DE3638782A1 - Method for the separation (removal) of solids from suspensions and centrifuge decanter for carrying out the method - Google Patents

Method for the separation (removal) of solids from suspensions and centrifuge decanter for carrying out the method

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl

Abstract

In the separation (removal) of solids from suspensions in centrifuge decanters by means of sedimentation, it is proposed that the feed flow be directed below the level of the liquid as far as the drum wall of the centrifuge decanter. This is realised by means of a centrifuge decanter with an axial feedpipe and a discharge worm, the discharge worm having radial bores which are connected to a feed pipe which is integrated and therefore involved in rotation, and the said radial bores ending directly ahead of the drum wall.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sedimentativen Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen durch Eingabe in einen Zentrifugaldekanter und eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for sedimentative separation of solids Suspensions by entering one Centrifugal decanter and a machine for Execution of the procedure.

In bekannten Zentrifugaldekantern gelangt die zu trennende Suspension durch ein axiales Zulaufrohr in den Innenraum der Austragsschnecke und von dort durch Löcher oder Schlitze im Schneckengrund auf die zylindrische Oberfläche des in der Trommel rotierenden Produkts. Diese Konstruktion hat folgende Nachteile:This occurs in known centrifugal decanters separating suspension through an axial feed pipe into the interior of the discharge screw and from there through holes or slots in the bottom of the screw the cylindrical surface of the in the drum rotating product. This construction has the following disadvantages:

  • (a) Der Zulaufstrom wird beim Durchtritt durch die Löcher oder Schlitze im Schneckengrund nur unvollkommen beschleunigt und hat daher beim Auftreffen auf die zylindrische Produktoberfläche eine geringere Winkelgeschwindigkeit als die Trommel. Die Folge ist, daß der Zulauf durch Impulsaustausch mit dem bereits in der Trommel befindlichen Produkt auf letzteres verzögernd wirkt, was den die Trennung bestimmenden Zentrifugaleffekt vermindert. (a) The feed stream is passed through the Holes or slots in the bottom of the snail only imperfectly accelerated and therefore has Hitting the cylindrical Product surface a lesser Angular velocity than the drum. The The result is that the inflow through Exchange of impulses with that already in the drum existing product delaying the latter works what determines the separation Centrifugal effect reduced.  
  • (b) Beim Durchströmen der Löcher oder Schlitze im Schneckengrund prallen die im Zulauf enthaltenen Feststoffpartikel auf die schnell rotierenden Wände dieser Öffnungen. Feststoffagglomerate werden dabei zerschlagen, was die Trennung von der flüssigen Phase nach dem Gesetz von Stokes drastisch erschwert, denn die Sedimentationsgeschwindigkeit ist proportional dem Quadrat der Partikelgröße.(b) When flowing through the holes or slots in the Bottom of snail bounce in the inlet contained solid particles on the quickly rotating walls of these openings. Solid agglomerates are broken up, what the separation from the liquid phase after the Stokes law drastically complicated because is the sedimentation rate proportional to the square of the particle size.
  • (c) Die Aufgabe des Zulaufs auf die Produktoberfläche hat zur Folge, daß Partikel unterhalb einer kritischen Größe nicht abgetrennt werden können. Der mit der Schnecke ausgetragene Feststoff enthält also keine unterkritischen Partikel.(c) The task of supplying the Product surface has the consequence that particles not below a critical size can be separated. The one with the snail discharged solid does not contain any subcritical particles.

In Anbetracht dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aufgezeigten Mängel zu vermeiden.Given this state of the art, it is Object of the present invention, the to avoid identified shortcomings.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Suspensionsstrom (Zulaufstrom) unter die Flüssigkeitsoberfläche unmittelbar auf die Trommelwand des Zentrifugaldekanters geleitet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Suspensionsstrom unter spitzem Winkel zur Zentrifugalrichtung auf der nicht fördernden Rückseite eines hohlen Schneckenganges austretend auf die Trommelwand aufgegeben.The task is accomplished through a process of the beginning mentioned type solved, in which the suspension stream (Inlet flow) below the liquid surface directly on the drum wall of the Centrifugal decanter is directed. After a preferred embodiment is the Suspension flow at an acute angle to Centrifugal direction on the non-conveying Leaving back of a hollow worm gear abandoned on the drum wall.

Zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist bei dem eingangs beschriebenen Zentrifugaldekanter die Austragsschnecke mit einem mitrotierenden Zulaufrohr integriert und mit radialen Bohrungen ausgestattet, die unmittelbar vor der Trommelwand enden. Vorzugsweise verlaufen die Bohrungen spiralförmig. Zur Aufnahme der Bohrungen ist der Schneckengang axial verbreitert.To perform the procedure described above is in the above Centrifugal decanter with a discharge screw rotating inlet pipe integrated and with radial bores equipped immediately end in front of the drum wall. Preferably run the holes spiral. To accommodate the The worm gear is axially broadened in bores.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die obengenannten Nachteile, welche Verfahren bzw. Vorrichtungen nach dem Stand der Technik aufweisen, beseitigt:With the inventive method or device according to the invention are above-mentioned disadvantages, which method or Have devices according to the prior art, eliminated:

  • a) Die einströmende Suspension erhält bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Winkelgeschwindigkeit der Schnecke und damit eine höhere Winkelgeschwindigkeit als die Trommel.a) The inflowing suspension receives at Use of the device according to the invention Angular velocity of the screw and thus a higher angular velocity than that Drum.
  • b) Partikelagglomerate erleiden keine Zerstörung durch Aufpralleffekte.b) Particle agglomerates are not destroyed through impact effects.
  • c) Da sich der Zulauf auf Wege in unterschiedlicher Entfernung von der Trommelwand verteilt, gibt es von vornherein Partikel jeder Größe in Trommelnähe, was zur Folge hat, daß auch solche Feinteilchen in das Sediment gelangen, die im herkömmlichen Dekanter die Trommelwand nie erreichen.c) Since the inflow is in different ways Distance from the drum wall there there are particles of any size in the first place Drum proximity, which has the consequence that also such Fine particles get into the sediment conventional decanters never the drum wall to reach.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die beigefügten Zeichnungen. Es zeigtThe attached are used to explain the invention Drawings. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zentrifugaldekanters nach vorliegender Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of a Zentrifugaldekanters according to the present invention,

Fig. 2a, b einen modellmäßigen Vergleich herkömmlicher Dekanter mit Dekantern gemäß der vorliegenden Erfindung, FIG. 2a, b a model-based comparison of conventional decanter with decanters according to the present invention,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Feststoffabtrennung in herkömmlichen Dekantern im Vergleich zur Feststoffabtrennung in einem geometrisch und betriebsmäßig analogen aber nach vorliegender Erfindung konstruierten Dekanter darlegt. Fig. 3 is a diagram showing the separation of solids in conventional decanters compared to the separation of solids in a geometrically and operationally analog decanter constructed according to the present invention.

