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Vorrichtung zum Behandeln von Feststoffen
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln, insbesondere
zum Klären und Klassieren von Feststoffen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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In der Technik sind Vorrichtungen zum Waschen von Feststoffen bekannt,
bei welchen die Feststoffe entgegen der Strömungsrichtung einer Waschflüssigkeit
gefördert, gewaschen und ausgeschieden werden. Diese im Gegenstromprinzip arbeitende
Vorrichtung ist in erster Linie auf einen verbesserten Waschprozeß ausgerichtet
und ist für einen Klärprozeß deswegen nicht von ausreichender Wirksamkeit, da die
zur Verfügung stehende Klärfläche relativ klein ist. Allein eine Vergrößerung der
Klärfläche könnte jedoch die Klärfunktion nicht entscheidend verbessern, da auch
die strömungsmechanischen Bedingungen und die physikalischen Besonderheiten des
Klärvorganges berücksichtigt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Behandeln
von Feststoffen der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei robustem Aufbau
in der Lage ist, mit unterschiedlichen Feststoffgehalten angereicherte Suspensionen
in gleicher Weise mit einem außerordentlich hohen Wirkungsgrad zu klären.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird in einen langgestreckten,
wannenförmigen Behälter eine mit Feststoffen angereicherte Suspension an einer Stirnseite
des Behälters
eingeleitet. Die mit der Suspension eingeführten
Feststoffteilchen setzen sich beim Durchlaufen des Behälters in Längsrichtung auf
dem Boden ab. Die geklärte Flüssigkeit wird an der anderen Stirnseite des Behälters
abgeleitet. Ein im Behälter angeordneter Förderer schiebt das aus abcjesetzten Feststoffen
gebildete Sediment quer zur Längsachse des Behälters entlang der Behälterinnenwand
nach oben in Richtung des seitlichen Begrenzungsbordes des Behälters, so daß es
von dort weiter abgeführt werden kann. Die Austragung des Sedimentes beruht somit
auf einem Kreuzstromprinzip, welches zum Vorteil hat, daß der Klärvorgang relativ
schnell ablaufen kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann kontinuierlich mit Feststoffen
angereicherte Suspension zugeführt werden und der Klärvorgang kann stetig ablaufen.
Durch das Ausschieben des Sedimentes in seitlicher Richtung wird die Strömung der
Suspension in axialer Richtung des Behälters deswegen kaum behindert, da die Drehgeschwindigkeit
des Förderers im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit der Suspension relativ
gering ist. Dieses Merkmal ist insofern von Bedeutung, da die Feststoffteilchen
beruhigt absetzen sollen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Klären und Klassieren von Feststoffen
nutzt auch die Möglichkeit der selbsttätigen Aufspaltung der Gesamtfraktion in einzelne
Fraktionen unterschiedlicher Körnung. In dem Behälterabschnitt, welcher der Zuleitungseinrichtung
benachbart ist, setzen sich nämlich die grobkörnigen Feststoffteilchen ab. Beim
weiteren
Durchströmen des wannenförmigen Behälters setzen sich sukzessive die mittelgroßen
und anschließend die feinen Partikel ab. Diese in Teilfraktionen unterschiedlicher
Korngröße aufgeteilten Feststoffe können unmittelbar unterschiedlichen Verwendungszwecken
zugeführt werden. Die geklärte Flüssigkeit oder abgereicherte Suspension wird am
Ende des Durchlaufs durch den Behälter über ein Wehr ausgespült und abgeleitet.
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Der Förderer, welcher das Sediment seitlich ausschiebt, ist vorzugsweise
als Walze mit in radialer Richtung abstehenden Flügeln ausgebildet, wobei die Walze
mit einem Antriebsmotor gekuppelt ist und gedreht wird. Um das Drehmoment an der
Fördererwelle nicht zu groß werden zu lassen, sind die Flügel nicht in einem Stück
über die gesamte Behälterlänge gezogen, sondern sie sind entsprechend der Aufteilung
des Behälters in axialer Richtung in n-Kammern, in n-Abschnitte unterteilt.
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Um den Transportvorgang über den gesamten Umfang von 3600 zu verteilen,
kann der Förderer mit 4 Flügeln ausgestattet sein, von denen jeweils einer einem
Förderabschnitt zugeordnet ist,und wobei jeder Flügel in Umfangsrichtung sukzessive
um 900 zum vorausgehenden Flügel versetzt ist. Diese Anordnung wird bei einem Behälter
mit 4 Kammern und 4 Förderabschnitten gewählt.
