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Patentansprüche 1. Vollmantel-Schenckenzentrifuge von zylindrischer
Bauart mit axial angeordneter Suspensionszuführleitung und Entnahmeöffnungen für
die getrennten Phasen, gekennzeichnet ddurch, daß eine an sich bekannte Trennscheibe
(5) in Förderrichtung gesehen hinter der Schnecke (2) angeordnet ist, Klarphasenkanäle
(12) und ein Sedimentkanal (10) mit Abstand zueinander radial zur Zentrifugentrommelachse
führend angeordnet sind und in eine axial angeordnete Kl arphasenaustragsleitung
(13) bzw. in eine koaxial zur Klarphasenaustragsleitung (13) angeordneten Sedimentaustragsleitung
(11) münden, die beide aus der Zentrifugentrommel (1) herausführen und daß in einem
außerhalb der Zentrifugentrommel (1) liegenden Bereich der Klarphasenaustragsleitung
(13) ein Mengenregelorgan (14) angeordnet ist.
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2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,
daß die radialen Klarphasenkanäle (12) in einem Abstand, der 10 bis 20 % der Länge
des Trennraumes (8) beträgt, vor der Trennscheibe 5 angeordnet sind.
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3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet
dadurch, daß in einem außerhalb der Zentrifugentrommel (1) liegenden Bereich der
Sedimentaustragsleitung (11) eine Meßzelle (15) zur Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes
angeordnet ist, die über eine Impulsleitung mit dem Mengenregelorgan (14) in der
Klarphasenaustragslei tung (13) verbunden ist.
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Vollmantel-Schneckenzentrifuge Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge
dient zur kontinuierlichen Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen und Flüssigkeitsgemischen
von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichten. Die Abtrennung von Biomassen ist ein
Hauptproblem, welches mit der Erfindung einer Lösung zugeführt werden soll. Die
Vollmantel-Schneckenzentrifuge findet deshalb auch hauptsächlich Einsatz in Fermentationsanlagen,
Abwasseraufbereitungsanlagen und Gül leaufberei tungsanl agen.
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Die Fest-Flüssig-Trennung mittels Zentrifugen ist ein technisch durchgearbeitetes
Fachgebiet. Die verstärkte Erschließung der Mikrobiologie für die Abwasser- und
Gülleaufbereitung stellt erhöhte Anforderungen an die mechanischen Trennmaschinen,
weil die Biomasse aus mehreren Gründen schwer vom Wasser abzutrennen ist.
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Die besten Ergebnisse wurden mit Schneckenzentrifugen in zylindrisch
konischer Bauart erreicht, wobei sogenannte Langrohrdekanter in Gleich- und Gegenstromausführung
zum Einsatz kommen. Aber auch diese Maschinen sind nur beschränkt einsetzbar. Abscheidegrad
und Fugatreinheit sind unbefriedigend, so daß keine geeigneten Technologien mit
Dekantern erarbeitet werden können. Aus der DE OS 2 229 139 ist eine Vollmantel-Zentrifuge
in konischer Bauart
bekannt, die im Inneren stationäre Strömungsleitelemente
aufweist. Die Zentrifuge arbeitet im Gleichstrom, wobei der Innenraum völlig mit
Suspension gefüllt ist Die Flüsigkeit wird axial aus der Zentrifuge entfernt. Der
am Zentrifugenmantel abgeschiedene Feststoff soll durch die konische Gestaltung
zum größten Durchmesser der Zentrifuge transportiert werden. Die Auslaßöffnung wird
durch einen bewegbaren Innendeckel verschlossen oder freigegeben, wobei die Steuerung
durch einen auf der Feststoffschicht vorhandenen Dickenmeßfühler ausgelöst wird.
Der Feststoff wird nach der Auslaßöffnung abgeschleudert.
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Der Feststofftransport in der Zentrifuge und die mechanische Erfassung
der Feststoffhöhe sowie die davon abhängi ge Bewegung des Innen deckels sind so
störanfällig, daß es nur wenige Suspensionen geben wird, wo die Funktionsfähigkeit
dieser Zentrifuge gegeben ist. Das Abschleudern des Feststoffes verursacht größere
Energieverluste. Der Herstellungs-, Montage- und Instandhaltungsaufwand ist relativ
hoch.