Der in Fig. 1 dargestellte Dekanter besteht im wesentlichen aus einer Trommel mit einer Trommelwand 6, in welcher koaxial ein Schneckenkörper 1 rotiert. In diesen Schneckenkörper 1 integriert und daher mitrotierend ist ein Zulaufrohr 2 angeordnet, von wo aus die zu trennende Suspension in Bohrungen 3 gelangt, die sich in einem axial verbreiterten Schneckengang 4 befinden und mit der Zentrifugalrichtung einen spitzen Winkel bilden. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Austrittsöffnungen 5 der Bohrungen 3 auf der vom Feststoffdruck freien Rückseite des verbreiterten Schneckengangs 4 unmittelbar an der Trommelwand, aber abgesehen von der oben beschriebenen Neigung senkrecht zu dieser zu liegen kommen. Die in den Trennraum eintretenden Partikel müssen also nicht von Produktniveau 7 bis zur Trommelwand 6 sedimentieren, sondern treffen direkt auf die Trommelwand 6 auf, wo man sie haben will, und rutschen von dort in den gegen die angrenzende Schneckenfrontseite aufgestauten Feststoff 8.The decanter shown in Fig. 1 consists essentially of a drum with a drum wall 6 , in which a screw body 1 rotates coaxially. Integrated into this screw body 1 and therefore also rotating, an inlet pipe 2 is arranged, from where the suspension to be separated arrives in bores 3 which are located in an axially widened screw flight 4 and form an acute angle with the centrifugal direction. The arrangement is chosen such that the outlet openings 5 of the bores 3 come to rest directly on the drum wall on the back of the widened screw flight 4 , which is free of solid pressure, but, apart from the inclination described above, come to lie perpendicular to the latter. The particles entering the separation chamber do not have to sediment from the product level 7 to the drum wall 6 , but instead hit the drum wall 6 directly where they are wanted and slide from there into the solid 8 pent up against the adjacent screw front.

In Fig. 2 sind die Strömungsverhältnisse in einem Dekanter mit einer Drehachse 15 nach vorliegender Erfindung modellmäßig ohne Schnecke dargestellt, d. h. der Dekanter besteht aus einer Vollmanteltrommel und einem Zulauf 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Zulaufstrom V Z hat eine größere Winkelgeschwindigkeit als das mit der Trommel rotierende Produkt, so daß sofort ein zentrifugal bedingter Sedimentationseffekt einsetzt. Während die Strömung durch die ausgezogenen Linien 9, 10 und 11 angedeutet ist, sind die Sedimentationswege durch die gestrichelten Linien 12, 13 und 14 gezeigt.In FIG. 2, the flow conditions in a decanter with a rotational axis 15 according to the present invention are modeled moderately without screw, the decanter of the present invention that consists of a full-jacket drum, and an inlet 16 according to. The feed stream V Z has a greater angular velocity than the product rotating with the drum, so that a centrifugal sedimentation effect sets in immediately. While the flow is indicated by the solid lines 9, 10 and 11 , the sedimentation paths are shown by the dashed lines 12, 13 and 14 .

Da sich nach der vorliegenden Erfindung auch Feinpartikel zusammen mit Grobpartikeln von vornherein in der Nähe der Trommelwand 6 befinden, existieren Feinpartikel auf allen drei Stromlinien 9, 10 und 11. Nur die auf Stromlinie 9 befindlichen Partikel haben einen langen Sedimentationsweg, während Partikel auf Stromlinie 11 selbst bei sehr geringer Sedimentationsgeschwindigkeit die Wand erreichen, weil von dieser Stromlinie aus der Sedimentationsweg äußerst kurz ist. Since according to the present invention there are also fine particles together with coarse particles in the vicinity of the drum wall 6 , fine particles exist on all three streamlines 9, 10 and 11 . Only the particles on streamline 9 have a long sedimentation path, while particles on streamline 11 reach the wall even at very low sedimentation speeds because the sedimentation path from this streamline is extremely short.

Damit erklärt sich, warum sich in Dekantern der vorliegenden Erfindung auch solche Feinpartikel im Feststoffaustrag befinden, die in herkömmlichen Dekantern als "unterkritisch" ausnahmslos überlaufen. Mit dem erfindungsgemäßen Dekanter wird daher ein beträchtlich verbesserter Abscheidungsgrad erreicht. Mit V Ü ist der Überlaufvolumenstrom bezeichnet.This explains why in the decanters of the present invention there are also such fine particles in the solid discharge which overflow in conventional decanters as "subcritical" without exception. A considerably improved degree of separation is therefore achieved with the decanter according to the invention. With V Ü the overflow volume flow is designated.

