DE3216393A1 - Schneckenzentrifuge mit waschvorrichtung - Google Patents

Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Zentralbereich

Patente, Marken und Lizenzen Ki/ra-c ο Q Anftl 1982

Schneckenzentrifuge mit Waschvorrichtung

Die Erfindung geht aus von einer Schneckenzentrifuge mit einem bevorzugt zylindrischen Klärteil und einem konischen Entfeuchtungsteil, die mit axialen Zuleitungsrohren für eine Waschflüssigkeit und mit Öffnungen zum Durchtritt der Waschflüssigkeit in den Raum zwischen Schneckentrommel und Schneckenkern versehen ist.

Vollmantelschneckenzentrifugen (Dekanter) werden vornehmlich für Trennaufgaben in kontinuierlichen Prozessen eingesetzt. Sie haben sich aber auch im Chargenbetrieb bewährt, da nur relativ wenig Stellfläche benötigt wird, bei der Entfeuchtung keine Abluft anfällt, und die Anschaffungs- sowie Unterhaltungskosten relativ niedrig sind.

Häufig tritt das Problem auf, daß der Feststoff nach der Abtrennung der Flüssigkeit einer Wäsche unterzogen werden muß. Zu diesem Zweck sind Dekanter entwickelt worden, bei denen Waschvorrichtungen eingebaut sind (DE-OS 2 165 508) . Die Waschvorrichtung besteht dabei

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im wesentlichen aus axialen Zuleitungsrohren und Öffnungen im Schneckenkern zum Durchtritt der Waschflüssigkeit in den Klärraum. Durch die Öffnungen ergießt sich die Waschflüssigkeit über den Feststoff.

Weiterhin ist ein Dekanter mit einer Waschvorrichtung bekannt geworden, bei dem im konischen Teil strahlenförmig Röhrchen in den Schneckenkörper eingesetzt sind, durch die die Waschflüssigkeit auf den Feststoff gespritzt wird.

Erfahrungsgemäß werden mit Hilfe derartiger Waschvorrichtungen in Dekantern im Vergleich zu den Ergebnissen bei einem reinen Durchströmungsversuch nur relativ schlechte Waschergebnisse erzielt. Hier setzt die Erfindung an. Es lag die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit von Waschvorrichtungen in einem Dekanter durch konstruktive Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnungen für den Durchtritt der Waschflüssigkeit mit einem längs einer zylindrischen Wendel um die Rotorachse angeordneten Flüssigkeitsverteiler verbunden sind, der die Waschflüssigkeit gleichmäßig entlang der Schneckenflanke über mindestens eine Windung (360°) in der Nähe des Schneckenkernes aufgibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht der Flüssigkeitsverteiler aus einer Überlaufrinne mit einem Wehr, die entweder an oder unmittelbar vor der Schneckenflanke

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angeordnet ist. Vorteilhaft sind überlaufrinne und/oder Wehr in mehrere Segmente unterteilt und in radialer Richtung verstellbar. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit wird erreicht, wenn das Wehr zackenförmig ausgebildet ist.

Weiterhin wirkt es sich günstig auf die Verteilung der Waschflüssigkeit aus, wenn in der überlaufrinne achsenparallele Mitnehmerstege angeordnet sind.

Bei einer alternativen Ausführung besteht der Flüssigkeitsverteiler aus einer dichten Folge von auf die Schneckenflanke gerichteten Düsen oder Spritzrohren.

Bei beiden Ausführungsformen sind die Zulaufrohre, die aus dem Schneckenkern zur überlaufrinne bzw. zu den Düsen führen, im Schneckenkern auf den gleichen Innendurchmesser ausgerichtet. Auf diese Weise erreicht man eine gleichmäßige Versorgung aller Zulaufrohre mit Waschflüssigkeit.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

1. Im Gegensatz zu den Dekantern nach dem Stand der Technik ist die Waschvorrichtung so ausgebildet, daß die gesamte Böschung des dreieckförmig aufgeschobenen Feststoffs mit der Waschflüssigkeit abgedeckt wird. Durch entsprechende Dosierung der Waschflüssigkeit kann man ohne weiteres erreichen, ^⁵ daß an jeder Stelle der Schneckenwendel soviel

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Waschflüssigkeit zugegeben wird, wie durch den vor der Schneckenflanke liegenden Feststoffhang filtrieren kann. Damit wird die zur Verfügung stehende kurze Waschzone optimal ausgenutzt. Im Gegensatz dazu wird bei den Dekantern nach dem Stand der Technik die Waschflüssigkeit punktförmig auf den Feststoff aufgegeben .

