DE3238728C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klär-Filter-Zentrifuge zum Trennen von Suspensionen, d. h. zum Abtrennen von feinen Feststoffteilchen aus einer Suspension, in welcher die Suspension durch eine Kombi­ nation von Sedimentation und Filtration mittels Zentrifugal­ kraft getrennt wird.

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

Bei Vollmantelzentrifugen 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 gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (DE-GM 18 75 987 bzw. CH-PS 4 06 076) besteht darin, daß hauptsächlich eine Sedimentation und anschließend auch eine Filtration stattfindet. Eine solche Klär-Filter-Zentrifuge läßt sich daher nicht den bekannten Schleudern zuordnen.

Die bekannte Klär-Filter-Zentrifuge ist für schwer filtrierbare Stoffe geeignet. Bei dieser Zentrifuge bilden zwei parallel zueinander liegende, mit der Zentrifugenwelle fest verbundene und senkrecht zu ihr stehende, plattenförmige Körper (Kammer­ vorder- und -rückwand) einen zur Aufnahme von Flüssigkeit die­ nenden Hohlraum, welcher am Umfang durch einen rohrförmigen, in Richtung der Zentrifugenwelle verschiebbaren Körper abgeschlos­ sen ist und zum Austrag der Feststoffe geöffnet werden kann. Ein Trenneinsatz, meist ein Filtergewebe, ist senkrecht zur Zentrifugenwelle in einer Aussparung der Kammervorderwand be­ festigt und bildet das Filtermittel. Die Kammerrückwand ist zur Befestigung der Kammervorderwand mit einer Anzahl Streben versehen. Die Suspension strömt entweder axial durch den vorderen hohlen Teil der Zentrifugenwelle ein und durch radiale Schlitze oder durch ein zentrisches Einlaufrohr zentrisch in einen Ein­ laufkörper und aus diesem durch radiale Bohrungen unmittelbar in den Hohlraum vor der Kammerrückwand und tritt teils durch das Filtermittel und teils über eine Umlenkscheibe direkt durch eine wellennahe Öffnung der Kammervorderwand aus. Durch Aufgabe der Suspension über den hohlen Teil der Welle direkt in den Filterraum der Zentrifuge entstehen unbestimmte Strömungsverhältnisse und ein unregelmäßiger Kuchenaufbau. Außerdem gelangt soviel Feststoff auf das Filtermittel, daß seine Funktion frühzeitig gestört wird. Durch die verhältnis­ mäßig große Öffnung des ringscheibenförmigen Filtermittels erhält man dadurch einen Durchschlag im Filtrat, d. h. das Filtrat wird mit Feststoff verunreinigt.

Eine größere Anzahl von Bolzen an der Kammerrückwand hatten den Nachteil, daß sie während der Rotation wie die Stifte einer Mühle wirken und auf diese Weise die Suspension aufwirbelt. Das oder der Eintrag von Luft erschwert jedoch die Trennung. Auch treten durch viele Bolzen Störungen im Strömungsablauf auf.

Die Befestigung des Filtergewebes auf der ebenen Fläche des Filtermediums erschwert den Filtratabfluß. Eine definierte Restfeuchte des Filterkuchens ist nicht erzielbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge zur Abtrennung schwer filtrierbarer Feststoffteilchen aus einer Suspension bereitzustellen, die Feststoffe aus Suspensionen vollständiger abtrennt, so daß eine optisch klare Flüssigkeit entsteht.

Ein diese Aufgabe lösende Klär-Filter-Zentrifuge ist im Patent­ anspruch 1 und hinsichtlich seiner Ausgestaltungen in den weiteren Unteransprüchen angegeben.

Bei der Umlenkung der Suspension auf dem Verteilerkegel wird sie zu einem stabilen Film ausgebreitet, beschleunigt und der Axialströmung eine Rotations­ strömung überlagert. Die Suspension strömt dann radial als stabiler Film an der Kammerrückwand nach außen zum Flüssigkeitsspiegel. Hier wird sie axial in Richtung Filtermittel umgelenkt.

