DE4120565C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Zentrifugen für die Trennung einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit, einer sogenannten Suspension, in eine Feststoffphase und eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen sind allgemein bekannt. Die Suspension wird im Inneren des rotierenden Zentrifugenmantels beschleunigt, so daß sich die gegenüber der Klarflüssigkeit schwereren Feststoffe zur Mantelinnenfläche hin absetzen. Dabei setzt sich der Feststoff in der Regel aus einer Vielzahl von Partikeln unterschiedlicher Größe und/oder Gewichtes zusammen. Während die Sedimentation der groben und schweren Partikel kaum Probleme bereitet, wird dies in Richtung der kleinen, leichten Partikel immer schwieriger bzw. langwieriger. Zur Erzielung eines wünschenswert guten Trennergebnisses besteht natürlich das Bestreben, auch feinere bis feinste Feststoffpartikel auszuscheiden um somit die abzuführende Klarflüssigkeit sauberer zu gestalten und die abgeführte Feststoffmenge zu erhöhen, kurz das Trennergebnis zu verbessern.

Zur Verbesserung des Trennergebnisses können bei einer Vollmantel- Schneckenzentrifuge Tellereinsätze (DE-AS 12 79 551) vorgesehen sein, oder es kann bei einer schneckenlosen Vollmantel-Zentrifuge (DE-PS 1 38 809) für Milch und andere Flüssigkeiten zur Schichtenteilung der Flüssigkeit ein Einsatz aus einer Bürste eingebaut sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zentrifugen der eingangs genannten Art hinsichtlich ihres Trennergebnisses der Qualität und der Quantität nach zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Anordnung der nach Art von Fäden oder Borsten länglichen Gebilde von der Schneckennabe abstrebend und an dieser mehr oder weniger direkt befestigt erreicht man eine bessere Feststoffabscheidung auch kleinster Partikel dadurch, daß diese sich an den Oberflächen dieser Gebilde ansammeln und somit unter Fliehkraft entlang der Fäden besser und/oder schneller aus der Flüssigkeit abgeschieden und dem ggfs. bereits sedimentierten Feststoff an der Mantelinnenfläche der Zentrifuge zugeführt werden können. Das Ergebnis ist zunächst eine weitergehende Trennung als bisher möglich. Je nach Feststoff kann durch Wahl geeigneter Materialien für die länglichen Gebilde dieser "Sammel- oder Fangeffekt" für feine und feinste Feststoffpartikel zusätzlich beeinflußbar sein. Weiterhin kann die Querschnittsform oder auch eine Formänderung in Längsrichtung der Gebilde gesehen unterschiedlich und ggfs. an die Trennaufgabe angepaßt ausgeformt sein, wobei als einfachste Form ein runder gleichbleibender Querschnitt zu wählen ist. Es kommen aber auch bandförmige und/oder sich in Längsrichtung verjüngende Querschnitte in Betracht.

Insbesondere im Einlaufbereich der Suspension bzw. in dessen Nähe bewirken die länglichen Gebilde eine Hilfe für die notwendige Beschleunigung der Flüssigkeit in Umlaufrichtung, was ebenfalls einem besseren Trennergebnis dient, weil die ohne die Gebilde auftretenden Strömungsturbulenzen im Einlaufbereich und dessen Nähe das Absetzen des Feststoffes beeinträchtigen.

