DE4004584A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer filterzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Filterzentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Trennung von Suspensionen in einen Feststoffanteil und einen Flüssigkeitsanteil ist es wünschenswert, bei maximaler Durchsatzleistung in dem verbleibenden Feststoffanteil, dem sogenannten Filterkuchen, eine vorgegebene Restfeuchte einzuhalten.

Durch schwankende Feststoffkonzentrationen der Suspensionen im Zulauf werden innerhalb der Zentrifugentrommel unterschiedlich hohe Kuchenstärken aufgebaut. Um den Zentrifugenfüllraum nicht zu überfluten, muß durch Schließen eines Füllventils im Zulauf die Füllung beendet werden, sobald ein maximal zulässiger Füllstand in der Zentrifuge erreicht ist.

Durch die einsetzende Filtration nimmt der Pegelstand in der rotierenden Trommel abhängig von den Filtrationseigenschaften mehr oder weniger schnell ab. Damit eine bestimmte Höhe des Filterkuchens in der Trommel erreicht werden kann, wird ein oder mehrere Male Suspension in der Trommel bis zur maximalen Füllhöhe nachgefüllt, wobei der Füllstand mittels eines Füllstandsreglers überwacht wird. Zusätzlich kann dabei noch ein Sensor eingesetzt werden, der eine Änderung der Oberflächenbeschaffenheit des Filtergutes in der Trommel erfassen kann, so daß der Zeitpunkt des Eintauchens der Flüssigkeitsoberfläche in den Filterkuchen festgestellt werden kann. Ein solcher Sensor ist zum Beispiel in der DE-OS 37 26 227 offenbart.

Auf diese Weise ist es zwar möglich, den Zentrifugenbetrieb ergebnisabhängig zu steuern, so daß die Neubefüllung genau dann eingeleitet wird, wenn die gesamte Filterflüssigkeit in den Filterkuchen eingetreten ist oder ein sich dem Filtervorgang anschließender Wasch- bzw. Trockenschleudervorgang gestartet wird. Andererseits besteht jedoch das Problem, daß die Filterungseigenschaften in der Trommel nicht konstant sind, z. B. wegen unterschiedlichen Korngrößen der Feststoffe im Filterkuchen, geänderter Filterkuchendicke, geänderter Zusammensetzung der Suspension oder wechselnder Eigenschaften der nach dem Abschälen des Filterkuchens in der Trommel verbleibenden Grundschicht. Diese Schwankungen können im allgemeinen nicht zuverlässig erfaßt werden, so daß die durch den Sensor ausgelösten Prozesse im wesentlichen über vorher festgelegten Taktzeiten aufrecht­ erhalten werden.

Die Wahl dieser Taktzeiten für die Steuerung des Filtrationszyklus erfolgt dabei nach Erfahrungswerten, und um zu verhindern, daß zu früh mit dem Waschen begonnen wird oder der rotierende Filterkuchen beim Ausschälen noch zu feucht ist, werden die manuell vorgegebenen Taktzeiten sicherheitshalber länger gewählt, als es vom jeweiligen Filterkuchen her erforderlich wäre. Diese unwirtschaftlichen Verlängerungen der einzelnen Zykluszeiten ergeben in der Summe eine drastische Leistungsminderung der Filtrationszentrifugen und eine Schwankung der Restfeuchte der einzelnen Filtrationschargen.

Zudem tritt bei sogenannten Syphonzentrifugen, bei denen die Filter- und/oder Waschflüssigkeit über ein Syphonrohr aus einer mit der Zentrifugentrommel verbundenen Ringtasse abgezogen wird, das Problem auf, daß bei fortlaufendem Flüssigkeitsabzug Gas unter die Filterschicht gelangen kann, so daß der Syphoneffekt nicht eintritt.

