DE3238728A1

DE3238728A1 - Verfahren zum trennen von suspensionen in einer klaer-filter-zentrifuge sowie klaer-filter-zentrifuge

Info

Publication number: DE3238728A1
Application number: DE19823238728
Authority: DE
Inventors: Christian Prof. Dr.-Ing. 8000 München Alt; Willi Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Kiesewetter; Arthur Dr.-Ing. 8032 Lochham Köber
Original assignee: Dr Mueller AG
Current assignee: Dr Mueller AG
Priority date: 1981-10-19
Filing date: 1982-10-19
Publication date: 1983-08-11
Also published as: US4612126A; CH654225A5; DE3238728C2; JPS58122060A; JPS6333425B2

Abstract

Die Abtrennung von schwer filtrierbaren Feststoffteilchen aus Suspensionen erfolgt mittels einer Klär-Filter-Zentrifuge. Die in die Zentrifuge eintretenden Teilchen werden über einen Verteilerkegel (11) derart beschleunigt, daß sie radial an die Kammerrückwand (4) zum Trommelmantel (5) und wieder axial zum Filterteller (8) umgelenkt werden. Weil die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung im Trennraum kleiner ist als die Trommelgeschwindigkeit entsteht ein Schlupf. Dadurch können sich die feinen Partikeln am Filtermittel nicht festsetzen und werden immer wieder abgeschält. Die Kammerrückwand (4) ist mit mindestens drei Bolzen (2) an der Kammervorderwand (1) befestigt. Über den Verteilerkegel (11) zur Beschleunigung der eintretenden Suspension ist ein Einlauftrichter (12) gestülpt, dessen Rand parallel zur Kammerrückwand (4) verlängert ist. Das Filtermittel besteht aus einer Membran.

Description

WUESTHOFF - v. PECHMANN- BEHRENS -GOETZ" * ^dr:5hi"^{l: f toA} ^esthoff (1927-1956)

lA-56 504

Chemap AG, - 3 - D-8000 MÜNCHEN 90

CH-8708 Männedorf, Schweigerstrasse2

Schweiz

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24 070

Verfahren zum Trennen von Suspensionen in einer Klär-Filter-Zentrifuge sowie Klär-Filter-Zentrifuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Suspensionen, d.h. zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Suspension, und eine Klär-Filter-Zentrifuge, in welcher die Suspension durch eine Kombination von Sedimentation und Filtration mittels Zentrifugalkraft getrennt wird.

Man unterscheidet i.a. zwei Arten von Zentrifugen, nämlich die Vollmantel- und die Filterzentrifugen.

Bei VoIlmante!zentrifugen sedimentiert die schwere Phase, also z.B. die Feststoffteilchen, an die Trommelwand; die leichtere Phase, also z.B. die Suspensionsflüssigkeit, strömt über ein Wehr ab. Diese Zentrifugen werden vorzugsweise zum Klären von Flüssigkeiten eingesetzt. Bei Filterzentrifugen strömt die Flüssigkeit durch einen Filterkuchen und ein Filtermittel in eine Filtratkammer. Diese Zentrifugen werden überwiegend zum Entwässern von Schlämmen eingesetzt.

Das besondere Merkmal.der Klär-Filter-Zentrifuge besteht darin, daß sowohl eine Sedimentation als auch eine.Filtration stattfindet. Eine solche Klär-Filter-Zentrifuge läßt sich daher nicht den bekannten Schleudern zuordnen.

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Nach der CH-PS 406 076 ist eine Zentrifuge der Art für schwer filtrierbare Stoffe bekannt. Der Trennvorgang ist durch Ueberlagerung zweier unterschiedlicher Trennverfahren gekennzeichnet. Die Trennung einer Suspension in eine Flüssigkeits- und eine Feststoffphase erfolgt durch Sedimentation und Filtration. Diese Zentrifuge besteht im wesentlichen darin, dass zwei, vorzugsweise parallel zueinander liegende, mit der rotierenden Achse fest verbundene und senkrecht zu ihr stehende, plattenförmige Körper, einen zur Aufnahme der Flüssigkeit dienenden Hohlraum bilden, welcher an der Peripherie durch einen rohrförmigen, in Richtung der Rotationsachse verschiebbaren Körper abgeschlossen ist und zum Austrag der Feststoffe geöffnet werden kann. Ein Trenneinsatz, bestehend aus einem Gewebe, ist senkrecht zur Rotationsachse in der Aussparung einer der Platten befestigt und dient als Filtermittel. Die Kammerrückwand ist zur Befestigung der Vorderwand mit einer Anzahl Streben versehen. Die Suspension strömt axial durch eine Hohlwelle unmittelbar in den Hohlraum und tritt teils durch das Filtermittel und teils über eine Umlenkscheibe direkt durch die achsennahe Oeffnung aus. Durch Aufgabe der Suspension über die Hohlwelle direkt in den Filterraum der Zentrifuge entstehen undefinierbare Strömungsverhältnisse und ein unregelmässiger Kuchenaufbau.