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Aus der DE-OS 30 05 885 ist eine zylinderförmige Vollman telschneckenzentrifuge
bekannt geworden. Diese Zentrifuge arbeitet nach dem Gegenstromprinzip. Feststoff
und Flüssigkeit werden auf entgegengesetzten Seiten aus der Zentrifuge gentrommel
ausgetragen. Der Trenneffekt soll durch im Durchmesser verstellbare Düsen für den
Feststoffaustrag verbessert werden. Das Abschleudern von Flüssigkeit und Feststoff
verursacht größere Energieverluste. Die Vermischungen an der Aufgabestelle der Suspension
verhindern hohe Abscheidegrade. Der Austrag der Feststoffe über Öffnungen bzw. Düsen
im Trommelmantel ist sehr störanfällig.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit
geringem Herstellungs-, 290ntage- und Instandhaltungsaufwand zu schaffen, die energetisch
günstig zu betreiben ist.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge
zu entwickeln, die hohe Abscheidegrade und gute Trennleistungen durch Neugestaltung
der Trennung und der Ableitung von Klarphase und Sediment sowie der Füllstandsregelung
gewährleistet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge
von zylindrischer Bauart mit axial angeordneter Suspensionszuführleitung und einer
Trennscheibe hinter der Schnecke sowie Kanälen für die Ableitung des Sedimentes
und der Klarphase entwickelt wurden, die beidseitig der Trennscheibe Abführkanäle,
die radial zur Zentrifugenachse führend und weiter koaxial zur Zentrifugenachse
aus der Zentrifuge herausführend angeordnet sind. In der Klarphasenaustragsleitung
ist ein Mengenregelorgan angeordnet. Dieses Mengenregelorgan, z.B. ein Ventil, bekommt
von einem in der Feststoffaustragsleitung installierten qualitativen Meßgerät, z.B.
ein Viskosimeter oder Ultraschallmeßgerät, den Impuls für den Regelvorgang. Die
erfindungsgemäße Vollmantel-Schneckenzentrifuge ist vollständig mit der zu trennenden
Suspension gefüllt.
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Sie wird bei einem Druck von 0,4 bis 0,6 MPa betrieben.
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Die Suspensionszuführung erfolgt schonend ohne große Verwirbelungen
über den Suspensionseintrittskanal. Der erhöhte Druck und die mit einer Differenzdrehzahl
von 1 bis 10 U/min rotierende Schnecke sind für den Transport der feststoffarmen
und feststoffreichen Phasen ausgelegt. Mit der vollständigen Füllung der Zentrifugentrommel
ist die Voraussetzung zur Anwendung höherer Drehzahlen gegeben.
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Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge wird mit Drehzahlen, die ein Beschleunigungsfeld
von 2000 bis 4000 g entstehen lassen, betrieben. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge
kann
in Gleichstrom- und Gegenstromausführung erfindungsgemäß ausgestaltet werden. Die
schonend eingeführte Suspension wird unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in Sediment
und Klarphase getrennt und jede Phase von der Aufgabenstelle zum Austrag transportiert.
Über die Länge dieses Transportweges erfolgt eine gute Sedimentation der Feststoffe,
an der Wand der Zentrifugentrommel. Die Trennscheibe, die am Ende der Schnecke angeordnet
ist, weist einen Ringspalt zur Wand der Zentrifugentrommel aus, die nur die feststoffreiche
Phase durchläßt. Der Ringspalt ist entsprechend dimensioniert.
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Das Sediment wird durch den über das Mengenregelorgan ei*-gestellten
Differenzdruck durch den Ringspalt in der Trennscheibe gedrückt, durchläuft den
radialen, von der Trennscheibe und von der Stirnwand der Zentrifugentrommel begrenzten
Sedimentkanal und wird über die koaxial zur Klarphasenaustragsleitung angeordneten
Sedimentaustragsleitung ausgetragen.
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Die Klarphase kann diesen Weg über den Ringspalt nicht nelmen, weil
der Ringspalt von dem Sediment überdeckt wird.
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Die Klarphase wird deshalb über radiale Klarphasenkanäle in der Schnecke
zur Zentrifugenachse abgeleitet. Diese Klarphasenkanäle sind vor der Trennscheibe,
10 bis 20 % der Trennraumlänge von der Trennscheibe entfernt, angeordnet.
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Die Klarphase wird über die in der Zentrifugenachse angeordneten Klarphasenaustragsleitung
aus der Zentrifuge abge leitet.