Vor diesem Hintergrund wird deutlich, daß die länglichen Gebilde grundsätzlich federelastisch dergestalt ausgebildet sein können, daß sie im Sinne einer Erhöhung ihrer Mitnehmereigenschaft im Sinne der Umlaufbeschleunigung der Suspension insoweit steif sind, daß sie ihre radiale Abstreberichtung von der Schneckennabe von sich aus einnehmen, also auch ohne Einwirkung von Fliehkraft. Die Gebilde hätten dann den Charakter entsprechend elastischer Borsten. Vor allem aber im Bereich außerhalb des Suspensionseinlaufes, in dem die Klärung feinerer Feststoffpartikel im Vordergrund steht, können die länglichen Gebilde nach Art von Fäden ohne rückstellende elastische Eigenschaften ausgebildet sein, so daß sie sich erst unter der im Betrieb der Zentrifuge auftretenden Fliehkraft radial ausrichtend in den Trennraum und damit den Teich hinein erstrecken. Zwischen diesen beiden Ausbildungen - Borsten und Faden - gibt es jeden Übergangsbereich möglicher hier einzusetzender länglicher Gebilde, auch sollen Fäden und Borsten nicht so verstanden werden, daß notwendigerweise im Einlaufbereich ein borstenförmiger und im außerhalb des Einlaufs liegenden Klärbereich ein fadenförmiger Charakter der Gebilde vorhanden sein muß. Es kann sehr wohl eine borstenartige, federelastische Ausbildung der länglichen Gebilde durchgehend vorgesehen sein oder eben durchgehend ein fadenförmiges Gebilde. Man kann verschiedene Gebilde einsetzen, so im Einlaufbereich mit borstenartigem Charakter und im Trennbereich außerhalb des Einlaufes mit fadenförmigem Charakter. Schließlich ist eine kontinuierlich oder gestuft vorgenommene Änderung des Steifigkeitscharakters vom Suspensionseinlauf her gesehen über die Trennstrecke möglich. Des weiteren müssen sich die Gebilde nicht über den gesamten Längsbereich der Schneckennabe erstrecken, sie können auch Teilbereiche umfassen, so zwischen dem Suspensionseinlaufbereich bis hin zumindest in Nähe des Feststoffaustrages. Diese Wahlmöglichkeiten wird man insbesondere in Anpassung an die Bauart der Zentrifuge, hier insbesondere Gegenstromprinzip und Gleichstromprinzip, ausnutzen. Des weiteren kann eine ein- oder mehrgängige Schneckenausbildung sein.

Bei durchgehender Wendel durchläuft die Flüssigkeit theoretisch den Schneckengang zwischen den benachbarten Wendeln und hat damit zwar eine verhältnismäßig lange Sedimentationsstrecke bis zum Klarflüssigkeitsablauf, neigt aber aufgrund des Druckabfalles, der sich in axialer Richtung gesehen von Wendel zu Wendel ergibt, dazu, die Schneckenwendel zu unterspülen, d. h. zwischen der äußeren Kante der Schneckenwendel und der angrenzenden Innenwandung des Mantels hindurchzuströmen. Dabei wird dort abgesetzter feiner Feststoff wieder aufgewirbelt. Man wird daher in diesem Bereich, insbesondere in dem dem Feststoffaustrag abgewandten Klärbereich, bei Gegenstromzentrifugen insbesondere denjenigen zwischen Suspensionseinlauf und Klarflüssigkeitsablauf, die Schneckenwendel unterbrechen, und zwar derart, daß die Flüssigkeit zumindest mit einer starken axialen Komponente strömen kann, die Wendel hinsichtlich ihrer Aufgabe des Feststofftransportes jedoch derart aufrechterhalten bleibt, daß sie hinsichtlich ihres axialen Abförderweges nicht unterbrochen wird. Zwischen den durch die Unterbrechung der Wendel geschaffenen, in Schneckenlängsrichtung gegeneinander versetzten Wendelabschnitten entsteht in Schneckenlängsrichtung und damit in Feststofförderrichtung gesehen keine Lücke, die Wendel können sich auch ein wenig überlappen, so daß der Feststofftransport lediglich gestuft von einem Wendelabschnitt zum nächsten weitergereicht wird.