Durch die verhältnissmässig girosse Oeffnung des Filtermittels erhält man einen Durchschlag im Filtrat, d.h. das Filtrat wird mit Feststoff verunreinigt.

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Auch eine zu grosse Anzahl von Bolzen an der ■ Kanuherrückwand haben den grossen Nachteil, dass sie während der Rotation wie die Stifte einer Mühle wirken und auf diese Weise die Feststoffteilchen in der Suspension weiter zerkleinern. Kleinere Teilchen oder Emulsionen erschweren jedoch die Trennung. Auch treten durch die Vielzahl der Bolzen Störungen im Strömungsablauf auf.

Ein weiterer Nachteil ist die Befestigung der Filtergewebe auf der ebenen Fläche des Filtertellers, wodurch der Filtratabfluss erschwert wird. Eine definierte Restfeuchte des Filterkuchens ist nicht, erzielbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abtrennung schwer filtrierbarer Feststoffteilchen aus einer Suspension mittels einer Klär-Filter-Zentrifuge bereit zu stellen, das Feststoffe aus Suspensionen vollständig abtrennt, so dass eine optisch klare Flüssigkeit entsteht.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge so anzupassen und zu verbessern, dass sie für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist.

Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren ist im Patentanspruch gekennzeichnet. Eine Klär-Filter-Zentrifuge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 2 und hinsichtlich seiner Ausgestaltungen in den weiteren Unteransprüchen angegeben.

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Bei der Umlenkung der Suspension auf dem Verteilerkegel wird sie beschleunigt und der Axialströmung eine Rotationsströmung überlagert. Die Suspension strömt dann radial an der Kammerrückwand nach aussen zum Trommelmantel. Hier wird sie axial in Richtung Filtermittel umgelenkt.

Aufgrund der Zentrifugal- und Massenträgheitskräfte setzen sich die Feststoffteilchen am Trommelmantel ab und bilden einen Kuchen. Die Flüssigkeit dagegen strömt über die Teilchen durch das Filtermittel hindurch axial aus dem Trennraum heraus.

Die Zentrifuge soll anhand einer Zeichnung näher beschrieben werden.

Die einzige Figur zeigt den Trennraum der erfindungsgemässen Zentrifuge, im oberen Teil im geschlossenen, unten in geöffnetem Zustand.

Eine ringscheibenförmige vordere Kammerwand 1 ist mittels dreier Bolzen 2, welche in einer Schutzhülse 3 stecken und von denen nur einer gezeichnet ist, mit einer inneren Kammerrückwand 4 fest verbunden. Ein Vollmantel 5 ist auf einer Zentrifugenwelle 6 axial verschieblich gelagert und über einen O-Ring 7 ihr gegenüber abgedichtet. Am Umfang der Kammervorderwand ist ein Filterteller 8 befestigt, der über einem Stützblech 9' ein Filtermittel 10 mit zwei Spannringen aufnimmt. Die freie Filterfläche des Filtertellers 8 ist nach innen durch enen Spannring und nach außen durch einen "aufgesetzten Blendring begrenzt. Im geschlossenen Trennraum drückt die Trommel 5 gegen diesen

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Blendrina. Als Filtermittel sind flüssigkeitsdurchlässige Membranen von 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm dünner Kunststoffschicht am besten geeignet. Die Oberfläche solcher Membranen zeigt unter dem Elektronenmikroskop eine schwammartige Struktur. Die Porengrösse ist beispielsweise 0,2 bis 10. Mikrometer, vorzugsweise 0,4 5 bis 5 Mikrometer. An der Welle 6 ist ein Verteilerkegel 2 angebracht, über welchen ein Einlauftrichter angebracht ist. Ein feststehendesEinlaufrohr 13 ragt in den rotierenden Einlauftrichter 12 hinein.

Im Betrieb der Zentrifuge strömt die Suspension über das zentrisch liegende Einlaufrohr 13 dem rotierenden Verteilerkegel 11 zu, wird beschleunigt und verteilt sich in radialer Richtung. Der Einlauftrichter 12 verhindert ein Abspritzen der Suspension. Auf dem Verteilerkegel 11 wird die Suspension beschleunigt und der ankommenden Axialströmung wird eine Rotationsströmung überlagert. An der Kammerrückwand 4 strömt die Suspension entlang und trifft dann auf die Vollmanteltrommel 5 auf. Die Strömung der Suspension wird wieder axial umgelenkt in Richtung des Filtertellers 8.