Dies ist auch bei einem eventuellen Rückspülen der Zentrifugentrommel zu berücksichtigen, bei dem die nach dem Abschälen der Feststoffschicht auf dem Filter verbleibende Grundschicht entfernt oder regeneriert wird.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Filterzentrifuge zu optimieren und das Eindringen von Gasen unter die Filterschicht zu verhindern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Da das Abziehen der Flüssigkeit erfindungsgemäß überwacht und unterbrochen wird, wenn sich eine Veränderung im Abziehvorgang ergibt, kann die Zentrifuge optimal gesteuert werden, z. B. durch Einleiten eines Schälvorganges für die Feststoffschicht. Zudem verbleibt immer soviel Flüssigkeit in der Zentrifuge, daß kein Gas unter die Filterschicht gelangen kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird darüber hinaus der Füllvorgang der Zentrifuge mit Suspension überwacht und mit dem Abziehen der Flüssigkeit erst begonnen, wenn eine vorgegebene Füllstandshöhe erreicht ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß Flüssigkeit erst dann abgezogen wird, wenn sich genügend Suspension in der Trommel befindet. Luft oder andere Gase können deshalb nicht durch die Filterschicht gelangen, wie es bei einer reinen Zeitsteuerung des Füllvorganges geschehen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird während des Rückspülens der Füllhöhenstand in der Zentrifugentrommel überwacht und die Zufuhr der Rückspülflüssigkeit erst dann unterbrochen, wenn eine vorgegebene Füllhöhe erreicht ist. Dadurch wird sichergestellt, daß die Grundschicht tatsächlich entfernt bzw. regeneriert wurde und eventuell unter der Filterschicht vorhandene Gase in den Innenraum der Trommel gedrückt wurden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Zentrifuge mit Zu- und Ablaufeinrichtungen und

Fig. 2 ein Steuerschema.

In Fig. 1 ist eine Zentrifugentrommel 10 drehbar an einer Welle 20 befestigt. Seitlich in die Zentrifugentrommel 10 ragt ein Zulaufrohr 90 zum Befüllen der Trommel 10 mit Suspension. Das Zulaufrohr 90 ist mit einem manuell oder über eine Steuereinrichtung betätigbaren Absperrventil 100 versehen.

An der Wandung 40 der Trommel 10 ist eine Filterschicht 30 angeordnet, die ein Filtergewebe 30a und eine darunter angeordnete Stützschicht 30b aufweist. Die Stützschicht 30b dient einerseits der Abstützung des Filtergewebes 30a und andererseits der Ableitung der abgefilterten Flüssigkeit. Sie ist flüssigkeitsdurchlässig und kann beispielsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Selbstverständlich kann die Filterschicht 30 auch anders als dargestellt aufgebaut sein und zusätzliche Fein- und Grobfilterschichten aufweisen.

Nach dem Füllen der Zentrifugentrommel 10 mit Suspension und beim anschließenden Zentrifugieren wird die Suspension getrennt und auf der Filterschicht 30 baut sich ein Filterkuchen 50 auf, über dem sich eine Flüssigkeitsschicht 60 befindet, falls das spezifische Gewicht der Feststoffe größer ist als das der Flüssigkeit. Anderenfalls wird der Filterkuchen 50 erst mit dem Abfließen der Flüssigkeit gebildet.

In der Trommel 10 ist ein Füllhöhensensor 160 angeordnet, der die Füllhöhe und/oder die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes erfaßt.

An einem Ende der Zentrifugentrommel 10 befindet sich in der Wandung 40 ein Hohlraum 70, in den die Flüssigkeit 60 über den Filterkuchen 50, das Filtergewebe 30a und die Stützschicht 30b entlang der Wandung 40 gelangt. Der Hohlraum 70 ist über Bohrungen oder Kanäle 200 mit einer außen an der Trommel 10 angeordneten Ringtasse 80 verbunden, in die die Flüssigkeit anschließend gelangt. Die Ringtasse 80 ist fest mit der Trommel 10 verbunden und läuft mit ihr um; sie kann beispielsweise aus einer über den Umfang verlaufenden Verlängerung der Trommelwandung 40 und einem Ringtassenbord 210 bestehen.

In die Ringtasse 80 kann ein schwenkbar gelagertes Flüssigkeitsschälrohr 110 mittels eines steuerbaren Antriebs 170 eingeschwenkt werden. Das eingeschwenkte Schälrohr 110 zieht die Flüssigkeit aus der rotierenden Ringtasse 80 ab, und die Flüssigkeit wird dann über eine Ableitung 120 in einen Lagerbehälter (nicht dargestellt) oder in einen Rückspülbehälter 130 geleitet. In der Leitung 120 baut sich aufgrund der kinetischen Energie der Flüssigkeit eine Flüssigkeitssäule auf.