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Durch die erfindungsgemäße Führung der zwei voneinander getrennten
Phasen wird ein energieeinsparender Austrag erzielt. Die nachteilige Schaumbildung
wird hierdurch vollständig vermieden.
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In der Sedimentaustragsleitung außerhalb der Zentrifuge ist eine Meßzelle,
z.B. ein Viskosimeter oder ein Ultraschallmeßgerät, installiert. Dieses Meßgerät
ermittelt den Trockensubstanzgehalt im Sediment und gibt einen dem Trok kensubstanzgehalt
adäquaten Impuls an das in der Klarphasenaustragsleitung, ebenfalls außerhalb der
Zentrifuge an
geordnete Mengenregelorgan, z.B. ein Regelventil.
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Über dieses Mengenregelorgan werden primär die Mengen an Klarphase
und Sediment eingestellt und sekundär die Qualität dieser Stoffe über den Trockensubstanzgehalt
eingestellt.
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Die Trennung der Suspension wird mit dieser funktionsfähigen, einfachen
Regelung vollständig beherrscht.
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Die erfindungsgemäße Vollmantel-Schneckenzentrifuge arbeitet bei einem
guten energetischen Wirkungsgrad. Die bei der Suspensionszuführung in die Zentrifuge
erforderlichen Beschleunigungsenergien werden durch die erfindungsgemäße Entnahme
der getrennten Phasen über die axial angeordnete Klarphasenaustragsleitung und die
zu ihr ~koaxial angeordneten Sedimentaustragsleitung bei der Verzögerung der Massen
wieder zurückgewonnen. Die dabei auftretenden Kräfte werden innerhalb der Schnecke
durch die radialen Kanäle übertragen.
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Gegenüber teilgefüllten Zentrifugen, in denen die getrennten Produkte
über Wehrscheiben u.. abgeschleudert oder mit Hilfe von Schäleinrichtungen ausgetragen
werden, wird eine Energieeinsparung von 25 bis 50 % und eine völlige Schaumfreiheit
erreicht.
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Der Abscheidegrad und der Feststoffgehalt der Klarphase sind mit der
erfindungsgemäßen Vollmantel-Schneckenzentrifuge gut zu beeinflussen und werden
so eingestellt, daß das Sediment einfach zu transportieren und einem bestimmten
Verwendungszweck zugeführt werden kann. Die Klarphase weist einen geringen Trockensubstanzgehalt
auf, der ein direktes Einleiten in den Vorfluter oder in eine biologische Reinigungsstufe
zuläßt, oder die Verwendung als Prozeßwasser ermöglicht.
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Durch die vollständige Füllung des Trennraumes mit der Suspension
kann mit höherer Drehzahl gefahren werden und dadurch die Trennleistung der Vollmantel-Schneckenzentrifuge
verbessert werden. Auf Grund der zylindrischen Bauform und der einfachen Regelung
der Ableitung beider getrennter Phasen ist der Herstellungs-, Montage- und Instandhaltungs-
aufwand
der erfindungsgemäßen Vollmantel-Schneckenzentrifuge gering.
Ausführungsbeispiel
Aus
einer Fermentation werden 30 m3/h Suspension dem Prozeß entzogen und über eine Voreindickungsstufe
mit Hilfe eines Separators auf 7 % Trockensubstanzgehalt aufkonzentriert, was bei
einem Zulauf von 2 % Trockensubstanzgehalt einer Menge von ca. 6 m3/h Bioschlamm
entspricht.
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Ein Teilstrom von etwa 3 m3/h wird zur Verhinderung einer unzulässigen
Reduzierung der Anzahl der Mikroorganismen in den Fermentationsprozeß zurückgeführt.
Die verbleibende Bioschlamm-Überschußmenge von ebenfalls 3 m3/h wird der Vollmantel-Schneckenzentrifuge
zugeführt.
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Die Trennung der Suspension erfolgt in einem Beschleunigungsfeld von
4000 g. Da die Fördergeschwindigkeit der Schnecke etwa der Fließgeschwindigkeit
der Suspension entsprechen soll, beträgt die Verweilzeit etwa 240 Sekunden und die
Fördergeschwindigkeit der Schnecke 0,8 cm/s.
