DE3626317A1 - Vorrichtung zum trennen von suspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 26 03 610 bekannt.

Aus der DE-OS 26 03 610 ist eine Zentrifugentrommel bekannt, bei welcher zusätzlich zum Mantelfiltrat ein Seitenfiltrat durch seitlich am Trommelboden angeordnete Filtermittel in eine Ringkammer fließt. Die seitlich neben dem Trommelboden angeordnete Ringkammer wird durcheinachsparallel zur Trommelachse schwenkbar gelagertes Schälrohr entleert.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das während der Befüllung der Zentrifugentrommel in die Ringkammer gelangende Seitenfiltrat Feststoffe enthält, und zwar auch dann, wenn das Schälrohr während der Befüllung aus der Ringkammer ausgeschwenkt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht dem­ gegenüber darin, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art die Seitenfiltration zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ nspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht von der überlegung aus, daß die Seitenfiltration solange unterbunden werden muß, bis sich der Filterkuchen durch Sedimentation auch feinstkörniger Feststoffpartikel gebildet hat. Dementsprechend wird während der Befüllung das Ein­ treten von Seitenfiltrat indie Ringkammer durch ge­ eignete Absperrmittel vollständig verhindert. Nach erfolgtem Befüllen wird das Schälrohr zur Ab­ führung des Seitenfiltrates erst dann in die Ring­ kammer eingeschwenkt, wenn die Sedimentation der Feinstpartikel praktisch vollständig abgeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die untere Hälfte eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Zentrifugentrommel, wobei zur Ver­ einfachung die zweite Ringkammer für das Mantelfiltrat weggelassen ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ein Detail der Ringkammer für das Seitenfiltrat, das in Fig. 2 mit einem strichpunktierten Kreis IV markiert ist;

Fig. 5 und 7 Detailschnitte durch Ausführungsformen für Filtermittel für das Seitenfiltrat, und

Fig. 6 und 8 Draufsichten auf die Filtermittel gemäß Fig. 5 bzw. 7.

Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Zentrifugentrommel ist mit ihrer Welle 11 um eine horizontale Achse 12 drehbar gelagert. Am Trommelmantel 13 sowie am Trommel­ boden 14 sind Filtermittel 15 bzw. 17 so angebracht, daß zwischen Trommelboden 14 und Filtermittel 17 ein Sammelraum 16 sowie zwischen Trommelmantel 13 und Filtermittel 15 ein Sammelraum 18 vorhanden ist.

An der dem Trommelboden 14 gegenüberliegenden Stirn­ seite weist die Zentrifugentrommel 10 eine Öffnung 28 auf, welche zur Befüllung mit Suspension vor dem Beginn der Filtration sowie zum Austragen der von den Filtermitteln 15, 17 zurückgehaltenen Feststoffe nach erfolgter Filtration dient. In Fig. 1 ist der Zustand bei Beginn der Filtration dargestellt: Die aus Filtrat­ flüssigkeit 20 und Feststoffen 21 bestehende Suspension wird fast bis zur Höhe B (Fig. 2) des Bordrandes 19 zwischen Trommelmantel 13 und Trommelöffnung 28 einge­ füllt, wobei die Zentrifugentrommel 10 mit hoher Dreh­ zahl um die Achse 12 rotiert wird. Bei der dann ein­ setzenden Hauptfiltration fließt die Filtratflüssig­ keit 20 im wesentlichen durch das seitliche Filter­ mittel 17 in den dahinter befindlichen Sammelraum 16. Ein weiterer Teil der Filtratflüssigkeit 20 tritt durch die als Filterkuchen bezeichnete Schicht aus Feststoffen 21 hindurch und fließt durch das mantelseitige Filtermittel 15 in den darunter befind­ lichen Sammelraum 18. Da sich auf dem Filterkuchen sehr rasch feinkörniges Sediment aus der darüber be­ findlichen Filtratflüssigkeit 20 abscheiden kann, wird der Weg der Filtratflüssigkeit 20 durch den Filterkuchen hindurch u.U. zusätzlich erschwert.

