DE4446019C2

DE4446019C2 - Verfahren zum Trennen eines Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches und Schubzentrifuge zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4446019C2
Application number: DE19944446019
Authority: DE
Inventors: Henning Dr Ing Meldau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: DE4446019A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine doppeltwirkende Schubzentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 3 und eine einseitig wirkende Schubzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

Sowohl die DE-AS 10 92 840 als auch die US 22 32 768 zeigen eine Schubzentrifuge, mit der sich ein Verfahren zum Trennen eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches (Suspension) mit Hilfe einer Schubzentrifuge, bei dem das zu trennende Gemisch einer Beschleunigungseinrichtung zugeführt wird, in Umfangsrichtung beschleunigt, auf die Siebfläche der Zentrifuge aufgebracht und auf dem Weg über die Siebfläche entwässert wird, durchführen läßt. Wird der Beschleunigungseinrichtung zuviel Gemisch zugeführt, läuft sie über.

Die US 22 32 768 zeigt eine Abführung dieses Überlaufes. Bei der DE-AS 10 92 840 kann der Überlauf auf das bereits teilweise entwässerte Schleudergut gelangen.

Die DE-AS 10 92 840 zeigt eine gattungsgemäße Schubzentrifuge gemäß Anspruch 3; die US 22 32 768 zeigt eine gattungsgemäße Schubzentrifuge gemäß Anspruch 12.

Bei der Schubzentrifuge nach der DE 28 48 156 A1, wird das Flüssigkeits-Feststoff- Gemisch über Reibungseffekte beschleunigt. Ein wesentlicher Teil der kinetischen Energie wird dem Schleudergut auf der Siebfläche der Zentrifugentrommel selbst oder durch die auf der Zentrifugentrommel bereits befindliche Schleudergutschicht vermittelt. Ein Teil der Flüssigkeit wird erst abgetrennt, wenn das zugeführte Gemisch die Umfangs geschwindigkeit erreicht hat, d. h. auf der Schleudertrommel in Umfangsrichtung zur Ruhe gekommen ist. Die Aufgabemenge wird dabei durch die mittels Reibungswirkung übertragbare kinetische Energie begrenzt. Wird die Grenze überschritten, beginnt das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch über die Schleudergutschicht zu fließen. Das kann zu deutlichen Umwuchterscheinungen führen, da sich im Schleudergut in Axialrichtung erstreckende Täler mit einer ungleichmäßigen Massenverteilung bilden. Alle Bauteile, die mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit gegen die sich langsam bewegenden Feststoffpartikel prallen, unterliegen einer hohen Materialbeanspruchung. Die stoßartige Energieübertragung führt ferner produktabhängig zu einer mindestens teilweisen Zerstörung der Feststoffpartikel, beispielsweise eines Korns.

Es ist ferner allgemein bekannt, die radiale Ausdehnung der sich auf dem Innenumfang der Schleudertrommel von Schubzentrifugen bildenden Schleudergutschicht zu begrenzen und dafür eine Ringfläche zu verwenden. Dadurch soll bei einigen Schleudergütern eine geringere Restfeuchte erzielt werden.

Nach der DE 93 04 723 U1 ist es bei Schubzentrifugen bekannt, zur Beschleunigung des Gemisches profilierte Radialpumpenelemente zu verwenden. Mit diesen Pumpenelemen ten wird allerdings neben der gewünschten Beschleunigung auf Umfangsgeschwindigkeit auch stets eine unerwünschte Beschleunigung in radialer Richtung erreicht. Feststoff partikel, die in radialer Richtung fliegen, können gegen Bauteile der Zentrifuge prallen. Dabei kommt es sowohl zu Kornzerstörung als auch zu Materialverschleiß.

Nach DE-AS 11 32 499 ist ferner bekannt, die Schleudertrommel einer Schubzentrifuge mit einer fest verbundenen Vorrichtung, ähnlich einem Tellerseparator, zur Vorein dickung sehr dünnflüssiger Aufgabegüter auszuführen. Durch die Bewegung des Schub bodens wird jeweils der Ablauf des Voreindickers auf die Siebfläche geöffnet oder geschlossen. Durch den Druck, mit dem das eingedickte Gemisch auf die Siebfläche gelangt, kann es zu Spritzerscheinungen kommen.

Nach DE-PS 5 75 942 und US 3 136 722 ist bekannt, dem Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch bereits im Bereich des Strömungsraumes durch in den Schubboden integrierte Siebe Flüssigkeit zu entziehen. Die Flüssigkeit wird radial nach außen abgeführt.

Seit Zentrifugen zur Trennung eines Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches eingesetzt werden, wird beim Beschleunigungsvorgang entstehender Kornbruch und Materialverschleiß an produktbeaufschlagten Zentrifugenteilen beobachtet. Die Trennung eines Gemisches wird beeinflußt durch die Zentrifugalbeschleunigung (b_z), die auf das im Abstand R von der Rotationsachse befindliche Gemisch wirkt. Der Drallsatz fordert, daß für die Drall änderung der zugeführten Masse eine Energie (E) benötigt wird, die doppelt so groß ist, wie die kinetische Energie der rotierenden Masse (m).