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Bei einem Behälter mit 3 Kammern sind die Flügel auf der Fördererwelle
entsprechend sukzessive um einen Winkel von 1200 versetzt angeordnet.
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Bei einem großen Anfall von Sediment können vorzugsweise an einem
Förderabschnitt mehrere Flügel über den Umfang verteilt vorgesehen sein.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen zwei benachbarten
Flügeln eines Förderabschnittes in radialer Richtung abstehende Leitbleche angeordnet,
die sich in etwa über Dreiviertel der Länge der Förderflügel erstrecken. Damit wird
eine Beruhigung der Strömung in dem Sinne erreicht, daß die Suspension in axialer
Richtung ungestört ablaufen kann und daß Querströmungen vermieden werden.
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Um das Sediment möglichst sicher und vollständig aus dem Behälter
auszutragen, sind die Flügel an ihrem radial äußeren Ende zu Mitnehmern ausgebildet.
In dem Ausführungsbeispiel, in dem der Förderer als Flügelwalze ausgebildet ist,
sind die Mitnehmer an dem der Behälterinnenwand benachbarten Abschnitt entgegen
der Drehrichtung nach hinten abgewinkelt. Dadurch kann ein großes Volumen an abgesetzten
Feststoffteilchen gefördert werden und es wird vermieden, daß Feststoffteilchen
in den darauf folgenden Austragungszyklus mitgenommen werden. Wenn der wannenförmige
Behälter sehr flach und niedrig gestaltet ist, kann es auch genügen, wenn die Mitnehmer
sich entsprechend den Flügeln in radialer Richtung zur Behälterinnenwand erstrecken.
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Wenn einzelne Mitnehmer nach langdauernder Betriebsbeanspruchung verschlissen
sind, können diese, da sie
an den Flügeln austauschbar befestigt
sind, leicht ausgewechselt werden.
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Im Regelfall wird der Klärvorgang so ablaufen, daß sich am Behältereingang
die größte Menge an Feststoffteilchen absetzt und daß am Behälter ausgang nur ein
geringerer Teil an Sediment anfällt. Deswegen sind die einzelnen Förderabschnitte
des Förderers vorzugsweise in Richtung der Ableitungseinrichtung mit einer abnehmenden
Anzahl von Flügeln und/oder Leitblechen ausgestattet.
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Das von den Flügeln in Richtung Behälterbord geschobene Sediment wird
vorzugsweise in etwa auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels über ein Wehr in einen
Schacht zum Ausführen des Sediments gefördert. Entsprechend den Kammern des Behälters
sind das Wehr und der Schacht in gleicher Weise unterteilt, so daß das ausgetragene
Sediment unmittelbar verschiedenen Weiterverarbeitungsanlagen zugeführt werden kann.
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Statt den Förderer als Flügelwalze auszubilden, kann es auch von Vorteil
sein, den Förderer als eine sich über die gesamte Länge erstreckende Welle mit wenigstens
einer daran angeordneten, in radialer Richtung abstehenden Förderleiste auszubilden.
Die Welle ist hierbei von einem Motor angetrieben, der eine Schwenkbewegung der
Welle mit Förderleiste um einen Winkel ermöglicht, der größer ist als der Winkel
entsprechend der Umfangserstreckung des wannenförmigen Behälters. Damit wird eine
weitere Möglichkeit angegeben, um das Sediment sicher aus dem Behälter herauszutragen.
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Ein dritter Weg zur Austragung des Sedimentes ergibt sich dadurch,
daß zwischen dem Förderer und dem Antriebsmotor alternativ oder zusätzlich ein Hubgetriebe
angeordnet ist, mit welchem der Förderer ohne zusätzlich eine Schwenkbewequng ausführen
zu müssen, entlang der Behälterinnenwand über die Breite des Behälters hin und her
bewegt werden kann.
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Für den Fall, daß auf eine Schwenkbewegung verzichtet und die Austragung
allein durch die Hubbewegung bewirkt wird, sind die beiden sich zwischen den Stirnseiten
erstreckenden Seitenwände des Behälters gegeneinander mit entgegengesetzter, flacher
Steigung derart geneigt, daß sie einen breiten, niedrigen V-Querschnitt bilden.