Da aus der Ringtasse 80 laufend Flüssigkeit abgezogen wird, ist der Flüssigkeitsstand in der Ringtasse 80 geringer als in der Trommel 10. Durch den so entstehenden Sog, der über die Flüssigkeit in den Leitungen 200, dem Hohlraum 70 und der Stützschicht 30b in den Trommelinnenraum geleitet wird, wird der Filterungsvorgang erheblich unterstützt und beschleunigt.

Während des Betriebs der Zentrifuge wird laufend die Füllhöhe in der Trommel 10 und/oder die Oberflächenbeschaffenheit des Füllgutes ermittelt, so daß der Zeitpunkt, an dem die freie Flüssigkeitsoberfläche in den Feststoff 50 eintaucht, festgestellt werden kann. Bei Erreichen des Eintauchzeitpunktes, das die bevorstehende Beendigung des Filtervorgangs anzeigt, wird ein dem Schälrohr 110 zugeordneter Detektor 180 oder 190 initialisiert, der den Flüssigkeitsablauf überwacht.

Der Detektor kann z. B. ein Durchflußmesser, ein Schwingungsdetektor 180 oder ein Schalldetektor 190 sein. Die Möglichkeit, einen Schall- oder Schwingungsdetektor zu verwenden, beruht auf der Erkenntnis, daß gegen Ende des Filtervorgangs die abgezogene Flüssigkeitsmenge immer geringer wird und schließlich die Flüssigkeitssäule 120 nicht mehr aufrechterhalten kann, so daß sich ein Rückschlag ergibt. Dieser Rückschlag äußert sich in einer Schwingung des Flüssigkeitsschälrohres 110 bzw. durch Geräusche, die Lautstärken von bis zu 120 dB(A) erreichen können und in Abständen von wenigen Sekunden bis zu einigen Minuten auftreten können.

Es ist somit möglich, aus den Abständen und Intensitäten der Schwingungen bzw. Geräusche einen Rückschluß auf das Fortschreiten des Abzugsvorganges durchzuführen und den Abzugsvorgang z. B. bei Erreichen eines vorgegebenen Kriteriums zu unterbrechen. Das Kriterium kann z. B. durch Versuche ermittelt werden.

Die Verwendung der Sensoren 180 und 190 hat gegenüber der Durchflußmessung den wesentlichen Vorteil, daß eine Erfassung des Abziehvorganges ohne Produktberührung erfolgen kann. Es ist deshalb möglich, auf elektrische Leitungen, die in Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, zu verzichten, was insbesondere bei brennbaren Flüssigkeiten oder bei Flüssigkeiten, die explosive Dämpfe entwickeln, vorzuziehen ist.

Da der Detektor 180 oder 190 vom Sensor 160 erst gegen Ende des Schleudervorgangs initialisiert wird, können Fehlauslösungen während des Filterbetriebs der Zentrifuge weitgehend vermieden werden.

Beim Ansprechen des Detektors 180 oder 190 kann ein dem Filtervorgang nachgeschalteter Waschvorgang, ein dem Waschvorgang nachgeschalteter Feststoff-Schälvorgang oder das Ausschwenken des Flüssigkeitsschälrohres 110 aus der Ringtasse 80 ausgelöst werden. Auf diese Weise kann einerseits der Betrieb der Zentrifuge optimiert und andererseits sichergestellt werden, daß genügend Flüssigkeit in der Zentrifugentrommel verbleibt.

In Fig. 1 ist der Rückspülbehälter 130 mit einer Rückspülleitung 150 verbunden, durch die Rückspülflüssigkeit in die rotierende Ringtasse 80 eingeleitet werden kann. Aus Übersichtsgründen ist die Rückspülleitung 150 in der Zeichnung oberhalb des Schälrohres 110 dargestellt, so daß die Rückspülflüssigkeit nach oben in die Ringtasse 80 gelangt. Zusätzlich ist die Rückspülleitung mit einem manuell oder automatisch betätigbaren Absperrventil 130 versehen.