Kornbruch und Materialzerstörung bei der Beschleunigung des Flüssigkeits-Feststoff- Gemisches sind sichtbares Ergebnis der bisher nicht vermeidbaren dissipativen Energieumsetzung. Kornbruch beim Beschleunigungsvorgang erhöht den Feinkornanteil des Schleudergutes und wirkt sich nachteilig auf die Restfeuchte des Schleudergutes aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schubzentrifuge zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, womit es möglich ist, die dissipative Energieumsetzung beim Beschleunigungsvorgang weitgehend zu verhindern und damit einen geringeren Energieeinsatz zu erreichen, bei gleichzeitig schonenderer Behandlung des Feststoffs.

Diese Aufgabe wird beim Verfahren durch den Anspruch 1 und bei der Schubzentrifuge durch den Anspruch 3 und 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Durch den Anspruch 2 wird die Energieübertragung auf das Flüssigkeits-Feststoff- Gemisch so verbessert, daß große Gemischmengen beschleunigt werden können. Eine formschlüssige Kraftübertragung gewährleistet bei einer doppeltwirkenden Schub zentrifuge, daß das Sediment mit maximalem Druck hinter den sich bewegenden Schubboden gelangt, und die vom Schubantrieb aufzubringende Schubarbeit auf ein Minimum reduziert wird.

Anspruch 4 und 5 gewährleisten bei geeigneter Dimensionierung die Betriebssicherheit der Abdichtung bei großen Durchsätzen und träge sedimentierenden Gemischen. Anspruch 6 und 7 zeigen einfache Möglichkeiten, die radial innen verbliebene Flüssigkeit abzuführen.

Anspruch 8 erhöht die Verweilzeit des Gemisches im Zentrifugalfeld und begünstigt den Sedimentationsvorgang.

Anspruch 9 verlängert die nutzbare Länge der Sedimentationskammer.

Anspruch 10 zeigt eine einfache Möglichkeit einer formschlüssigen Beschleunigung des Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches.

Anspruch 11 leitet das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch in Bereiche mit höherer Zentrifugalkraft, regelt je nach Sedimentbildung die axiale Strömung und reduziert dadurch den Feststoffgehalt der radial innen verbliebenen Flüssigkeit.

Anspruch 13 zeigt eine einfache Möglichkeit, die radial innen verbliebene Flüssigkeit bei einseitigen Schubzentrifugen abzuführen.

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

Fig. 1 zeigt eine doppeltwirkende einstufige Schubzentrifuge mit gefülltem Zulauf.

Die doppeltwirkende Schubzentrifuge enthält in einem Gehäuse 1 eine Schleudertrommel 2 mit einem darin angeordneten Schubboden 3, zwei Leitwände 40, 42, die sich zu beiden Seiten des Schubbodens 3 befinden und mit diesem starr verbunden sind. Beide Leitwände 40, 42 zusammen mit dem Schubboden (3) sind über Schraubbolzen 6 an dem Flansch 7 der Schubstange 8 befestigt, die zusätzlich zur Rotation oszillierende Schub kräfte in Richtung des Doppelpfeiles 9 auf den Schubboden 3 überträgt. Die Schubstange 8 ist konzentrisch in der fest mit dem Trommelboden 11 verbundenen, hohlen Antriebswelle 10 der Schleudertrommel 2 geführt.

Die Leitwände 40, 42 sind mit zylindrischen Ansätzen ausgerüstet, die sich parallel zur Siebfläche der Schleudertrommel 2 erstrecken. Ihre äußeren Mantelflächen 47, 48 bilden Dichtflächen für das Schleudergut 16. Die Abdichtung verhindert, daß aus der Sedimentationskammer 43 zugeführtes unvollständig sedimentiertes Gemisch von selbst axial an den Mantelflächen entlang nach außen wandert. In der Sedimentationskammer 43 sind rotationssymmetrisch angebrachte Bleche 44 vorgesehen, um das zugeführte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch in Rotation zu versetzen.

Innerhalb der Sedimentationskammer 43 findet die Vorentwässerung des Flüssigkeits- Feststoff-Gemisches statt, wobei die unterschiedliche Dichte von Feststoff und Flüssig keit für die Trennung genutzt wird. Das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch strömt solange in die Sedimentationskammer 43 ein, bis Sediment den hinteren Teil der Sedimentations kammer 43 füllt und das weitere Zuströmen von Gemisch behindert. Sobald der Schub boden 3 auf der Siebfläche der Schleudertrommel 2 Platz geschaffen hat, strömt unter dem Druck des Zentrifugalfeldes neues Sediment auf die Siebfläche der Schleudertrom mel 2 und gibt das Zulaufrohr 18 wieder frei. Der Steg 45 unterstützt diesen Mechanis mus. Der sedimentierte Feststoff wird auf seinem Weg über die Siebfläche entwässert.