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

Die Anordnung eines überdeckten Einlaufverteilers vor dem Boden einer Zentrifuge ist bereits bei einer dreistufigen Schubzentri­ fuge (Siebzentrifuge) bekannt (DE-AS 10 89 687). Schubzentri­ fugen dienen zum Abschleudern von kristallinen Gütern mit Korn­ größen von mehr als etwa 60 µm bei hohen Durchsätzen. Dabei sollte die Zulaufkonzentration der Trübe nicht unter 40 Gew.-% sein. Oberhalb des axial oszillierenden Schubbodens mit der zweiten Stufe bildet sich eine turbulente, stark bewegte Ein­ laufzone, in der sich die Feststoffschicht zu bilden beginnt. Die Flüssigkeit läuft turbulent durch die Spaltsiebe ab. Eine Störung der Abscheidung wird durch die Turbulenz nicht bewirkt. Sie kann durch den Einlaufverteiler auch kaum beeinflußt wer­ den.

Die Zentrifuge soll anhand einer Zeichnung näher be­ schrieben werden.

Die einzige Figur zeigt den Trennraum der erfindungsgemäßen Zentrifuge, im oberen Teil im geschlossenen, unten in ge­ öffnetem 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 Kam­ merrückwand 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 einen Spannring und nach außen durch einen aufgesetzten Blendring begrenzt. Im geschlossenen Trenn­ raum drückt die Trommel 5 gegen diesen Blendring. 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 bei­ spielsweise 0,2 bis 10 Mikrometer, vorzugsweise 0,45 bis 5 Mikrometer. An der Welle 6 ist ein Verteiler­ kegel 2 angebracht, über welchen ein Einlauftrichter 12 angebracht ist. Ein feststehendes Einlaufrohr 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 ver­ hindert ein Abspritzen der Suspension. Auf dem Verteiler­ kegel 11 wird die Suspension beschleunigt und der ankom­ menden Axialströmung wird eine Rotationsströmung über­ lagert. 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 ist größer als die der Flüssigkeit, so daß die Flüssig­ keit über den Feststoff hinwegströmt und durch das Filter­ mittel 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 Flüssig­ keit die Höhe der Bolzenhülsen 3 erreicht hat. Dann wird die Suspensionszufuhr abgestellt, und es wird trockenge­ schleudert. Das bedeutet, daß die Flüssigkeit, die sich zu diesem Zeitpunkt noch im Trennraum befindet, durch das Filter abströmen kann. Zurück bleibt ein Feststoff­ kuchen 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 einge­ schaltet werden.

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

Claims (5)

1. Klär-Filter-Zentrifuge zum absatzweisen Trennen von Suspensionen mit geschlossenem Trommelmantel und einem senk­ recht zur Drehachse an einer scheibenförmigen Kammervorderwand vorgesehenen ringscheibenförmigen Filtermittel mit axialen Abflußöffnungen nach außen, bei der die zwischen Kammervorder- und -rückwand durch ein zentrisches Einlaufrohr zentrisch zugeführte Suspension radial an der Kammerrück­ wand zum Trommelmantel und nach erneuter Umlenkung axial in Richtung auf das Filtermittel gelenkt wird, gekennzeichnet durch einen von der Zentrifugenwelle (6) getragenen Übergabekegel (11), auf den die Suspension axial durch ein zentrisches Ein­ laufrohr (13) zuführbar und durch den sie auf die Kammerrück­ wand (4) übergebbar ist, um auf dieser nach außen zum Trommel­ mantel beschleunigt zu werden.

2. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergabekegel (11) mit Abstand mit einem Einlauf­ trichter (12) überstülpt ist, dessen freier Umlaufrand parallel zur Kammerrückwand (4) ausläuft.

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

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 µm aufweisen.