DE4233316A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von Fest­ körpern aus einer Flüssigkeit, mit einer Schöpfradwanne, die mit einem Zulauf für die Flüssigkeit und mit einem Ablauf ver­ sehen ist, und mit einem um eine horizontale Achse drehbar ge­ lagerten und in die Schöpfradwanne eintauchenden Schöpfrad, das mit Mitteln zum Entwässern der Festkörper aus der Flüssigkeit versehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssigkeit, nach dem mit Hilfe eines Schöpfrades die Festkörper aus einer Schöpfradwanne abgeschöpft und entwässert werden.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus der Praxis be­ kannt und werden im Handel bspw. als Sand-Entwässerungs- Schöpfräder zum Waschen und Entwässern von Sand und Kies ange­ boten. Ein solches Schöpfrad taucht in eine Schöpfradwanne etwa zur Hälfte ein und ist um eine horizontale Achse drehbar gela­ gert. Das Schöpfrad ist mit Entwässerungsfächern und Über­ laufkanälen versehen, mit deren Hilfe die Festkörper aus der Flüssigkeit abgeschöpft und entwässert werden. Aufgrund insbe­ sondere der durch die abzuführende Flüssigkeitsmenge bedingten Größe der Überlaufkanäle ist ein derartiges Schöpfrad im we­ sentlichen nur für die Trennung von eher groben Festkörpern aus Flüssigkeiten, also für eine Grobreinigung, geeignet.

Für die Trennung von feinen Festkörpern aus Flüssigkeiten sind sog. Zykloniereinrichtungen mit Hydrozyklonen bekannt. Dabei handelt es sich um Einrichtungen, die aus einer Anzahl einzel­ ner Hydrozyklone bestehen. Bei einem Zyklon handelt es sich grundsätzlich um einen Fliehkraftabscheider zur Stofftrennung, z. B. zur Entstaubung von Gasen oder - im Falle des Hydrozyklons - zur Stofftrennung in wäßrigen Systemen. Der Zyklon besteht im oberen Teil aus einem Zylinder, der sich nach unten zu einem Trichter verengt. Die Trennwirkung beruht darauf, daß die staubhaltigen Gase oder partikelbelasteten Flüssigkeiten nach tangentiellem Eingasen bzw. Einströmen in den Zyklon eine krei­ sende Bewegung ausführen, wobei die Schwerkraft und Zen­ trifugalkräfte auf die festen Bestandteile bzw. Partikel des Gemischs einwirken, die schließlich zur unteren Austrittsöff­ nung des Zyklons hin an dessen Wandung entlang treiben und un­ ten letztendlich entnommen werden. Gase bzw. Flüssigkeiten ver­ lassen den Zyklon im oberen Bereich, und zwar von den abge­ schiedenen Partikeln gereinigt.

Gerade bei der Trennung feiner Festkörper aus Flüssigkeiten mittels Zykloniereinrichtungen werden die Flüssigkeiten mit den davon zu trennenden Festkörpern den einzelnen Zyklonen zuge­ führt, in denen die Trennung durch Zyklonierung bzw. Hydrozy­ klonierung - gemäß voranstehender Erörterung - erfolgt. Die von der Flüssigkeit getrennten Festkörper werden danach einem Ent­ wässerungssieb zugeleitet, mit dessen Hilfe die getrennten Festkörper entwässert werden sollen. Bei diesem Vorgang ist es möglich, daß geringe Mengen der Festkörper nicht entwässert werden, sondern in der Flüssigkeit verbleiben und damit noch­ mals dem Zyklus zur Trennung zugeführt werden müssen. Des wei­ teren besteht die Gefahr, daß die Zykloniereinrichtung durch grobe Festkörper beschädigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung sowie ein Verfahren zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssigkeit zu schaffen, bei der bzw. dem grobe wie feine Fest­ körper schon beim ersten Durchlauf sicher von der Flüssigkeit trennbar sind.

Die voranstehende Aufgabe ist im Hinblick auf die erfindungsge­ mäße Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 ge­ löst. Danach ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Zykloniereinrichtung zur weiteren Trennung der Fest­ körper aus der Flüssigkeit vorgesehen, wobei ein Zulauf der Zy­ kloniereinrichtung mit dem Ablauf der Schöpfradwanne verbunden ist.

Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren ist die voran­ stehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 11 ge­ löst. Danach werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit Hilfe einer Zykloniereinrichtung weitere Festkörper aus der Flüssigkeit getrennt.

Durch Hintereinanderschalten des Schöpfrades und der Zy­ kloniereinrichtung wird die Trennung von groben und feinen Festkörpern in einem Durchlauf erzielt. Mit Hilfe der Zyklo­ niereinrichtung werden die von dem Schöpfrad nicht getrennten, eher feinen Festkörper aus der Flüssigkeit sicher abgeschieden. Die Zykloniereinrichtung kann dabei mit einem besonders hohen Wirkungsgrad arbeiten, da ihr eine schon vorgereinigte Flüssig­ keit zugeführt wird, also nicht mit gröberen Festkörpern bela­ stet ist. Dies garantiert gleichzeitig, daß eine Beschädigung der Zykloniereinrichtung durch grobe Festkörper aufgrund des vorgeschalteten Schöpfrades sicher vermieden wird. Insgesamt wird in erfindungsgemäßer Weise die Qualität der Trennung von Festkörpern aus Flüssigkeiten und damit die Qualität der Reini­ gung der Flüssigkeiten wesentlich erhöht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist einem Zyklonunterlauf der Zykloniereinrichtung eine Rutsche derart zugeordnet, daß die von der Zykloniereinrichtung abgetrennten Festkörper aus dem Zyklonenunterlauf über die Rutsche dem Schöpfrad zugeleitet werden. Für die Entwässerung der abge­ trennten Festkörper wird demnach das bereits vorhandene Schöpfrad verwendet. Auf diese Weise werden zusätzliche Bau­ teile und damit Kosten eingespart.

Gleichzeitig wird bei der in Rede stehenden Ausgestaltung ver­ mieden, daß abgetrennte Festkörper in der Flüssigkeit verblei­ ben. Durch Zuleitung der von der Zykloniereinrichtung getrenn­ ten Festkörper über die Rutsche zu dem Schöpfrad, bzw. zu den Entwässerungsfächern des Schöpfrades, fallen diese eher feinen Festkörper auf die bereits von dem Schöpfrad getrennten und in den Entwässerungsfächern enthaltenen, eher groben Festkörper. Dies hat zur Folge, daß die groben Festkörper eine Art Sieb für die feinen Festkörper darstellen, mit der Folge, daß bei der Entwässerung nur sehr geringe Mengen feiner Festkörper in der Flüssigkeit verbleiben.

Bei einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zykloniereinrichtung und die Rutsche oberhalb der Achse des Schöpfrades angeordnet. Zweckmäßigerweise ist dabei die Rutsche oberhalb der Schöpfstelle des Schöpfrades angeordnet. Dadurch wird in einfacher Weise erreicht, daß die durch die Zyklonier­ einrichtung getrennten Festkörper aufgrund ihres Gewichts pro­ blemlos über die Rutsche zu dem Schöpfrad gelangen. Besondere Bauteile für den Transport der Festkörper sind somit nicht er­ forderlich.

Im Rahmen einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist die Zykloniereinrichtung über eine Schlammpumpe mit der Schöpfradwanne verbunden. Auf diese Weise wird die Zulei­ tung der Flüssigkeit von der Schöpfradwanne zu der darüber angeordneten Zykloniereinrichtung erreicht. Durch die Verwen­ dung einer Schlammpumpe wird eine Beschädigung durch die in der Flüssigkeit noch enthaltenen Festkörper sicher vermieden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Er­ läuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen von Festkörpern aus ei­ ner Flüssigkeit in einer teilweise geschnitte­ nen, schematischen Seitenansicht und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung 1 weist eine Schöpfradent­ wässerungseinrichtung 2 und eine nachgeordnete Hydrozyklonier­ einrichtung 3 auf. Die Vorrichtung 1 ist in einer nach oben ge­ öffneten Wanne 4 untergebracht bzw. darin angeordnet, die gleichzeitig zur Befestigung der einzelnen Bauteile der Vor­ richtung 1 dient.

