DE3216393C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenzentrifuge mit Waschvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Schneckenzentrifugen 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.

Eine derartige Zentrifuge ist aus der DE-OS 23 49 298 bekannt. Die Waschvorrichtung besteht dabei im wesentlichen aus axialen Zuleitungsrohren und Öffnungen im Schneckenkern zum Durchtritt der Waschflüssigkeit. Durch die Öffnungen ergießt sich die Waschflüssigkeit über den Feststoff.

Erfahrungsgemäß werden mit Hilfe derartiger Waschvorrichtungen im Vergleich zu den Ergebnissen bei einem reinen Durchströmungsversuch nur relativ schlechte Waschergebnisse erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit von Waschvorrichtungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In vorteilhafter Ausgestaltung besteht der Flüssigkeitsverteiler aus einer Überlaufrinne mit einem Wehr, die an oder unmittelbar vor der Schneckenflanke angeordnet ist. Vorteilhaft sind die Überlaufrinne und/oder das 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 die Überlaufrinne achsenparallele Mitnehmerstege eingesetzt sind.

Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Flüssigkeitsverteiler aus einer dichten Folge von auf die Schneckenflanke gerichteten Flachstrahldüsen oder Breitstrahlröhrchen.

Vorteilhaft sind die Zuläufe zu der Überlaufrinne bzw. zu den Flachstrahldüsen im Schneckenkern auf den gleichen Innendurchmesser ausgerichtet. Auf diese Weise erreicht man eine gleichmäßige Versorgung aller Zulaufrohre mit Waschlüssigkeit..

Es werden folgende Vorteile erzielt:

• 1. Die Waschvorrichtung ist 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, daß an jeder Stelle der Schneckenwendel soviel 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 nach dem Stand der Technik die Waschflüssigkeit punktförmig auf den Feststoff aufgegeben.
• 2. Der konstruktive Aufwand zur Realisierung ist verhältnismäßig gering. Insbesondere kann der Flüssigkeitsverteiler in Form der Überlaufrinne auch nachträglich in bereits vorhandene Zentrifugen ohne Schwierigkeiten eingebaut werden.
• 3. Durch Verschließen einzelner Zuläufe kann sowohl die Länge als auch die Lage der Waschzone eingestellt und an die produktspezifischen Erfordernisse angepaßt werden.

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

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Vollmantelschneckenzentrifuge,

Fig. 2 und 4 Waschvorrichtungen in Form von Überlaufrinnen entlang den Schneckenflanken,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Waschvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Waschvorrichtung in Form einer Düsenreihe,

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 Schneckenkern 1 befestigten Schnecke 2 und dem die Schnecke 2 umgebenden Trommelmantel 3 (Trommel). Der Trommelmantel 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 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 vom 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 der Zuläufe 11 und 12 im Schneckenkern besteht. Der Waschvorgang läuft in der Weise ab, daß durch die Öffnungen der Zuläufe 11 und 12 Waschflüssigkeit auf den von der Schnecke transportierten Feststoff strömt und in den darauffolgenden Schneckenabschnitten wieder abgeschleudert wird.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird nun die 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 14 a gespritzt wird, sondern entlang der Schneckenflanke 15, bzw. dem Überlaufwehr 17 an der höchsten Stelle des Feststoffhanges 14 a aufgegeben wird. Zu diesem Zweck ist die Schnecke 2 in der Nähe des Kernes 1, d. h. im oberen Drittel der Schneckenflanke 15 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 Schneckenflanke 15 angeordnet ist. Der obere Rand des Wehres 17, d. h. die Überlaufkante ist zackenförmig ausgebildet. In die Rinne 16 sind achsenparallele Mitnehmerstege 19 eingesetzt.

Gemäß Fig. 3, die einen Schnitt quer zur Trommelachse mit einer Schneckenwindung im Entfeuchtungsteil II zeigt, ist die Rinne 16 entlang der Schnecke 2 durch radiale Stege 20 unterteilt und durch Segmente 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.