2. Der konstruktive Aufwand zur Realisierung der Erfindung ist verhältnismäßig gering. Insbesondere kann der Flüssigkeitsverteiler in Form der Überlaufrinne auch nachträglich in bereits vorhandene Dekanter ohne Schwierigkeiten eingebaut werden.

3. Durch Verschließen einzelner Zuläufe kann sowohl die Länge als auch die Lage der Waschzone im Dekanter eingestellt und an die produktspezifischen Erfordernisse angepaßt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Vollmantelschneckenzentrifuge,

Fig. 2 und 4 Waschvorrichtungen in einem Dekanter in

Form von überlaufrinnen entlang den Schneckenflanken,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Waschvorrichtung

gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Waschvorrichtung im Dekanter in Form einer Düsenreihe,

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Fig. 6 die Form von Breitstrahlröhrchen anstelle der

Düsen
Fig. 7 ein Diagramm mit gemessenen Waschergebnissen.

Die Vollmantelzentrifuge gemäß Fig. 1 besteht aus der auf einem Kern 1 befestigten Schnecke 2 und dem die Schnecke 2 umgebenden Trommelmantel 3 (Trommel). Die Trommel 3 und die Schnecke 2 sind drehbar gelagert und werden mit unterschiedlicher Drehzahl so angetrieben, daß eine Förderwirkung zum Konus entsteht. Im Klärteil I sind Trommel und Schnecke zylindrisch und im Entfeuchtungsteil II konisch ausgebildet. Die zu klärende Suspension wird durch das Zulaufrohr 4 zugeführt und tritt durch Bohrungen 5 des Schneckenkerns 1 in die Zentrifugentrommel 3 ein. Infolge der Zentrifugalkraft wird der schwerere Feststoff nach außen geschleudert und von der Schnecke 2 zum Feststoffaustritt 6 hingefördert. Die leichtere Flüssigkeit strömt zur anderen Seite durch die Überläufe 7 ab. Feststoff und Flüssigkeit werden vora Gehäuse 8 aufgefangen und ausgeworfen.

Im Entfeuchtungsteil II ist zusätzlich eine Waschvorrichtung eingebaut, die aus dem axialen Zulaufrohr 9 und der Kammer 10 für die Waschflüssigkeit und den öffnungen 11 und 12 im Schneckenkern besteht. Der Waschvorgang läuft in der Weise ab, daß durch die öffnungen 11 und 12 Waschflüssigkeit auf den von der Schnecke transportierten Feststoff strömt und in den darauffolgenden Schneckenabschnitten wieder abgeschleudert wird. Insoweit entspricht die beschriebene Vollmantelschneckenzentrifuge dem Stand der Technik.

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— Jff —

Anhand der nachfolgenden Figuren wird nun die neue Waschvorrichtung beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt im Bereich des konischen Entfeuchtungsteiles II. Der im Sumpf 13 aussedimentierte Feststoff 14 wird von der Schnecke 2 konusaufwärts gefördert. Der Feststoff wird dabei zu einem dreieckförmigen Profil aufgeschoben.