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Für die Fälle, daß die Austragung des Sedimentes durch eine reine
Schwenkbewegung, durch eine kombinierte Schwenk- und Hubbewegung oder durch eine
reine Hubbewegung bewirkt wird, sind jeweils an beiden Seitenwänden des Behälters
ein Wehr und ein Schacht zum Ausführen des Sediments angeordnet.
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Die zuletzt genannten Austragungsmöglichkeiten sind insofern von Vorteil,
als damit durch die in Art eines Scheibenwischers entgegengesetzten Bewegungen Querströmungen
weitgehend vermieden werden.
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Um das axiale Durchströmen der Suspension durch den Behälter möglichst
wirkungsvoll zu gestalten, sind jeweils die Trennwände zweier benachbarter Kammern
in ihrem mittleren Bereich mit einer Öffnung versehen. Dadurch wird einerseits das
Durchströmen der Suspension sichergestellt
und andererseits wird
am Behälterboden ein Hindernis aufgebaut, an welchem sich das Sediment anstaut.
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Entsprechend der anfallenden Menge des Sediments kann es von Vorteil
sein, wenn die Höhenerstreckung des zwischen dem Behälterboden und der Öffnung befindlichen
Trennwandabschnittes in Strömungsrichtung abnimmt. Diese Anordnung wird dann vorgesehen,
wenn das kontinuierlich anfallende Sediment in Richtung der Ableitungseinrichtung
weniger wird. In diesem Fall kann die Höhenerstreckung des dem Behälterboden benachbarten
Trennwandabschnittes gering gehalten werden, so daß der Strömungswiderstand für
die Suspension in axialer Richtung abnimmt.
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Aus strömungsmechanischen Gesichtspunkten kann es auch von Vorteil
sein, wenn der Zulauf für die Suspension über mehrere Zulaufrohre stattfindet. In
diesem Fall wird die zu klärende Flüssigkeit besonders gleichmäßig verteilt.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der mit
dem erfindungsgemäßen Förderer ausgestattete Behälter in Richtung seiner Längsachse
unter einem spitzen Winkel zur Horizontalen verstellbar ist. Die Verstellung kann
zum einen so erfolgen, daß der Behälter an der Seite, an welcher die Zuleitungseinrichtung
für die Suspension vorgesehen ist, auf einem höheren Niveau angeordnet wird, als
an der Seite, an welcher die Ableitungseinrichtung für die geklärte Flüssigkeit
vorgesehen ist. Der Behälter kann jedoch auch in der entgegengesetzten Richtung
gekippt werden. Diese zweite Art der Schrägstellung kann dann angezeigt sein, wenn
die Wirksamkeit der Klärung oder der Klassierung durch Ändern der Fließgeschwindigkeit
beeinflußt werden soll.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Behälter
wenigstens im Bodenbereich der letzten, von der Suspension durchströmten Kammer,
welche der Ableitungseinrichtung benachbart ist, ein trichterförmiges Ausführungsorgan
aufweist. Ein derartiges trichter-oder konusförmiges Ausführungsorgan wird dann
angebracht, wenn die zuletzt abgeschiedenen, feinsten Feststoffteilchen stark pastös
oder fließfähig sind, so daß sie mit den Flügeln des Förderers nicht mehr quer zur
Längsachse des Behälters entlang der Behälterinnenwand nach oben in Richtung des
seitlichen Begrenzungsbordes des Behälters abgeführt werden können. Mit der Anordnung
des trichterförmigen Ausführungsorganes wird die Möglichkeit geschaffen, das Sediment
in Form einer flüssigen Paste mit z.B. einer volumetrischen Pumpe nach unten aus
dem Behälter abzuziehen.
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In Abstimmung auf die Konsistenz des aus der Suspension abgeschiedenen
Sediments kann es auch angezeigt sein, mehrere, im Bodenbereich des Behälters im
Abstand zueinander angeordnete trichterförmige Ausführungsorgane vorzusehen.
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Jedem trichterförmigen Ausführungsorgan werden schräggestellte Flügel
zugeordnet, die das im Umgebungsbereich des Ausführungsorganes abgeschiedene Sediment
in den Trichter schieben. Die schräggestellten Flügel sind in vorteilhafter Weise
so ausgebildet, daß deren jeweils dem Ausführungsorgan zugewandter Abschnitt in
Drehrichtung der Walze hinter dem Flügelabschnitt angeordnet ist, welcher dem Ausführungsorgan
abgewandt ist.