Aus Vorstehendem erkennt man, daß praktisch nur der mit Filtratflüssigkeit 20 in Berührung stehende Teil des seitlichen Filtermittels 17 bei dem Hauptschleuder­ vorgang wirksam ist. Andererseits besteht die Gefahr, daß die noch mit Sediment behaftete Filtratflüssigkeit 20 bereits während der Befüllung der Trommel 10 durch die seitlichen Filtermittel 16 hindurchläuft, so daß sich sedimentiertes Seitenfiltrat in dem Sammelraum 16 befinden würde. Aus diesem Grund hat man bisher davon abgesehen, die seitlichen Filtermittel 17 außerhalb des Filterkuchens zu positionieren. Eine solche, in Fig. 1 vorgesehene Positionierung der seitlichen Filtermittel 17 wird dadurch ermöglicht, daß der Sammelraum 16 in noch näher zu erläuternder Weise während der Be­ füllung der Trommel 10 mit Surspension absperrbar ist. Damit läßt sich die radial äußere Kante des seitlichen Filtermittels 17 in einem radialen Abstand zum mantel­ seitigen Filtermittel 15 positionieren. Dieser in Fig. 2 mit "H" bezeichnete radiale Abstand liegt im Bereich von etwa 20% bis etwa 60% der Höhe B des Bordrandes 19.

Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, befinden sich seitlich neben dem Trommelboden 14 eine Ringkammer 22 für Seitenfiltrat und eine Ringkammer 24 für Mantel­ filtrat. In Fig. 2 ist die Ringkammer 24 zur Verein­ fachung weggelassen. Die Ringkammer 22 ist dabei näher am Trommelboden 14 angeordnet als die Ringkammer 24, derart, daß sich der Boden der Ringkammer 22 radial innerhalb des Bodens der Ringkammer 24 befindet. Unter "radial" wird vorliegend stets der Bezug zur Rotations­ achse 12 der Trommel 10 verstanden.

Im Bereich ihres Bodens ist die Ringkammer 22 über eine Bohrung 23 in dem Trommelboden 14 mit dem Sammel­ raum 16 verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, ist innerhalb der Bohrung 23 ein aus Ventilkugel 29 und Ventilsitz 30 bestehendes Ventil zum Absperren des Sammelraums 16 während der Befüllung der Trommel 10 mit Suspension angeordnet. Das Ventil 29/30 ist hydrostatisch in der Weise steuerbar, daß in die Ringkammer 22 Flüssigkeit eingefüllt wird, wobei der Spiegel dieser Sperr­ flüssigkeit über der radial inneren Kante des seit­ lichen Filtermittels 16 liegt, so daß der hydrostatische Druck der Sperrflüssigkeit gegen das Filtermittel 17 größer ist als der hydrostatische Druck der Suspension. Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, sind zwischen Ringkammer 22 und Sammelraum 16 weitere Bohrungen 34 vorhanden, durch welche die nachfolgend noch näher er­ läuterte Spülflüssigkeit von der Ringkammer 22 gegen das Filtermittel 17 fließen kann. Wesentlich ist, daß die Bohrungen 34, wie in Fig. 4 gezeigt, an radial weniger tiefen Stellen in die Ringkammer 22 einmünden als die mit dem Ventil 29/30 versehene Bohrung 23, welche an der radial tiefsten Stelle der Ringkammer 22 mündet.

Zum Entleeren der Ringkammer dient ein Schälrohr 26, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 der Trommel 10 schwenkbar gelagert ist und mit seinemvorderen Mund­ stück 26 a in die Ringkammer 22 eingeschwenkt oder aus der Ringkammer 22 herausgeschwenkt werden kann. Über das Schälrohr 26 läßt sich auch Flüssigkeit in die Ringkammer 22 eintragen; besser ist es jedoch, wenn hierfür ein gesondertes Rohr 29 (Fig. 2) vorgesehen wird, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 ge­ führt ist und mit seinem abgekröpften Ausgußende in die Ringkammer 22 hineinragt. Über das Rohr 29 läßt sich außer der schon erwähnten Sperrflüssigkeit auch Spül­ flüssigkeit in die Ringkammer 22 und von dort durch die Bohrungen 23 bzw. 34 gegen das Filtermittel 17 einbringen, um nach Abschluß des Filtrationsvorganges, wenn der Filterkuchen von den Filtermitteln 15, 17 ent­ fernt ist, das Filtermittel 17 rückzuspülen.