Ein spezieller Flüssigkeitsverteiler sorgt dafür, daß die Flüssigkeit nicht direkt auf den Feststoffhang 14a gespritzt wird, sondern entlang der Schneckenflanke 15, bzw. dem Wehr 17 an der höchsten Stelle des Feststoffhanges 14a aufgegeben wird. Zu diesem Zweck ist die Schnecke 2 in der Nähe des Kernes 1, d.h. im oberen Drittel der Schneckenflanke zu einer überlaufrinne 16 ausgestaltet. Der überlauf wird dabei durch das Wehr 17 gebildet, das mittels einer Schraube 18 und einer Langlochbefestigung radial ausrichtbar an der Schnekkenflanke 15 angeordnet ist. Der obere Rand des Wehres 17, d.h. die überlaufkante ist zackenförmig ausgebildet. in die Rinne 16 sind achsenparallele Mitnehmerstege eingesetzt.

Gemäß Fig. 3, die einen Schnitt quer zur Trommelachse mit einer Schneckenwindung im Entfeuchtungsteil zeigt, ist die Rinne 16 entlang der Schnecke 2 durch radiale Stege 20 unterteilt und durch Wehrsegmente 21 begrenzt. ,Durch die Unterteilung wird die Montage und Justierung der Rinne 16 bzw. des Wehres 17 erleichtert. Der Radius des gezackten Wehres 17 ist jeweils über ein Segment konstant. Die Mittelpunktslinie ist die Trommelachse.

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Außerdem erkennt man die schon oben beschriebene Langlochbefestigung für das Überlaufwehr 17. Zum Reinigen der Rinne 16 kann das Wehr 17 abgeschraubt werden. Jedes Rinnensegment wird durch eine getrennte Zulauföffnung mit Waschflüssigkeit versorgt. Mit 22 ist die Schweißnaht der Schnecke 2 am hier konischen Kern 1 bezeichnet.

Die Waschflüssigkeit fließt durch das Zuleitungsrohr 9 (Fig. 2) in den hohlen Schneckenkern und bildet dort im stationären Betrieb der Zentrifuge einen zylindrischen Flüssigkeitsring 23. Durch die öffnungen 12 im Schneckenkern 1, die als kurze Röhrchen ausgebildet sind, tritt die Waschflüssigkeit aus dem Ring 23 in die überlaufrinne 16. Die Mitnehmer 19 sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Waschflüssigkeit über den Umfang der Rinne 16. Die Flüssigkeit staut sich in der Rinne bis zu dem gezackten Rand des über1aufwehres 17 und läuft von dort in gleichmäßiger Schicht über Wehr und/oder Schneckenflanke auf die höchste Stelle des Feststoffhanges 14a. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der gesamte Feststoffhang mit Waschflüssigkeit überschichtet und durchtränkt wird, während bei einer punktförmigen Aufgabe (Aufspritzen) nur ein Bruchteil des Feststoffhanges 14a von der Waschflüssigkeit überdeckt wird. Es leuchtet ein, daß in einem solchen Fall nur ungenügende Waschergebnisse erzielt werden, da die Wäsche nur einen Teil des Feststoffquerschnittes erfaßt. Besonders günstige Verhältnisse erzielt man, wenn durch das Zulaufrohr 9 gerade soviel Waschflüssigkeit eindosiert wird, daß an jeder Stelle der Rinne 16 soviel Waschflüssig-

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keit aufgegeben wird, wie durch den davorliegenden Feststoff bei vollständiger Überschichtung abfiltrieren kann und die Dicke der Flüssigkeitsschicht am unteren Ende des Feststoffhanges gerade Null ist. Vergrößert man die Menge der Waschflüssigkeit über diesen Wert hinaus, so würde die überschüssige Flüssigkeit an Fuß der Böschung unwirksam in den Sumpf abströmen. Dieser Betriebszustand kann empirisch leicht ermittelt werden (siehe Fig. 7).