Beim Rückspülen der Trommel zum Entfernen von Filterrückständen von der Filterschicht 30 oder zur Regeneration der Filterschicht 30 bzw. der darauf verbliebenen Grundschicht wird die Rückspülflüssigkeit ins Innere der Trommel 10 geleitet. Da unterschiedliche Filterwiderstände bestehen können oder die Grundschichten jeweils unterschiedliche Dicken haben können, ist nicht immer sichergestellt, daß bei gefüllter Ringtasse tatsächlich auch Rückspülflüssigkeit in den Trommelinnenraum gelangt. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß während des Rückspülens die Füllhöhe in der Trommel 10 laufend mittels des Füllhöhensensors 160 überprüft; nur wenn eine vorgegebene Füllhöhe in der Trommel erreicht ist, wird angenommen, daß die Rückspülung ordnungsgemäß erfolgt ist, und das Ventil 140 wird geschlossen.

Wenn bis zu einer vorgegebenen Zeit keine Rückspülflüssigkeit in die Trommel gelangt ist, kann dies als Indiz dafür gewertet werden, daß eine Störung im Rückspülkreislauf vorliegt. Mögliche Fehlerquellen sind dabei z. B.:

• - Rückspülbehälter leer,
• - zu wenig Rückspülflüssigkeit
• - falsch montierte oder bediente Ventile bzw. Leitungen
• - zu rascher Flüssigkeitszulauf (Ringtasse läuft über)
• - Grundschicht ist zu dicht

Beim Ansprechen der Zeitauslösung, d. h. bei einer zu langen Dauer des Rückspülvorganges, können die oben genannten Fehler vorliegen und das Rückspülsystem kann daraufhin untersucht werden.

Nach dem Rückspülen kann die Trommel 10 erneut mit Suspension gefüllt werden, so daß ein neuer Filterzyklus begonnen werden kann. Damit ein Gaseintritt in den Syphonbereich vermieden wird, ist beim Befüllen ebenfalls darauf zu achten, daß nicht zu viel von der in und unter der Filterschicht 30 vorhandenen Flüssigkeit entfernt wird. Mit dem Abziehen sollte erst dann begonnen werden, wenn aus dem Trommelinneren genügend Flüssigkeit nachgeliefert wird, so daß der Syphoneffekt erhalten bleibt.

So könnte es vorkommen, daß das Ventil 100 noch geschlossen ist und trotzdem Rückspülflüssigkeit abgezogen wird. Zudem sind die Zuflußeigenschaften abhängig von den wechselnden Eigenschaften der Suspension wie Feststoffgehalt oder auch Viskosität sowie dem Vordruck im Vorlaufbehälter. Diese Eigenschaften können im allgemeinen nicht ausreichend berücksichtigt werden, so daß eine Zeitsteuerung des Abziehvorganges nicht ausreichend ist.

Aber auch wenn das Flüssigkeitsschälrohr 110 zu spät eingeschwenkt wird, d. h. das Abziehen zu spät beginnt, können Fehler im Betriebsablauf auftreten. Z. B. kann die Ringtasse überlaufen oder während des Füllvorgangs steht ein geringeres Füllvolumen zur Verfügung, so daß zusätzliche Füllstöße erforderlich werden. Zudem kann die aus der Ringtasse austretende Flüssigkeit die Trommel abbremsen.

Um auch diese Betriebsstörungen auszuschalten, bleibt das Flüssigkeitsschälrohr zu Beginn des Füllvorgangs ausgeschwenkt und die Füllhöhe in der Trommel 10 wird mittels des Sensors 160 ermittelt; erst wenn die Suspension bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe über die Filterschicht 30 bzw. die noch in der Trommel befindliche Rückspülflüssigkeit angestiegen ist, wird das Flüssigkeitsschälrohr eingeschwenkt und der Abziehvorgang begonnen. Die vorgegebene Füllhöhe liegt vorteilhafter­ weise etwa in Höhe des Ringtassenbords 210, kann aber auch etwas höher oder tiefer liegen.

