben geschilderten verfahrenstechnischen Effekt maßgebliche Kriterien ableiten lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur einen rein schematischen Schnitt durch eine Dekantier-Vorrichtung.

Die in ihrer Gesamtheit mit zehn bezeichnete Dekantier-Vorrichtung ist in der Zeichnung nicht vollständig dargestellt, es sind vielmehr nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile veranschaulicht.

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Innerhalb einer Trommel 11, die einen zylindrischen Teil 11a und einen konischen Teil 11b aufweist, ist eine Förderschnecke 12 angeordnet. Die Trommel 11 ebenso wie die Förderschnecke 12 sind in einem Halbschnitt rein schematisch gezeichnet.

Innerhalb eines gemäß der Erfindung vorgesehenen Intensiv-Klärbereiches 13 sind die Blätter der Förderschnecke gegenüber einem Übergangsbereich 14 und insbesondere gegenüber dem konischen Teil 11b der Trommel 11 auf verhältnismäßig großen Abständen eingezeichnet. Gemäß der Darstellung sind die Blätter der Förderschnecke innerhalb des Intensiv-Klärbereiches 13 nicht äquidistant angeordnet, die Abstände nehmen vielmehr zum rechten Teil der Darstellung hin zu.

Innerhalb des Übergangsbereichs 14 wird die Steigung der Förderschnecke allmählich und stetig vergrößert, so daß in dem gesamten Intensiv-Klärbereich 13, der sich gemäß der Darstellung in der Zeichnung über den größten Teil des zylindrischen Trommelbereichs erstreckt, die Förderschnecke 12 eine wesentlich größere Steigung als im konischen Teil der Trommel aufweist.

In einem Diffusorteil 15 wächst die Steigung kontinuierlich an, so daß in diesem Diffusorteil 15 ein divergierender Strömungskanal gebildet ist.

In dem Diffusorteil 15 sind schematisch dargestellte Strömungsleitbleche 16 angeordnet, um dafür zu sorgen, daß die Strömung stets an den Wänden des Strömungskanals anliegt.

Die Aufgabezone ist zur Vervollständigung der Darstellung bei 17 in der Zeichnung rein schematisch veranschaulicht.

Es könnte im Rahmen der Erfindung der Übergangsbereich 14 auch vom Knickpunkt zwischen dem konischen und dem zylindrischen Teil der Trommel 11 weiter in den zylindrischen Teil der Trommel verlegt werden. Weiterhin könnten auch die gerätetechnische Gestaltung des Übergangsbereiches sowie dessen Ausdehnung abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Ausdehnung des Übergangsbereiches mehr oder weniger als 360 Grad betragen.

Die Erfindung umfaßt grundsätzlich alle Anordnungen, bei denen innerhalb des zylindrischen Teils der Trommel die Förderschnecke in einem Intensiv-Klärbereich eine erheblich größere Steigung als bei herkömmlichen Vorrichtungen aufweist, bei denen die Steigung unterhalb von zehn. Grad liegt.

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Claims

Patentansprüche

Dekantier-Vorrichtung, bei welcher innerhalb einer drehbar gelagerten konisch-zylindrischen Trommel eine Förderschnecke für den Feststoff-Transport mit einer gegenüber der Trommel unterschiedlichen Drehzahl rotiert ,-dadurch gekennze ichnet, daß ein Intensiv-Klärbereich

(13) gebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der zylindrischen Trommel (HaD erstreckt, und daß die Steigung der Förderschnecke (12) in dem Intensiv-Klärbereich (13) wesentlich größer als zehn Grad ist.
2. Dekantier-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Förderschnecke (12) in dem Intensiv-Klärbereich (13) etwa fünfzehn bis sechzig Grad beträgt.
3. Dekantier-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, daß zwischen dem Bereich der Förderschnecke mit normaler herkömmlicher Steigung und dem Intensiv-Klärbereich (13) ein Übergangsbereich

(14) gebildet ist, in welchem die Steigung der Förderschnecke (12) allmählich und stetig anwächst.
4. Dekantier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergahgsbereich (14) sich über etwa 360 Grad erstreckt.
5. Dekantier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (14) im Grenzgebiet zwischen dem konischen (11b) und dem zylindrischen (.11a) Teil der Trommel (11) angeordnet ist.
6. Dekantier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß in dem Intensiv-Klärbereich (13) die Steigung der Förderschnecke (12) zur konischen Trommel (11b) hin fortschreitend zunimmt, wodurch ein Diffusorteil (15) gebildet ist.
7. Dekantier-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeich.n-et, daß in dem Diffusorteil C15) zwischen den Schneckenblättern Strömungsleitbleche (16) angeordnet sind.
8. Dekantier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensiv-Klärbereich (13) sich von der Aufgabezone (17), die in dem zylindrischen Teil (11a) der Trommel (11) benachbart zu dem konischen Teil (11b) angeordnet ist, bis zum Ende des zylindrischen Teils (11a) der Trommel {11) erstreckt.