Eine andere Ausführung des Flüssigkeitsverteilers auf Basis einer wendelförmig um die Rotorachse angeordneten überlaufrinne zeigt die Fig. 4. Die überlaufrinne 16 ist hier nicht Bestandteil der Schnecke 2 wie bei der Ausführung nach Fig. 2, sondern ist unmittelbar vor der Schneckenflanke 15 angeordnet. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung muß die überlaufrinne 16 in mehrere Segmente pro Windung unterteilt werden. Diese Segmente sind mittels Schrauben 24 am Schneckenkern befestigt. Die Justierung in radialer Richtung kann z.B. mit Hilfe von Beilagscheiben 25 erfolgen. Das Wehr 17 an der Rinne 16 befindet sich so dicht vor der Schneckenflanke 15, daß die überlaufende Flüssigkeit sicher auf die höchste Stelle des darunterliegenden Feststoff aufgegeben wird. Auch mit dieser Ausführung wird eine gleichmäßige Aufgabe der Waschflüssigkeit entlang der Schneckenflanke 15 erreicht, was als Vorbedingung für die Verbesserung des Wascheffektes anzusehen ist. Der radiale Abstand der überlaufrinne 16 vom Schneckenkern ist bei beiden Ausführungen relativ unkritisch. Man wird jedoch die überlaufrinne 16 aus mechanischen Gründen und zur besseren Ausnutzung des freien Förderquerschnitts möglichst nahe am Schneckenkern, zumindest aber im oberen Drittel der Schneckenflanke 15 anbringen.

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Eine weitere Variante des Flüssigkeitsvertexlers zur Aufgabe der Waschflüssigkeit an der Schneckenflanke ist in Fig. 5 dargestellt. Der Flüssigkeitsverteiler nach Fig. 5 (Halbschnitt) besteht aus einer dichten Folge von Düsen, bevorzugt Flachstrahldüsen 26, die längs einer der Schnecke 2 folgenden Wendel unmittelbar vor der Schneckenflanke 15 angeordnet und so ausgerichtet sind, daß die austretende Flüssigkeit etwa auf die Verbindungsstelle (Schweißnaht 22) zwischen Schnecke 2 und Schneckenkern gespritzt wird. Der Deutlichkeit halber sind in der unteren Hälfte von Fig. 5' nur die Durchbrüche 27 für die Düsen 2 6 angedeutet. Sie entsprechen den öffnungen 12 im Schneckenkern bei den Ausführungen nach Fig. 2 bis Fig. 4. Die Düsen 2 6 sind im Inneren des Schneckenkerns 1 auf den gleichen Durchmesser ausgerichtet. Dies gilt auch für die Zuläufe zu den Rinnensegmenten bei den Ausführungen nach Fig. 2 bis 4. Dadurch wird sichergestellt, daß an allen Zuläufen annähernd gleiche Druckverhältnisse herrschen. Die Düsen 2 6 können auch wie in Fig. 6 dargestellt (Seitenriß, Aufriß und Draufsicht) als Breitstrahl röhrchen 28 ausgebildet sein, so daß ein größerer Winkel an der Schneckenflanke 15 überstrichen werden kann.

Die Lage und auch die Länge der Waschzone im Entfeuchtungsteil läßt sich dadurch einstellen, daß von vornherein ein größerer Bereich mit Durchbrüchen 2 7 versehen wird und dann die gewünschte Lage und Länge der Waschzone durch Verschließen der Röhrchen begrenzt wird. Bei den Ausführungen nach Fig. 2 bis 4 erfolgt die Begrenzung der Waschzone durch Ein- bzw. Ausbau von Rinnensegmenten 21 oder durch Öffnen bzw. Verschließen von öffnungen 12.

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Eine andere Möglichkeit der Einstellung besteht bekannterweise darin, den Schneckenkern 1 durch Stege 2 9 in mehrere Kammern zu unterteilen, wobei die Verstellung der Waschzone durch Verschieben des Waschrohrs 10 oder Beschickung jeder Kammer durch ein eigenes Rohr erfolgt.