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Als alternative Ausführungsform für die schräggestellten Flügel zur
Förderung des pastösen Sediments in das Ausführungsorgan können zwei in axialer
Richtung des Behälters einander gegenüberliegende Förderschnecken angeordnet sein,
welche von einer gemeinsamen Welle antreibbar sind und entgegengesetzte Schneckensteigunaen
aufweisen, so daß die abgeschiedenen Feststoffteilchen beidseitig gleichzeitig in
das trichterförmige Ausführungsorgan gefördert werden.
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Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben,
es zeigen: Figur 1 eine Vorderansicht der Klär- und Klassiervorrichtung teilweise
im Schnitt; Figur 2 eine Seitenansicht der Klär- und Klassiervorrichtung teilweise
im Schnitt mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Förderers; Figur 3 eine Seitenansicht
der Klär- und Klassiervorrichtung teilweise im Schnitt mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
eines Förderers; Figur 4 einen Teil-Vertikalschnitt durch einen Behälter mit einem
Feststoff-Ausführorgan im Bodenbereich sowie Figur 5 einen Vertikalschnitt durch
einen Behälter mit 3 Feststoff-Ausführorganen im Bodenbereich.
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Gemäß Fig. 1 wird einem wannenförmigen Behälter 1 seitlich an der
Stirnseite 3 über einen Rohrstutzen 5 eine Suspension zugeführt. Die Suspension
wird durch den wannenförmigen Behälter 1 geleitet und geklärt. An der zweiten Stirnseite
7 wird die geklärte Flüssigkeit nach Durchströmen eines Wehres über einen Rohrstutzen
9 abgeleitet.
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Im Behälter 1 ist der Förderer 11 angeordnet, durch welchen das am
Boden des Behälters abgesetzte Sediment entlang der Behälterinnenwand quer zur Längserstreckung
des Behälters 1 ausgetragen wird. Der Förderer 11 besteht aus einer Walze 13 und
daran befestigten Flügeln 15. Beiderseits des Behälters 1 ist der Förderer 11 in
Lagern 17, 19 drehbar gelagert. Die Walze 13 ist mit einem Antriebsmotor 21 gekuppelt.
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Der Förderer 11 ist entsprechend der Aufteilung des Behälters in 4
Kammern, in 4 Förderabschnitte unterteilt.
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In jedem Förderabschnitt ist nur ein Flügel 15 angeordnet, wobei die
Flügel zweier benachbarter Förderabschnitte in Umfangsrichtung um einen Winkel von
900 zueinander versetzt sind. Über die gesamte Behälterlänge gesehen ist somit über
den Kreisumfang von 3600 jeweils in einer Winkelstellung von 900 ein Flügel 15 angeordnet.
Damit wird das Drehmoment, welches vom Antriebsmotor 21 abgegeben
werden
muß, relativ niedrig gehalten. Die Höhe des im Behälter 1 anliegenden Flüssigkeitsspiegels
ist durch die mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnete Linie angegeben.
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Das am seitlichen Behälterbord abgegebene Sediment wird über einen
Schacht 25 ausgeführt.
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Die im Behälter 1 angeordneten Trennwände 27 weisen in ihrem mittleren
Bereich jeweils eine Öffnung auf, durch welche die Suspension ungehindert durchströmen
kann.
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Die Höhenerstreckung der am Behälterboden angeordneten Trennwandabschnitte
29 nimmt in Richtung des Ableitungsrohres 9 geringfügig ab.
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Über die gesamte Vorrichtung ist ein Deckel 31 gestülpt, der einen
Rohrstutzen 33 zur Entlüftung aufweist.
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In Fig. 2 ist ein Abschnitt des Rohrstutzens 5 gezeigt, durch welchen
die Suspension in den Behälter 1 eingeleitet wird. Insbesondere wird aus dieser
Figur ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Förderers 11 deutlich. Der Förderer
11 ist in diesem Ausführungsbeispiel im ersten Förderabschnitt mit drei Flügeln
15 sowie mit jeweils zwei zwischen zwei benachbarten Flügeln 15 angeordneten Leitblechen
35 ausgestattet. Die Leitbleche 35 erstrecken sich in radialer Richtung lediglich
über Dreiviertel der Längserstreckung der Flügel 15.