Die Fäden, die grundsätzlich aus beliebigem, hier angesichts der herrschenden Fliehkräfte und Feststoffbeaufschlagungen entsprechend widerstandsfähig gewählten Werkstoffen bestehen können, vorzugsweise aus Kunststoff, weisen eine Nachgiebigkeit quer zu ihrer Längsrichtung auf, die das Ausweichen der länglichen Gebilde gegenüber gröberen Feststoffpartikeln bewirken, so daß Verstopfungen entsprechend vermieden werden. Dies gilt sowohl für die federelastischen, borstenartigen Ausbildungen als auch für diejenigen, die keine eigene Ausrichtungsstabilität aufweisen, also fadenförmig sich erst unter Fliehkrafteinfluß ausrichten und damit besonders gut geeignet sind, unter dem Angriff größerer Feststoffpartikel nachgiebig zu reagieren und damit Verstopfungen zu vermeiden. Die Befestigung der länglichen Gebilde an der Schneckennabe ist grundsätzlich beliebig und kann auch auf relativ zur Schneckennabe dreh- und fliehkraftfest angeordnete Halterungen gerichtet sein. Insbesondere bei fadenförmigen Gebilden wird eine U-Form derart vorgesehen, daß der Mittelbereich an der Schneckennabe bzw. der Halterung festgelegt ist und die beiden abstrebenden Teilbereiche als zwei längliche Gebilde in den Trennraum hineinragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schnecke mit in einem Teilbereich angeordneten länglichen Gebilden in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Zentrifuge in hinsichtlich der Rotationsachse hälftiger Darstellung zur Erläuterung des Teichdruckgefälles innerhalb des Trennraumes;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Gegenstromprinzip in Darstellung entsprechend Fig. 2;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Gleichstromprinzip in Darstellung entsprechend Fig. 2.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele von Vollmantel-Schneckenzentrifugen bzw. deren Schnecken in grundsätzlich bekannter Bauart mit einem Mantel 1 und einer Schnecke 2, die mit Differenzdrehzahl zum schnellaufend angetriebenen Mantel 1 derart angetrieben ist, das entsprechend dem Steigungssinn der Wendel 4, die vom Außenumfang der Schneckennabe 3 abragend ausgebildet ist, der sich an der Innenmantelfläche absetzende Kunststoff durch die Wendel 4 zum Feststoffaustrag 13 gefördert wird. Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, stellt sich in dem zwischen den Wendeln 4, der Schneckennabe 3 und dem Mantel 1 gebildeten Trennraum 6 der Spiegel der durch den Suspensionseinlauf 10 aus einem Zulauf-Hohlraum in der Schneckennabe zugeführten Suspension ein Gefälle ein, so daß die radiale Mächtigkeit des Teiches vom Suspensionseinlauf 10 ausgehend zum Klarflüssigkeitsablauf 14 gesehen abnimmt. Aufgrund des dadurch gegebenen Druckunterschiedes zwischen benachbarten Wendelgängen stellt sich eine gewisse Strömung zwischen der radialen Außenkante der Wendel und der Innenmantelfläche ein, wodurch dort abgesetzter Feststoff teilweise wieder aufgewirbelt werden kann.

Aus diesem Grunde ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Wendel der dort wiedergegebenen Schnecke 2 im axialen Bereich zwischen den Suspensionseinläufen 10 und dem dem sich konisch verengenden, dem Feststoffaustrag zugeordnete Ende gegenüberliegenden Endbereich vorgesehenen Klarflüssigkeitsablauf 14 derart unterbrochen ausgebildet, daß sich Wendelabschnitte 5 ergeben, die in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind, in dieser Richtung gesehen jedoch keine Lücken freigeben, so daß der von den Wendelabschnitten 5 zu fördernde Feststoff entsprechend gestuft transportiert wird. Die unterbrochene Ausführung der Wendel 4 in Abschnitte 5 in diesem axialen Schneckenbereich schafft jedoch für die Flüssigkeit einen axialen Strömungsweg zwischen den Abschnitten, so daß die anhand von Fig. 2 geschilderte Unterspülung der radial äußeren Wendelkanten insoweit unterbleibt, als der Druckausgleich durch axiale Strömung erfolgt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Schneckenbereich mit unterbrochener Wendelausbildung zugleich über den Umfang der Schneckennabe hinweg gesehen mit einer Vielzahl von länglichen Gebilden 7 fadenförmigen Charakters versehen. Da es sich hier um die Klärstrecke einer Gegenstromzentrifuge außerhalb des Suspensionseinlaufes handelt, ist hier der Anfall an feineren Feststoffpartikeln - die gröberen setzen sich im oder nahe dem Einlaufbereich ab - entsprechend vorherrschend, so daß hier die fadenförmigen Gebilde vornehmlich ihre Aufgabe des Ansammelns feinen Feststoffes genügen müssen und daher fein, vorzugsweise zum Klarflüssigkeitsablauf hin gesehen feiner werdend, gerecht werden müssen.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 erstrecken sich die länglichen Gebilde 7, 8 insoweit über den gesamten Klärbereich hinweg bzw. enden im sich konisch verengenden Mantelbereich vor dem Feststoffaustrag 13. Fig. 3 zeigt das Prinzip einer Gegenstromzentrifuge, d. h. die Suspension wird über ein Einlaufrohr 11 bis in den Längsmittelbereich der Schneckennabe geleitet und dort über den Suspensionseinlauf 10 in den Trennraum 6 eingespeist, so daß der sich im Einlaufbereich absetzende Feststoff gröberer Natur auf kurzem Wege dem Feststoffaustrag 13 zugeführt wird, während vor allem der sich im Bereich zwischen dem Einlauf 10 und dem Klarflüssigkeitsablauf 14 absetzende feinere Feststoff den entsprechend längeren Transportweg zurücklegen muß. Bei der Gegenstrom-Zentrifuge gemäß Fig. 4 wird die Suspension über das Einlaufrohr 12 und entsprechende Einläufe 10 zu Beginn der gesamten Förderstrecke der Schnecke 2 eingespeist, so daß der sich im Einlaufbereich absetzende Feststoff einen entsprechend langen Transportweg zurücklegen muß. Die geklärte Flüssigkeit wird im Längsmittelbereich der Schnecke abgeführt und dem Klarflüssigkeitsablauf 14 zugeleitet. Beide Typen sind bekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.