Die Schöpfradentwässerungseinrichtung 2 weist eine Zulauflei­ tung 5 auf, über die eine zu reinigende Flüssigkeit der Vor­ richtung 1 zugeführt wird. Die zu reinigende Flüssigkeit ist mit Festkörpern beladen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 von der Flüssigkeit getrennt und abgeschieden werden. So kann es sich bspw. bei der zu reinigenden Flüssig­ keit um eine Bohrspülung handeln, in der Bohrgut enthalten ist, das zum Zwecke einer Wiederverwendung der Bohrspülung - im Sinne einer Wiederaufbereitung - durch die Vorrichtung 1 ge­ trennt und abgeschieden wird.

Über die Zulaufleitung 5 gelangt die zu reinigende Flüssigkeit zu einem Zulauf 6 einer Schöpfradwanne 7. Dies ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 8 besonders gekennzeichnet. Der Zulauf 6 ist im Bereich einer Schöpfradwannenerweiterung 9 der Schöpfrad­ wanne 7 zugeordnet.

Die Schöpfradwanne 7 weist in der Draufsicht eine rechteckige Form auf, während sie im Querschnitt mit schräg nach innen verlaufenden Seitenwänden 10 versehen ist. Außer der Schöpfradwannenerweiterung 9 sind an der Schöpfradwanne 7 auch noch eine Abwurfeinrichtung 11 und ein Ablauf 12 vorgesehen, auf die später noch näher eingegangen werden wird.

Etwa in der Mitte der Schöpfradwanne 7 ist ein Schöpfrad 13 vorgesehen, das vertikal in der Schöpfradwanne 7 angeordnet ist und etwa zur Hälfte in diese eintaucht. Das Schöpfrad 13 ist um eine horizontale Achse 14 drehbar gelagert und wird mit Hilfe eines Antriebsmotors 15 in Drehung versetzt. Die Drehrichtung des Schöpfrades 13 ist in den Fig. 1 und 2 mit einem Pfeil 16 gekennzeichnet. Die Achse 14 und der Antriebsmotor 15 sind an der Schöpfradwanne 7 befestigt.

Wie in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, ist das Schöpfrad 13 entlang seines Umfanges mit einer Anzahl Entwässerungsfächer 17, 18 versehen, wobei jedem Entwässerungsfach 17, 18 wiederum eine Anzahl Überlaufkanäle 19, 20 zugeordnet ist.

Führt das Schöpfrad 13 eine Drehbewegung in Richtung des Pfei­ les 16 aus, so schöpft das Schöpfrad 13 mit Hilfe der Entwässe­ rungsfächer 17, 18 die mit Festkörpern beladene Flüssigkeit aus der Schöpfradwanne 7 ab. Aufgrund der Drehrichtung befindet sich die Schöpfstelle etwa im Bereich der Schöpfradwannenerwei­ terung 9.

Sobald bspw. das Entwässerungsfach 18 sich oberhalb der Oberflä­ che der in der Schöpfradwanne 7 enthaltenen Flüssigkeit befin­ det, läuft die Flüssigkeit durch die zugeordneten Über­ laufkanäle 20 wieder zurück in die Schöpfradwanne 7. Die in der Flüssigkeit enthaltenen, insbesondere gröberen Festkörper kön­ nen jedoch aufgrund der Dimensionierung der Überlaufkanäle 20 nicht zurück in die Schöpfradwanne 7 wandern, sondern bleiben in dem Entwässerungsfach 18 hängen. Die Festkörper verbleiben somit zuerst in dem Entwässerungsfach 18, bis sie nach einer Drehung von etwa 180° ausgehend von der Schöpfstelle wieder aus dem Entwässerungsfach 18 herausfallen.

An dieser Stelle, also auf der der Schöpfstelle in etwa gegenüberliegenden Seite des Schöpfrades 13, ist die bereits erwähnte Abwurfeinrichtung 11 angeordnet, die die aus den Entwässerungsfächern 17, 18 herausfallenden Festkörper auffängt und nach außen ableitet.