Fig. 3 gibt eine Erläuterung dieses wichtigen Vorteils auf der Basis der Partikelgrößenverteilung. Figure 3 gives an explanation of this important advantage based on the particle size distribution.

In herkömmlichen Dekantern ist der Abscheidungsgrad von der spezifischen Belastung B abhängig, wobei B = V Z /(Z K D K π) mit V Z = Zulaufvolumenstrom, Z K = Zentrifugalbeschleunigung in der Klärfläche dividiert durch Erdbeschleunigung und D K = Klärflächendurchmesser (Wehrdurchmesser) des Dekanters. Diese Abhängigkeit des Abscheidungsgrades von der spezifischen Belastung resultiert aus den ungünstigen Strömungsverhältnissen herkömmlicher Dekanter. Wenn der nur ungenügend beschleunigte Zulauf durch die Öffnungen im Schneckengrund auf die schnell rotierende zylindrische Produktoberfläche aufprallt, ergibt sich für den Zulauf eine dünne, mit der bereits rotierenden Produktmasse nicht mischbare Schichtströmung, wie wenn Öl (Flüssigkeit kleiner Dichte) auf Wasser (Flüssigkeit großer Dichte) aufgegeben wird, und diese Schichtströmung fließt zum Trommelkonus hin, weil langsamer als die Schnecke rotierendes Material von letzterer in diese Richtung gezwungen wird. Am Trommelkonus angelangt und inzwischen weitgehend auf die Geschwindigkeit der Trommel beschleunigt, kehrt die Zulaufströmung mit einer in die Produktmasse eindringenden Schleife ihre Richtung um und streicht dabei über die an der Konuswand befindliche Sedimentschicht. Feines, ungenügend verfestigtes Sediment wird dabei abgestreift und zum Überlauf mitgerissen. Offensichtlich ist dieser Effekt um so stärker, je größer die Geschwindigkeit w im Umkehrbereich ist. Diese Geschwindigkeit ist proportional dem Quotienten aus Zulaufvolumenstrom V Z und Klärflächenumfang D K π. Die in der Schleife auftretende Zentripetalkomponente w Z der Umkehrgeschwindigkeit w ist der Sedimentationsrichtung entgegengesetzt, so daß sich die den Abscheidungsgrad bestimmende Grenzkorngröße aus der BeziehungIn conventional decanters, the degree of separation depends on the specific load B , where B = V Z / ( Z K D K π ) with V Z = inflow volume flow, Z K = centrifugal acceleration in the treatment area divided by gravitational acceleration and D K = treatment area diameter (weir diameter) of the decanter. This dependency of the degree of separation on the specific load results from the unfavorable flow conditions of conventional decanters. If the insufficiently accelerated inlet hits the rapidly rotating cylindrical product surface through the openings in the bottom of the screw, a thin layer flow results, which is immiscible with the rotating product mass, as if oil (liquid of low density) on water (liquid of high density) ) is given up, and this layer flow flows towards the drum cone, because material rotating at a slower speed than the screw is forced in this direction by the latter. Arrived at the drum cone and now largely accelerated to the speed of the drum, the inlet flow reverses its direction with a loop penetrating the product mass and strokes the sediment layer on the cone wall. Fine, insufficiently solidified sediment is stripped off and carried away to the overflow. Obviously, the greater the speed w in the reversal area, the stronger this effect. This speed is proportional to the quotient of the inlet volume flow V Z and the clarification area D K π . The centripetal component w Z of the reversal velocity w occurring in the loop is opposite to the direction of sedimentation, so that the limiting grain size determining the degree of separation is determined from the relationship

ergibt, mit v S = Sedimentationsgeschwindigkeit, Z = Zentrifugalziffer, g = Erdbeschleunigung, c* = Grenzkorngröße, Φ = Behinderungsfaktor, Δρ = Dichtedifferenz, µ = Viskosität der Flüssigkeit und α als Proportionalitätsfaktor. Mithin wirdresults with v S = sedimentation speed , Z = centrifugal number, g = acceleration due to gravity, c * = grain size limit , Φ = disability factor , Δρ = density difference, µ = viscosity of the liquid and α as a proportionality factor. So will

Je größer B = V Z /(ZD K π), desto größer ist die Grenzkorngröße, desto kleiner also der Abscheidungsgrad. The larger B = V Z / ( ZD K π ), the larger the limit grain size, the smaller the degree of separation.