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Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge besteht aus einer zylindrisch gestalteten
Zentrifugentrommel 1 und einer darin angeordneten randgängigen Schnecke 2. Die Zentrifugentrommel
1 wird über den Zentrifugen trommel antrieb 3 und die Schnecke 2 über den Schneckenantrieb
4 angetrieben.
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Die Drehzahlen der Zentrifugentrommel 1 und der Schnecke 2 unterscheiden
sich durch die vorgegebene Differenzdrehzahl von 2 U/min, wodurch ein Fördereffekt
in Richtung zur Trennscheibe 5 entsteht.
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Die Suspension (Bioschlamm) wird unter einem Fülldruck von 0,5 MPa
über die axial angeordnete Suspensionszuführleitung 6 der Zentrifugentrommel 1 zugeführt,
wobei der Zulauf über einen radial ari!jc~cir Suspensioi#seiii Lri ttskanal 7 in
den Trennraum 8 schonend erFolgt.
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15 % der Länge des Trennraumes 8 von der Trennscheibe 5 entfernt weist
die Schnecke radiale Kanäle, die Klarphasenkanäle 12, auf.
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In der Achse der Schnecke 2 vereinigen sich die I<larphasenkanäle
12 zur Klarphasenaustragsleitung 13. Über diese Klarphasenaustragsleitung 13 gelangt
die leichtere Phase aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge heraus. Außerhalb der
Vollmantel-Schneckenzentrifuge befindet sich in der Klarphasenaustragsleitung 13
das Mengenregelorgan 14. l)ie Trennscheibe 5, die mit der Zentrifugentrommel 1 einen
Ringspalt 9 bildet, ist als Stirnfläche der Schnecke 2 angeordnet.
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Hinter der Trennscheibe 5 und diese als Wand nutzend führt ein Sedimentkanal
10 radial vom Ringspalt 9 zu einer koaxial zur Klarphasenaustragsleitung 13 angeordneten
Sedimentaustragsleitung 11. Diese Sedimentaustragsleitung 11 führt aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge
heraus.
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Außerhalb der Zentrifuge ist in der Sedimentaustragsleitung 11 die
Meßzelle 15, ein Viskosimeter, angeordnet.
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Der in den Trennraum 8 eingeführte Bioschlamm wird sofort in Sediment
und Klarphase getrennt und durch die Fließgeschwindigkeit und die Differenzdrehzahl
von 2 U/min zur Trennscheibe 5 hin gefördert. Der Trennraum 8 ist vollständig mit
Bioschlamm gefüllt. Das Sediment staut sich vor der Trennscheibe 5 und bedeckt den
Ringspalt 9. Da der Trennraum 8 unter Druck von 0,5 MPa steht, wird das Sediment
durch den Ringspalt 9 in den radialen Sedimentkanal 10 gedrückt und weiter durch
die Sedimentaustragsleitung 11, wo in der Meßzelle 15 (Viskosimeter) der Trockensubstanzgehalt
periodisch bestimmt wird, endgültig aus der Zentrifuge entfernt.
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Die Klarphase, die zum Ringspalt 9 keinen Zugang findet, wird über
die radialen Klarphasenkanäle 12 und die sich axial anschließende Kl arphasenaustragsl
ei tung 13 aus der Zentrifuge abgeleitet. Die abzuleitende Menge wird über das Mengenregelorgan
14, ein Ventil, eingestellt.
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Dieses Mengenregelorgan 14 erhält von der Meßzelle 15 periodisch Impulse,
die dem gemessenen Trockensubstanzgehalt des Sedimentes adäquat sind. Mittels dieser
Schaltung
wird primär das Mengenvcrhältnis zwischen Sediment und
Klarphase und indirekt der die Qualität bestimmende Trokkensubstanzgehalt beider
Phasen geregelt.
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Das Sediment weist einen Trockensubstanzgehalt von 11 15 Gew.-% auf.
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Der Trockensubstanzgehalt der Klarphase beträgt 1 Gew.-%.
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Au-fstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Zentrifugentrommel 2
Schnecke 3 Zentrifugentrommelantrieb 4 Schneckenantrieb 5 Trennscheibe 6 Suspensionszuführleitung
7 Suspensionseintrittskanal 8 Trennraum 9 Ringspalt 10 Sedimentkanal 11 Sedimentaustragsleitung
12 Klarphasenkanäle 13 Klarphasenaustragsleitung 14 Mengenregelorgan 15 Meßzelle
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