Mit Hilfe des Schöpfrades 13 werden somit insbesondere die grö­ beren Festkörper aus der zu reinigenden Flüssigkeit getrennt. Die insoweit gereinigte Flüssigkeit wird dann über den im Be­ reich der Schöpfradwannenerweiterung 9 angeordneten Ablauf ei­ ner Ablaufleitung 21 zugeführt, über die die beschriebene Schöpfradentwässerungseinrichtung 9 mit der nachfolgenden Hy­ drozykloniereinrichtung 3 verbunden ist. Dies ist in Fig. 1 durch einen weiteren Pfeil 22 gekennzeichnet.

Über die Ablaufleitung 21 gelangt die zu reinigende Flüssigkeit zu einer Schlammpumpe 23, die von einer Antriebseinheit 24 an­ getrieben wird. Mit Hilfe der Schlammpumpe 23 gelangt die Flüs­ sigkeit über eine Steigleitung 25 zu einem Zulauf 26a der Hydrozykloniereinrichtung 3. Dies ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 26 gekennzeichnet.

Die Hydrozykloniereinrichtung 3 setzt sich aus einer Anzahl einzelner Zyklone bzw. Hydrozyklone 27 zusammen, die jeweils in für sich bekannter Weise eine vorzugsweise vakuumunterstützte Trennung von Festkörpern aus Flüssigkeiten durchführen. Mit Hilfe der Zyklone 27 werden dabei insbesondere die feineren Festkörper aus der über den Zulauf 26a zugeführten, zu reinigenden Flüssigkeit getrennt.

Die durch die Zyklone 27 aus der Flüssigkeit getrennten Fest­ körper werden über Zyklonenunterläufe 28 aus der Hydrozyklo­ niereinrichtung 3 abgegeben. Die von den Zyklonen 27 gereinigte Flüssigkeit wird über Zyklonenüberläufe 29 an eine Überlauflei­ tung 30 abgeleitet. Durch die Überlaufleitung 30 gelangt die gereinigte Flüssigkeit zu einem Auffang- und/oder Ausgleichsbe­ hälter 31, der im hier gewählten Ausführungsbeispiel neben der Wanne 4 angeordnet ist.

Die Zyklone 27 sind oberhalb der Schöpfradwanne 7 und auch im wesentlichen oberhalb des Schöpfrades 13, insbesondere oberhalb der Achse 14 des Schöpfrades 13, angeordnet. Des weiteren sind die Zyklone 27 etwa über der Schöpfstelle des Schöpfrades 13 angeordnet. Auf diese Weise verbleibt zwischen den Zyklonen 27 und der Schöpfradwanne 7 bzw. dem Schöpfrad 13 ein Bereich, in dem eine Rutsche 32 vorgesehen ist. Diese Rutsche 32 ist einer­ seits den Zyklonenunterläufen 28, andererseits dem Schöpfrad 13 zugeordnet.

Dabei ist die Rutsche so unterhalb der Zyklonenunterläufe 28 angeordnet, daß die von den Zyklonen 27 getrennten und von den Zyklonenunterläufen 28 abgegebenen Festkörper auf die Rutsche 32 fallen. Des weiteren ist die Rutsche 32 derart angeordnet, daß die Festkörper von der Rutsche 32 in die Entwässe­ rungsfächer 17, 18 des Schöpfrades 13 fallen. Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, erfordert dies, daß die Rutsche 32 zu­ mindest oberhalb der Achse 14 sowie dicht neben dem Schöpfrad 13 angeordnet ist.

Die von der Hydrozykloniereinrichtung 3 aus der Flüssigkeit ge­ trennten, eher feinen Festkörper gelangen somit aus den Zyklo­ nenunterläufen 28 über die Rutsche 33 in die Entwässerungsfä­ cher 17, 18 des Schöpfrades 13 und von dort durch Drehung des Schöpfrades 13 über die Abwurfeinrichtung 11 nach außen. Die eher feineren Festkörper werden dabei auf die von dem Schöpfrad 13 getrennten, eher gröberen Festkörper aufgeworfen und zusam­ men mit diesen nach außen abgeleitet.

Das Schöpfrad 13 dient also nicht nur zur Entwässerung und dem Abwurf der von der Schöpfradentwässerungseinrichtung 2 getrenn­ ten gröberen Festkörper, sondern - über die Rutsche 32 - auch dem Abwurf und ggf. einer weiteren Entwässerung der feineren, durch die Hydrozykloniereinrichtung 3 getrennten Festkörper.