In Fig. 2 ist schematisch eine Steuereinrichtung für den Betrieb der Zentrifuge dargestellt. Der Steuereinrichtung werden die Signale des Füllhöhendetektors 160 und des Schwingungsdetektors 180 bzw. des Schalldetektors 190 zugeführt. Die Steuereinrichtung steuert, abhängig von der jeweiligen Betriebsweise (Filtern, Rückspülen, Befüllen) das Zulaufventil 100, den Antrieb 170 des Schälrohres 110, das Rückspülventil 140 oder den Antrieb 220 des Schälmessers (nicht dargestellt).

Bei der Filtration wird z. B. abhängig vom Signal des Sensors 160 der Eingang des Sensors 180 bzw. 190 initialisiert; sobald der entsprechende Sensor 180 bzw. 190 danach ein Signal abgibt, das einem vorher festgelegten Kriterium genügt, wird der Antrieb 170 zum Ausschwenken des Schälrohrs 110 und gegebenenfalls der Antrieb 220 für das Schälmesser angesteuert.

Beim Rückspülen der Trommel 10 wird einerseits ein Zeitgeber in Betrieb gesetzt, der die Dauer der Rückspülvorganges überwacht und andererseits das Ventil 140 zum Schließen der Leitung 150 angesteuert, wenn der Sensor 160 eine vorgegebene Füllhöhe anzeigt.

Schließlich wird beim Füllen der Trommel 10 zunächst das Ventil 100 geöffnet. Das Flüssigkeitsschälrohr bleibt ausgeschwenkt, bis eine vorgegebene Füllhöhe erreicht ist, und wird dann durch den Antrieb 170 eingeschwenkt, so daß mit dem Abschälen der Flüssigkeit begonnen wird. Wenn eine weitere vorgegebene Füllhöhe, die dem maximalen Füllstand der Trommel 10 entspricht, durch den Sensor 160 angezeigt wird, wird das Ventil 100 geschlossen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrieb einer Filterzentrifuge in sich wiederholenden Filtrationszyklen,
wobei jeder Zyklus das ein- oder mehrmalige Füllen der Zentrifugentrommel mit Suspension, das Trennen der Suspension in einen Feststoffanteil und eine Flüssigkeit, die aus der Zentrifugentrommel abgezogen wird, das anschließende Trockenschleudern des Feststoffanteils und das Ausschälen des nach dem Trockenschleudern verbleibenden Feststoffanteils, gegebenenfalls auch ein Waschen des Feststoffanteils vor dem Trockenschleudern umfaßt, und die Zentrifugentrommel bei Bedarf mit einer Rückspülflüssigkeit rückgespült wird, und
wobei der Füllhöhenstand in der Zentrifugentrommel und der Zeitpunkt des Eintauchens der freien Flüssigkeitsoberfläche in den Feststoffanteil erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abziehen der Flüssigkeit überwacht und in Abhängigkeit von Änderungen des Abziehvorganges unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen eines Flüssigkeitsschälrohrs erfaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abziehvorgang mittels einer Schallmessung überwacht wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung des Abziehvorganges mit dem Eintauchen der freien Flüssigkeitsoberfläche ausgelöst wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenschleudern unterbrochen und das Abschälen der Feststoffschicht ausgelöst wird, wenn die Änderung des Abziehvorgangs festgestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abfließende Flüssigkeitsmenge erfaßt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Rückspülflüssigkeit unterbrochen wird, wenn in der Zentrifugentrommel eine vorgegebene Füllstandhöhe festgestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen von Flüssigkeit eingeleitet wird, wenn beim Befüllen in der Zentrifugentrommel eine vorgegebene Füllstandshöhe festgestellt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem die Füllstandshöhe ermittelnden Sensor, einer mit dem Sensor verbundenen Steuereinrichtung für die Zentrifuge und einem Flüssigkeitsschälrohr, gekennzeichnet durch einen dem Flüssigkeitsschälrohr (110) zugeordneten Detektor (180, 190), der mit der Steuereinrichtung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Schalldetektor (190) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Schwingungsdetektor (180) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Durchflußmesser ist.