Zur Untersuchung der Wirksamkeit der neuen Waschvorrichtung wurde eine Suspension aus gesättigter NaCl-Lösung und Gips in einer Vollmantelzentrifuge sedimentiert und anschließend mit Wasser ausgewaschen. In die Zentrifuge wurde als Waschvorrichtung ein Flüssigkeitsverteiler auf Basis einer überlaufrinne gemäß Fig. 2 bis 4 eingebaut. Zum Vergleich wurde ferner eine Waschvorrichtung nach dem Stand der Technik (punktförmige Aufgabe der Waschflüssigkeit an einzelnen Stellen) getestet sowie die Auswaschergebnisse bei einer Durchströmungswäsche in einer Handfilterplatte festgestellt. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt. Als Ordinate ist das Verhältnis der Konzentration der NaCl-Losung· im ausgetragenen feuchten Feststoff (X) bezogen auf die Ausgangskonzentration (X ) in % aufgetragen. Die Abszisse entspricht dem Waschverhältnis ο / wobei 0 die für ein kg des trockenen Feststoffes benötigte Menge an Waschflüssigkeit in Liter bedeutet. Etwas vereinfacht, aber anschaulich kann man sagen, daß in Fig. 7 der Wascheffekt als Funktion der hindurchgelaufenen Waschflüssigkeitsmenge bei den verschiedenen Waschvorrichtungen miteinander verglichen wird. Dabei bedeuten hohe X/X -Werte einen geringen Wascheffekt und niedrige X/X -Werte einen guten Auswascheffekt. Qualitativ erkennt man, daß der Handfilterversuch den besten Auswascheffekt zeigt. Die Waschversuche in einer Vollmantelzentrifuge mit

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eingebautem Flüssigkeitsverteiler (Überlaufrinne) kommen dem Versuch mit der reinen Durchströmungswäsche überraschend nahe, während die punktuelle Aufgabe der Waschflüssigkeit nach dem Stand der Technik wesentlich schlechtere Ergebnisse liefert. Bei einem Waschverhältnis von z.B. / = 0,4 1 kg werden folgende Werte für den Restgehalt von Kochsalz im feuchten Feststoff erreicht:

χ ⁼ 2 8 % Durchströmungsversuch — '

Überlaufrinne:

χ = 7,6 %

XO

χ = 32,6 %.

Düsen (Stand der

Technik) ^x

Die neue Waschvorrichtung ist nicht nur zum Einbau in Vollmantelschneckenzentrifugen geeignet, sondern kann auch bei Siebzentrifugen, bei denen der Feststoff bei der Förderung ähnlich dreieckförmig aufgeschoben wird, mit Erfolg eingesetzt werden. Bei letzteren ist die Trommel mit einer Vielzahl von öffnungen versehen. Derartige Zentrifugen sind ausführlich in der Literatur beschrieben (z.B. Hans-Heinrich Hülsen, Verfahrenstechnik 6 (1972) Nr. 1, S. 7 bis 15).

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schneckenzentrifuge mit einem zylindrischen Klärteil und einem konischen Entfeuchtungsteil, der mit axialen Zuleitungsrohren (9) für eine Waschflüssigkeit und mit öffnungen (12) zum Durchtritt der Waschflüssigkeit in den Raum zwischen Trommel (3) und Schneckenkern (1) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (12) mit einem längs einer zylindrischen Wendel um die Rotorachse angeordneten Flüssigkeitsverteiler (16, 26) verbunden sind, der die Waschflüssigkeit gleichmäßig entlang der Schnekkenflanke (15) über mindestens eine Windung (360°) in der Nähe des Schneckenkerns (1) verteilt.

2. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler aus einer Überlaufrinne (16) mit einem Wehr (17) besteht, die in oder unmittelbar vor der Schneckenflanke (15) angeordnet ist.

3. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufrinne (16) und/oder das Wehr (17) in Segmente (21) unterteilt und in radialer Richtung verstellbar sind.

4. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr (17) zackenförmig ausgebildet ist.

5. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2 bis 4, dadurch

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gekennzeichnet, daß in die Überlaufrinne (16) achsenparallele Mitnehmerstege (19) eingesetzt sind.

6. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler aus einer dichten Folge von auf die Schneckenflanke (15) gerichteten Düsen (26) oder Breitstrahlrohren (28) besteht.

7. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuläufe (12) zu der Überlaufrinne .(16) bzw. zu den Düsen (26) im Schneckenkern

(1) auf den gleichen Innendurchmesser ausgerichtet sind.

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