Durch die Zentrifugal- und Massenträgheitskräfte werden die Feststoffteilchen bei der Umlenkung der Radialströmung in eine Axialströmung nach aussen transportiert und setzen sich am Trommelumfang ab. Die Dichte des Feststoffes

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ist grosser als die der Flüssigkeit, so dass die Flüssigkeit über den Feststoff hinwegströmt und durch das Filtermittel 10 hindurch den Trennraum verlässt.

Die grossen Feststoffteilchen setzen sich bevorzugt im hinteren Teil der Trommelwandung ab. Die sehr feinen Partikel werden mit der Strömung mitgerissen und dann vom Filtermittel 10 zurückgehalten, welches auf dem Filterteller 8 befestigt ist.

Es wird so lange Suspension zugeführt, bis die Flüssigkeit die Höhe der Bolzenhülsen 3 erreicht hat. Dann wird · die Suspensionszufuhr abgestellt, und es wird trockengeschleudert. Das bedeutet, dass die Flüssigkeit, die sich zu diesem Zeitpunkt noch im Trennraum befindet, durch das Filter abströmen kann. Zurück bleibt ein Feststoffkuchen mit einer relativ geringen Restfeuchte.

Zum Austragen des Feststoffes wird der Vollmantel 5 bei laufender Zentrifuge axial nach hinten verschoben und somit der Trennraum geöffnet. Dadurch kann der Feststoff nach aussen abgeschleudert werden. Anschliessend wird der Vollmantel wieder mittels einer Pneumatikschaltung in die Arbeitsstellung gebracht, der Trennraum geschlossen, und die Suspensionszufuhr kann wiederum von neuem eingeschaltet werden.

Die Versuche haben gezeigt, dass die vom Filtermittel zurückgehaltenen feinen Feststoffteilchen das Filtermittel nicht verstopfen. Der Grund liegt darin, dass die kurze

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Verweilzeit der Flüssigkeit in der Trommel nicht ausreicht, um die Flüssigkeit auf Trommeldrehzahl zu beschleunigen. Es entsteht ein Schlupf, der eine Scherströmung bewirkt, so dass die laufend zuströmende Flüssigkeit ein Ansetzen der Partikeln an der Oberfläche des Filters verhindert.

Die Klär-Filter-Zentrifuge hat sich zur Trennung schwer filtrierbarer Schlämme wie Suspensionen, die Aluminiumhydroxid enthalten, hervorragend bewährt und ist zur Abtrennung von beispielsweise Tonerdehydraten, Stearaten, Bleicherde, Stärke, Herbiciden, Polyamylalkohol, Kaolin, organischen Stoffen, Pharmazeutika, Titandioxid, Gelen und Abwasserschlamm geeignet. Das'Anwendungsgebiet ist nicht auf die Beispiele beschränkt.

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Claims

PATENTANWÄLTE " --- - . . . . . dh.-i^g^pranz vufsthoff WUESTHOFF-v. PECHMANN -BEHRENS-GOETZ" Βΐε*'»Λ·ϊΑ™* ^esthoff (1927-195« DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-1971) EUROPEAN PATENTATTORNEYS „,pl.-chem.dr. ε. «E,hh„ von γβοημλνν DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPT.-W1RTSCH.-ING. RUPERT GOETZ lA-56 504 D-8000 MÜNCHEN 90 Chemap AG schweigerstrasse 2 telefon: (089) 66 20 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j 24 070 Patentansprüche :

1. Verfahren zum Trennen von Suspensionen mittels einer Klär-Filter-Zentrifuge mit geschlossenem Trommelmantel und einem senkrecht zur Drehachse an einer scheibenförmigen Kammervorderwand vorgesehenen ringscheibenförmigen Filtermittel mit Abflußöffnungen nach außen,

dadurch gekennzeichnet , daß die Suspension axial zugeführt, über einen Verteilerkegel (11) auf die Kammerrückwand umgelenkt und beschleunigt, und radial an der Kammerrückwand (4) zum Trommelmantel (5) und nach erneuter Umlenkung axial in Richtung auf das Filtermittel (10) gelenkt wird.

2. Klär-Filter-Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammerrückwand (4) mit mindestens drei Bolzen (2), die mit Hülsen (3) umgeben sind, mit der Kammervorderwand (1) radial innerhalb des Filtermittels (10) verbunden ist.

3. Klär-Filter—Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel (10) aus Membranen von 0,1 bis 0,5 mm Dicke besteht.

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4. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen aus Kunststoff bestehen.

5. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen eine Porengröße von 0,2 bis 0,45 μΐη aufweisen.

6. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Zentrifugenwelle (6) befestigter Verteilerkegel (11) mit Abstand mit einem Einlauftrichter (12) überstülpt ist, dessen freier Umlaufrand parallel zur Kammerrückwand (4) ausläuft.

7. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Vollmantel (5) der Zentrifuge aus nichtrostendem Stahl gefertigt ist.

8. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtratsammelraum des Filtermittels (10) als Kammer ausgebildet ist.

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