Die Ringkammer 24 für das Mantelfiltrat ist über eine Bohrung 25 a im Trommelmantel 13 oder, wie durch den gestrichelten Verlauf angedeutet ist, durch eine Bohrung 25 b im Trommelboden 14 mit dem Sammelraum 18 hinter Sammelraum 16 vorhanden sind, durch welche die oberste, praktisch sedimentfreie Schicht der Filtratflüssigkeit 20 (Fig. 1) über das Filtermittel 17 in die Ringkammer 22 fließen kann. Wesentlich ist, daß diese zusätzlichen Bohrungen 34, wie in Fig. 4 gezeigt, an radial weniger tiefen Stellen in die Ringkammer 22 einmünden als die mit dem Ventil 29/30 versehene Bohrung 23, welche an der radial tiefsten Stelle der Ringkammer 22 mündet.

Zum Entleeren der Ringkammer dient ein Schälrohr 26, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 der Trommel 10 schwenkbar gelagert ist und mit seinem vorderen Mund­ stück 26 a in die Ringkammer 22 eingeschwenkt oder aus der Ringkammer 22 herausgeschwenkt werden kann. Über das Schälrohr 26 läßt sich auch Flüssigkeit in die Ringkammer 22 eintragen; besser ist es jedoch, wenn hierfür ein gesondertes Rohr 25 (Fig. 2) vorgesehen wird, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 ge­ führt ist und mit seinem abgekröpften Ausgußende in die Ringkammer 22 hineinragt. Über das Rohr 25 läßt sich außer der schon erwähnten Sperrflüssigkeit auch Spül­ flüssigkeit in die Ringkammer 22 und von dort durch die geöffnete Bohrung 23 gegen das Filtermittel 17 einbringen, um nach Abschluß des Filtrationsvorganges, wenn der Filterkuchen von den Filtermitteln 15, 17 ent­ fernt ist, das Filtermittel 17 rückzuspülen.

Die Ringkammer 24 für das Mantelfiltrat ist über eine Bohrung 25 a im Trommelmantel 13 oder, wie durch den gestrichelten Verlauf angedeutet ist, durch eine Bohrung 25 b im Trommelboden 14 mit dem Sammelraum 18 hinter (in wesentlich geringerem Umfang als das Seitenfiltrat) über das Filtermittel 15 abgetrennt worden ist. Die beim Trockenschleudern abfließende Filtratflüssigkeit gelangt im wesentlichen als Mantelfiltrat in die Ring­ kammer 24. Zum Entleeren der Ringkammer 24 und zur Steuerung des für den Syphoneffekt wesentlichen Flüssig­ keitsspiegels in der Ringkammer 24 ist achsparallel zur Rotationsachse 12 ein weiteren Schälrohr 27 schwenkbar gelagert, welches mit seinem Mündstück 27 a in die Ringkammer 24 hineingeschwenkt oder aus der Ring­ kammer 24 herausgeschwenkt werden kann. In gleicher Weise wie für die Ringkammer 22 kann über das Schälrohr 27eine Spülflüssigkeit in die Ringkammer 24 nach Ab­ schluß der Filtration eingebracht werden, um das mantel­ seitige Filtermittel 15 rückzuspülen.

Die in Fig. 1 dargestellte bauliche Vereinigung zweier Ringkammern 22, 24 gestattet somit eine optimale Gestal­ tung der Filtration mit minimalen Zeiten für die Haupt­ filtration (Abzug der Flüssigkeit 20) und den Trocken­ schleudervorgang. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel gegenüber Zentrifugentrommeln nach dem Stand der Technik die Hauptfiltrationsdauer von etwa 7 500 s auf 250 s ver­ kürzen läßt, wenn der Filterkuchen einen großen Widerstand hat.

Die für die Seitenfiltration vorgesehenen Filtermittel 17 sind, wie die Fig. 3 bis 6 zeigen, vorzugsweise als Ronden ausgebildet, welche im Falle von Fig. 3 in gleichmäßiger Verteilung kreisförmig auf dem Trommel­ boden 14 angeordnet sind. Jede Ronde besteht, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, aus einem Trag­ rahmen 31, welcher radförmig mit einer zentralen Nabe 31 a ausgebildet ist. Durch die Nabe 31 a ist eine Schraube 33 hindurchgeführt, welche in eine Gewinde­ bohrung 14 a des Trommelbodens 14 eingeschraubt ist. Der Tragrahmen 31 ist über einen eingelegten Dicht­ ring 35 an seinem Umfangsbereich gegen den Trommel­ boden 14 abgedichtet. Die Rahmenkonstruktion des Trangrahmens 31 läßt vier Segmentfenster entstehen, in welchen das Filtermittel 17 entsprechend segment­ förmig angesetzt ist. Dabei ist zwischen jedem Filter­ segment und der Oberfläche des Trommelbodens 14 ein gewelltes Stützgitter 32 angebracht, wodurch die Auf­ blähung des Filtermittels 17 beim Rückspülen in Grenzen gehalten wird und gleichzeitig ein ungehinderter Ab­ fluß des Seitenfiltrats in die Ringkammer 22 gewähr­ leistet wird.