Entsprechend diesen physikalischen Gegebenheiten stellt Fläche II in Fig. 3 den in herkömmlichen Dekantern abgetrennten Feststoffanteil dar (alle Partikel, die größer sind als c*), denn die Ordinate ist die Partikelverteilung, dadurch definiert, daßIn accordance with these physical conditions, area II in FIG. 3 represents the solid fraction separated in conventional decanters (all particles which are larger than c *), because the ordinate is the particle distribution, defined by the fact that

wobei c die Partikelgröße und d ϕ c den Volumenanteil mit Durchmessern zwischen c und (c + dc) darstellen. Das Volumen mit Durchmessern zwischen c und (c + cd) ist demnachwhere c is the particle size and d ϕ c is the volume fraction with diameters between c and ( c + dc ). The volume with diameters between c and ( c + cd ) is accordingly

dV c = V d ϕ c = V f (c) dc, (4) dV c = V d ϕ c = V f (c) dc , (4)

wenn V das Gesamtvolumen aller Partikel repräsentiert.when V represents the total volume of all particles.

In Dekantern der vorliegenden Erfindung wird dagegen zusätzlich zum Volumenanteil der Fläche II auch noch der durch Fläche I dargestellte Feinfeststoffanteil abgetrennt, wobei sich zeigen läßt, daß die obere Begrenzungskurve der Fläche I für typische Kornverteilungen durchIn decanters of the present invention in contrast to the volume fraction of area II also the one represented by area I. Fine solid content separated, showing up leaves that the upper boundary curve of the area I for typical grain distributions

gegeben ist.given is.

Claims (5)

1. Verfahren zur sedimentativen Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen in Zentrifugaldekantern, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstrom unter das Flüssigkeitsniveau bis zur Trommelwand des Zentrifugaldekanters geleitet wird.1. A process for the sedimentative separation of solids from suspensions in centrifugal decanters, characterized in that the feed stream is passed below the liquid level to the drum wall of the centrifugal decanter. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstrom durch mindestens einen hohl ausgeführten Gang der Transportschnecke auf der nicht fördernden Rückseite dieses Ganges in unmittelbarer Nähe der Trommelwand unter spitzem Winkel zur Zentrifugalrichtung austritt.2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the feed stream through at least one hollow passage of the Screw conveyor on the non-conveying Back of this corridor in the immediate vicinity the drum wall at an acute angle to Centrifugal direction emerges. 3. Zentrifugaldekanter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem axialen Zulaufrohr sowie einer Austragsschnecke, dadurch gekennzeichnet, daß letztere mit einem integrierten und daher mitrotierenden Zulaufrohr verbundene radiale Bohrungen aufweist, die unmittelbar vor der Trommelwand enden.3. Centrifugal decanter to carry out the The method of claim 1 or 2 with one axial inlet pipe and one Discharge screw, characterized in that the latter with an integrated and therefore radial inlet connected to rotating inlet pipe Has holes that immediately before the End of the drum wall. 4. Zentrifugaldekanter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen spiralförmig ausgebildet sind und unter spitzem Winkel zur Zentrifugalrichtung vor der Trommelwand enden. 4. Centrifugal decanter according to claim 3, characterized characterized in that the holes are spiral are trained and at an acute angle End centrifugal direction in front of the drum wall.   5. Zentrifugaldekanter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckengang zur Aufnahme der Bohrungen axial verbreitert ist.5. centrifugal decanter according to claim 3 or 4, characterized in that the worm gear axially widened to accommodate the holes is.
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