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 einen getrennten Zulauf 12 mit Waschflüssigkeit versorgt. Mit 22 ist die Schweißnaht der Schnecke 2 am hier konischen Kern 1 bezeichnet.

Die Waschflüssigkeit fließt durch das Zulaufrohr 9 (Fig. 2) in den hohlen Schneckenkern und bildet dort im stationären Betrieb der Zentrifuge einen zylindrischen Flüssigkeitsring 23. Durch die Zuläufe 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 Überlaufwehres 17 und läuft von dort in gleichmäßiger Schicht über Wehr und/oder Schneckenflanke auf die höchste Stelle des Feststoffhanges 14 a. 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 14 a von der Waschflüssigkeit überdeckt wird. Durch das Zulaufrohr 9 sollte gerade soviel Waschflüssigkeit eindosiert werden, daß an jeder Stelle der Rinne 16 soviel Waschflüssigkeit 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 am Fuß der Böschung unwirksam in den Sumpf abströmen. Dieser Betriebszustand kann empirisch leicht ermittelt werden (siehe Fig. 7).

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsverteilers auf Basis einer wendelförmig um die Rotorachse angeordneten Überlaufrinne 16 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 hier 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 1 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 1, zumindest aber im oberen Drittel der Schneckenflanke 15 anbringen.

Eine weitere Variante des Flüssigkeitsverteilers 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 1 gespritzt wird. Der Deutlichkeit halber sind in der unteren Hälfte von Fig. 5 nur die Durchbrüche 27 für die Düsen 26 angedeutet. Sie entsprechen den Zuläufen 12 im Schneckenkern bei den Ausführungen nach Fig. 2 bis Fig. 4. Die Düsen 26 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 26 können auch wie in Fig. 6 dargestellt (Seitenriß, Aufriß und Draufsicht) als Breitstrahlröhrchen 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 27 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 Segmenten 21 oder durch Öffnen bzw. Verschließen von Zuläufen 12.

Eine andere Möglichkeit der Einstellung besteht darin, den Schneckenkern 1 durch Stege 29 in mehrere Kammern zu unterteilen, wobei die Verstellung der Waschzone durch Verschieben des Waschrohrs in der Kammer 10 oder Beschickung jeder Kammer durch ein eigenes Rohr erfolgt.

Zur Untersuchung der Wirksamkeit 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-Lösung im ausgetragenen feuchten Feststoff (X) bezogen auf die Ausgangskonzentration (X _o) in % aufgetragen. Die Abszisse entspricht dem Waschverhältnis δ, wobei δ 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 _o-Werte einen geringen Wascheffekt und niedrige X/X _o-Werte einen guten Auswascheffekt. Qualitativ erkennt man, daß der Handfilterversuch den besten Auswascheffekt zeigt. Die Waschversuche in einer Vollmantelzentrifuge mit 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. δ = 0,4 l kg^-1 werden folgende Werte für den Restgehalt von Kochsalz im feuchten Feststoff erreicht:

Diese 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.

Claims (7)

1. Schneckenzentrifuge mit Waschvorrichtung, 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, wobei die Öffnungen (12) mit einem Flüssigkeitsverteiler verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit vom Flüssigkeitsverteiler (Überlaufrinne 16, Flachstrahldüse 26, Breitstrahlröhrchen 28) gleichmäßig verteilt über mindestens eine Windung, also über einen Umfangswinkel von mindestens 360°, in der Nähe des Schneckenkerns (1) auf die Schneckenflanke (15) aufgegeben wird und von dort über den von der Schneckenflanke (15) aufgeschobenen Feststoffhang (14 a) abläuft.

2. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler aus einer Überlaufrinne (16) mit einem Überlaufwehr (17) besteht, die an 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 einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch 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 Flachstrahldüsen (26) oder Breitstrahlröhrchen (28) besteht.

7. Schneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuläufe (12) zu der Überlaufrinne (16) bzw. zu den Flachstrahldüsen (26) im Schneckenkern (1) auf den gleichen Innendurchmesser ausgerichtet sind.