Abschließend sei hervorgehoben, daß das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel lediglich der beispielhaften Erläuterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht ein­ schränkt.

Bezugszeichen

 1 Vorrichtung
 2 Schöpfradentwässerungseinrichtung
 3 Hydrozykloniereinrichtung
 4 Wanne
 5 Zulaufleitung
 6 Zulauf
 7 Schöpfradwanne
 8 Pfeil
 9 Schöpfradwannenerweiterung
10 Seitenwand
11 Abwurfeinrichtung
12 Ablauf
13 Schöpfrad
14 Achse
15 Antriebsmotor
16 Pfeil
17 Entwässerungsfach
18 Entwässerungsfach
19 Überlaufkanal
20 Überlaufkanal
21 Ablaufleitung
22 Pfeil
23 Schlammpumpe
24 Antriebseinheit
25 Steigleitung
26 Pfeil
26a Zulauf
27 Zyklon
28 Zyklonunterlauf
29 Zyklonüberlauf
30 Überlaufleitung
31 Auffang-/Ausgleichsbehälter
32 Rutsche

Claims (15)

1. Vorrichtung (1) zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssigkeit, mit einer Schöpfradwanne (7), die mit einem Zulauf (6) für die Flüssigkeit und mit einem Ablauf (12) versehen ist, und mit einem um eine horizontale Achse (14) drehbar gelagerten und in die Schöpfradwanne (7) eintauchenden Schöpfrad (13), das mit Mitteln (17, 18, 19, 20) zum Entwässern der Festkörper aus der Flüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydrozy­ kloniereinrichtung (3) zur weiteren Trennung der Festkörper aus der Flüssigkeit vorgesehen ist, wobei ein Zulauf (5) der Hydro­ zykloniereinrichtung (3) mit dem Ablauf (12) der Schöpfradwanne (7) verbunden ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrozykloniereinrichtung (3) wenigstens einen Hydrozy­ klon (27) aufweist, der mit einem Zyklonunterlauf (28) und ei­ nem Zyklonüberlauf (29) versehen ist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zyklonunterlauf (28) eine Rutsche (32) zugeordnet ist, mit der die von der Hydrozykloniereinrichtung (3) getrennten Festkörper abgeleitet werden.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrozykloniereinrichtung (3) und die Rutsche (32) der­ art angeordnet sind, daß die abzuleitenden getrennten Festkör­ per dem Schöpfrad (13) zuleitbar sind.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schöpfrad (13) Entwässerungsfächer (17, 18) an seinem Umfang aufweist, und daß die abzuleitenden getrennten Festkör­ per den Entwässerungsfächern (17, 18) des Schöpfrades (13) zu­ leitbar sind.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydrozykloniereinrichtung (3) und die Rutsche (32) oberhalb der Achse (14) des Schöpfrades (13) angeordnet sind.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutsche (32) oberhalb der Schöpfstelle des Schöpfrades (13) angeordnet ist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonüberlauf (29) mit einem Aus­ gleichsbehälter (31) verbunden ist.

9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der hinsichtliche der Achse (14) gegen­ überliegenden Seite der Schöpfstelle des Schöpfrades (13) eine Abwurfeinrichtung (11) für die abgetrennten Festkörper vorgese­ hen ist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hyrozykloniereinrichtung (3) über eine Schlammpumpe (23) mit der Schöpfradwanne (7) verbunden ist.

11. Verfahren zum Trennen von Festkörpern aus einer Flüssig­ keit, bei dem mit Hilfe eines Schöpfrades (13) die Festkörper aus einer Schöpfradwanne (7) abgeschöpft und entwässert wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Hydrozykloniereinrichtung (3) weitere Festkörper aus der Flüssigkeit getrennt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Hydrozykloniereinrichtung (3) getrennten Festkörper einer Rutsche (32) zugeleitet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Hydrozykloniereinrichtung (3) getrennten Festkörper von der Rutsche (32) dem Schöpfrad (13) zugeleitet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper in Entwässerungsfächer (17, 18) des Schöpfrades (13) fallen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die im Schöpfrad (13) enthaltenen Festkörper über eine Abwurfeinrichtung (11) abgeworfen werden.