Im jeweiligen Suspensionseinlaufbereich muß die zugeführte Suspension in Umlaufrichtung beschleunigt werden. Die nach den Fig. 3 und 4 in diesem Einlaufbereich nunmehr angeordneten länglichen Gebilde 8 dienen vornehmlich der Beschleunigung und sind daher steifer ausgeführt als außerhalb dieses Bereiches. Man kann hier ein borstenförmiges, d. h. unter Federelastizität sich radial ausrichtendes Gebilde vorsehen, während im übrigen Trennraumbereich, insbesondere im Nahbereich des Klarflüssigkeitsabzuges, fadenförmige Gebilde angeordnet werden können. Die Mitnahmewirkung der länglichen Gebilde im Suspensionseinlaufbereich wirkt sich besonders günstig auch dadurch aus, daß die ansonsten die Beschleunigung der eingegebenen Suspension bewirkende Innenmantelfläche in diesem Bereich hinsichtlich ihrer Abbrasion geschont wird.

Claims (10)

1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber ihrem Mantel (1) mit Differenzdrehzahl umlaufender Schnecke (2), deren Wendelkontur an den Verlauf der Mantelinnenfläche mit geringem Abstand angepaßt ist und zwischen der, der Schneckennabe (3) und dem Mantel (1) ein Trennraum (6) gebildet ist, in den Suspension eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einen Teilbereich der Längserstreckung der Schneckennabe (3) über deren Umfang verteilt angeordnete längliche Gebilde (7, 8) nach Art von Fäden oder Borsten vorgesehen sind, die unter Angriff größerer Feststoffpartikel quer zu ihrer Längserstreckung nachgiebig sind und die sich spätestens unter Einwirkung von Fliehkraft bei Betrieb der Zentrifuge von der Schneckennabe (3) etwa radial abstrebend in den Trennraum (6) erstrecken.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7) nach Art von Fäden nur unter Fliehkrafteinfluß ringsum den Nabenumfang gesehen ihre Radialausrichtung einnehmen.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (8) nach Art von Borsten federelastisch sind.

4. Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7, 8) aus entsprechend zugbelastbarem Kunststoff, insbesondere fadenförmigem Polyamid, bestehen.

5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelkontur im Bereich der länglichen Gebilde (7, 8) unterbrochen ist und aus in Längsrichtung der Schneckennabe (3) gesehen, versetzt angeordneten Wendelabschnitten (5) besteht, die hinsichtlich des Feststofftransportes in dieser Längsrichtung gesehen lückenfrei sind oder sich geringfügig überlappen.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7, 8) in Längsrichtung der Schneckennabe (3) gesehen auf den Bereich zwischen Suspensionseinlauf (10) und Feststoffaustrag (13) beschränkt, vorzugsweise mit Abstand vor letzterem endend, angeordnet sind.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Suspensionseinlaufes (10) längliche, Gebilde (8) höherer Steifigkeit, insbesondere federelastisch nach Art von Borsten, angeordnet sind.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7, 8) in Richtung auf den Flüssigkeitsphasenablauf gesehen zunehmend feiner bzw. biegsamer und/oder dünner ausgebildet sind.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7, 8) - insbesondere in Ausbildung als Fäden - U-förmig ausgebildet sind, derart, daß der Mittelbereich an der Schneckennabe (3) festgelegt ist und die beiden daran anschließenden Halbbereiche als längliche Gebilde in dem Trennraum (6) auslaufen.

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Gebilde (7, 8) im Einlaufbereich der Suspension als federelastische Borsten und in dem oder den axial anschließenden Bereichen als schlaffe Fäden ausgebildet sind.