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An ihrem radial äußeren Ende sind die Flügel 15 zu Mitnehmern 37 für
das Sediment 39 ausgebildet. Aus dieser
Figur wird ersichtlich,
daß dadurch, daß die Mitnehmer 37 entgegen der Drehrichtung nach hinten abgewinkelt
sind, die Austragung des Sedimentes 39 sichergestellt ist und daß kein Sediment
in den nächsten Austragungszyklus mitgenommen wird. Das über den seitlichen Begrenzungsbord
des Behälters 1 hinausgeschobene Sediment wird durch den Schacht 25 abgeleitet.
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In Fig. 3 ist der Behälter 1 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel
für einen Förderer 11 ausgestattet.
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Bei dieser Ausführungsform besteht der Förderer aus einer sich über
die gesamte Behälterlänge erstreckenden Welle 41 und mit einer daran befestigten,
in radialer Richtung abstehenden Förderleiste 43. Die Welle 41 ist mit einem Antriebsmotor
(nicht dargestellt) gekuppelt.
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Für den Fall, daß das Sediment 39 durch eine reine Schwenkbewegung
des Förderers 11 ausgetragen werden soll, ist die Welle 41 um einen Winkel schwenkbar,
der größer ist als der Winkel entsprechend der Umfangserstreckung des Behälters
1. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß zwischen der Welle 41 und
dem Antriebsmotor ein Hubgetriebe angeordnet ist. Damit ist es möglich, daß der
Förderer 11 entlang der Behälterinnenwand über die Breite des Behälters 1 hin und
her bewegbar ist, wobei das Sediment 39 allein aufgrund der Hubbewegung ausgetragen
werden kann oder wobei das Ausschieben des Sedimentes 39 durch eine der Hubbewegung
überlagerte Schwenkbewegung vonstatten gehen kann.
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Entsprechend der gewählten Bewegungsart wird der Behälter 1 kreisbogenförmig,
ellipsenförmig,als breites, niedriges V oder in einem anderen, geeigneten Querschnitt
gestaltet.
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Der flache, niedrige V-Querschnitt des Behälters 1 wird dann gewählt,
wenn der Förderer 11 ausschließlich eine Hubbewegung ausführen soll.
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In dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jeweils zu beiden
Seiten des Behälters 1 ein Schacht 25 zum Ausführen für das Sediment vorgesehen.
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In Fig. 4 ist gezeigt, daß im Bodenbereich der Kammer 45 des Behälters
1 ein trichterförmiges Ausführorgan 47 angeordnet ist. In dem trichterförmigen Ausführorgan
47 befindet sich pastöser Feststoff 55 oder Schlamm, welcher durch die volumetrische
Pumpe 57 abgesaugt wird.
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Mit der Walze 13 sind die Flügel 49 verbunden, welche teilweise in
die Öffnung des Trichters 47 vorstehen.
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Der dem Trichter 47 zugewandte Abschnitt 51 der Flügel ist in Drehrichtung
der Flügel 49 hinter dem Abschnitt 53 angeordnet, welcher dem Ausführungsorgan 47
abgewandt ist. Dadurch wird es möglich, daß der auf dem Behälterboden abgesetzte
Feststoff dem Trichter 47 während des Umlaufes der Flügel 49 gleichmäßig zugeführt
wird. Die Anbringung des Ausführungsorganes 47 ist dann vorgesehen, wenn die in
der letzten Kammer 45 abgeschiedenen, feinsten Feststoffteilchen wegen ihrer pastösen
Konsistenz nicht mehr vollständig über die Behälterwandung quer zur Längsachse des
Behälters nach oben gefördert werden können. Aus der Kammer 46, welcher der Kammer
45 vorgelagert ist, werden die abgesetzten Feststoffteilchen mit einem durchgehenden
Flügel 15 quer zur Strömungsrichtung
über die Behälterwandung
ausgeführt.
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In Fig.5 ist der schematisch dargestellte Behälter 1 mit drei in axialer
Richtung im Abstand zueinander angeordneten Ausführorganen 47 ausgestattet. Zwei
benachbarte Flügel 49 von zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Ausführorganen
47 sind so angeordnet, daß sie eine Art Keil bilden. Das zwischen zwei in axialer
Richtung aufeinanderfolgenden Ausführorganen 47 abgesetzte Sediment wird durch diese
keilförmige Anordnung der zwei unmittelbar benachbarten Flügel 49 jedem Ausführorgan
47 zu gleichen Teilen zugeführt.