Eine weitere Ausbildung des Filtermittels 17 ist in den Fig. 7 und 8 veranschaulicht. Auch hier ist ein aus gieß- oder spritzbarem Kunststoff gefertigter Tragrahmen 31 vorgesehen, welcher segmentartige Ausspa­ rungen unterschiedlicher Form aufweist, in denen in gleicher Weise wie bei den Ronden gemäß Fig. 5 und 6 die Filtermittel 17 eingesetzt sind, die sich wiederum auf Stützgittern 32 abstützen. Zur Befestigung der auf einer Ringzone aneinandergrenzend angeordneten Tragrahmen 31 ist in dem Trommelboden 14 eine Ring­ nut 14 b ausgebildet, in welche die Tragrahmen 31 bündig zur Oberfläche des Trommelbodens 14 eingesetzt sind. Ferner sind Befestigungsschrauben 33 vorgesehen, welche jeden Tragrahmen 31 an zwei verbreiterten Stellen durchsetzen und in zugeordnete Bohrungen des Trommel­ bodens 14 eingeschraubt sind. Die Abdichtung der Tragrahmen 31 erfolgt mittels Dichtwülste 35 a, welche zwischen den Stirnflächen des Tragrahmens 31 und den Flanken der Nut 14 b eingelegt sind. Auf solche Dichtwülste kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die Tragrahmen 31 aus einem Material hoher Elastizität hergestellt sind.

Für die Bemessung der Filtermittel 17 in den Segmenten des Tragrahmens 31 gilt die Faustregel, daß die Gesamtfläche der Filtermittel 17 relativ zur Gesamt­ fläche des Trommelmantels 13 im Bereich zwischen etwa 1:20 und etwa 1:60 liegt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen, mit einer Zentrifugentrommel, welche an iher Mantel­ fläche und zumindest einem Bereich ihrer Seiten­ fläche mit Filtermitteln versehen ist, durch welche ein Mantelfiltrat bzw. ein Seitenfiltrat hindurchfließen kann, wobei zumindest das Seiten­ filtrat aus einer seitlichen Ringkammer der Zentrifugentrommel abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ringkammer (22) und einem zwischen Trommelboden (14) und seitlichem Filtermittel (17) befindlichen Sammelraum (16) eine hydrostatisch betätigbare Vorrichtung (29, 30) zum Absperren des Seiten­ filtrates während der Befüllung der Zentrifugen­ trommel (10) mit Suspension vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Absperrvorrichtung ein in einer Bohrung (23) zwischen Ringkammer (22) und Sammelraum (16) angeordnetes, durch hydro­ statischen Druck in der Ringkammer (22) verschließ­ bares Ventil (29, 30) vorgesehen ist, wobei die betreffende Bohrung (23) in den radial tiefsten Bereich der Ringkammer (22) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Ringkammer (22) eine Sperr­ flüssigkeit während der Befüllung der Zentrifugen­ trommel (10) mit Suspension zuführbar ist, deren Flüssigkeitsspiegel derart steuerbar ist, daß der hydrostatische Druck der Sperrflüssigkeit gegen das Filtermittel (17) größer ist als der hydrostatische Druck der Suspension.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Filter­ mittel (17) für die Seitenfiltration und dem Filtermittel (15) für die Mantelfiltration ein radialer Abstand vorhanden ist, welcher im Bereich zwischen etwa 20 v.H. und etwa 60 v.H. der Höhe eines zwischen Trommelmantel (13) und seitlicher Befüllungs- und Entleerungsöffnung (28) befind­ lichen Bordrings (19) liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ringkammer (22) eine Spülflüssigkeit zur Rückspülung des Filtermittels (17) einbringbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Filtermittel (17) für die Seitenfiltration relativ zur Gesamtfläche des Trommelmantels (13) im Bereich zwischen etwa 1:20 und 1:60 liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel (17) für die Seitenfiltration in einem Tragrahmen (31) unter Ausbildung mehrerer Filtersegmente gehaltert sind.