Durch den Druck, mit dem das Sediment an den Schraubbolzen 6 vorbei auf die Sieb fläche der Schleudertrommel 2 strömt, wird die vom Schubantrieb aufzuwendende Schubarbeit reduziert. Das neu aus dem Zulaufrohr 18 zuströmende Gemisch fördert die beim Sedimentationsvorgang abgetrennte Flüssigkeit (Zentrat) aus dem Abzugsbereich 46, zwischen konzentrischem Ablaufrohr 35 und Zulaufrohr 18 hindurch, nach außen.

Fig. 2 zeigt eine einseitig wirkende einstufige Schubzentrifuge mit gefülltem Zulauf.

Die einseitig wirkende einstufige Schubzentrifuge enthält in einem Gehäuse 1 eine Schleudertrommel 2 mit einem darin angeordneten Schubboden 25. Der Schubboden 25 trägt durch Verschraubung eine Leitwand 26. Der Schubboden 25 ist an der Schubstange 8 befestigt, die zusätzlich zur Rotation oszillierende Schubkräfte in Richtung des Doppelpfeiles 9 auf den Schubboden 25 überträgt. Die Schubstange 8 ist konzentrisch in der fest mit dem Trommelboden 11 verbundenen, hohlen Antriebswelle 10 der Schleudertrommel 2 geführt. Die Leitwand 26 weist ebenfalls einen zylindrischen Ansatz 27 zur Bildung einer Dichtfläche 28 auf.

Innerhalb des radial inneren Teils der Leitwand 26 befindet sich ein Hohlraum 29 mit einem integrierten Sieb 30, das diesen Raum vom Strömungsraum 31 trennt. Im Strömungsraum 31 sedimentiert unter Einfluß der Zentrifugalkraft die schwerere Komponente. Das Sieb 30 bietet wie der Steg 45 in Fig. 1 eine Möglichkeit, Feststoff von der radial innen absedimentierten Flüssigkeit fernzuhalten, auch dann wenn bei kleinen Dichteunterschieden zwischen Feststoff und Flüssigkeit der Feststoff nicht ausreichend sedimentiert. Die Flüssigkeit (Zentrat) wird über die Bohrung 32 mit dem Ablaufrohr 35, welches das Zulaufrohr konzentrisch umhüllt, abgeführt.

Das Sediment gelangt auf die Siebfläche der Schleudertrommel 2 und wird bei seinem Weg über die Siebfläche unter Einfluß der Zentrifugalkraft entwässert.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse (

Fig.

1 + 2)

2

Schleudertrommel (

Fig.

1 + 2)

3

Schubboden (

Fig.

1)

6

Schraubbolzen (

Fig.

1)

7

Flansch (

Fig.

1)

8

Schubstange (

Fig.

1 + 2)

9

Doppelpfeil (

Fig.

1 + 2)

10

Antriebswelle (

Fig.

1 + 2)

11

Trommelboden (

Fig.

1 + 2)

16

Schleudergut (

Fig.

1 + 2)

18

Zulaufrohr (

Fig.

1 + 2)

25

Schubboden

26

Leitwand (

Fig.

2)

27

zyl. Ansatz (

Fig.

2)

28

Dichtfläche

29

Hohlraum (

Fig.

2)

30

Sieb (

Fig.

2)

31

Strömungsraum (

Fig.

2)

32

Bohrung (

Fig.

2)

35

Ablaufrohr (

Fig.

1 + 2)

40

Leitwand (

Fig.

1)

42

Leitwand (

Fig.

1)

43

Sedimentationskammer (

Fig.

1)

44

Bleche (

Fig.

1)

45

Steg (

Fig.

1)

46

Abzugsbereich (

Fig.

1)

47

Mantelfläche (

Fig.

1)

48

Mantelfläche (

Fig.

1)

Claims

1. Verfahren zum Trennen eines Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches (Suspension) mit Hilfe einer Schubzentrifuge, bei dem

a) das zu trennende Gemisch in axialer Richtung zentrisch in einen Raum (Sedimentationskaminer 43, Strömungsraum 31) zwischen zwei sich radial bis zur Innenoberfläche, der sich auf der Siebfläche der Schleudertrommel (2) bildenden Schleudergutschicht (16) erstreckenden, geschlossenen Leitwänden (40, 42; 26, Schubboden 25) zugeführt wird;
b) das Gemisch im Raum (Sedimentationskammer 43; Strömungsraum 31) langsam radial nach außen in Abhängigkeit von Schubfrequenz und/oder Schubweite strömt und dabei in Umfangsrichtung beschleunigt wird;
c) das Gemisch im Raum (Sedimentationskammer 43; Strömungsraum 31) zwischen den Leitwänden (40, 42; 26, Schubboden 25) sedimentiert, so daß radial außen sich der Feststoff mit dem in den Zwischenräumen zwischen dem Feststoff verbleibenden Flüssigkeitsanteil absetzt, während die restliche Flüssigkeit radial innen verbleibt;
d) der sedimentierte Feststoff unter Druck auf die Siebfläche der Zentrifuge aufgebracht und bei seinem Weg über die Siebfläche entwässert wird;
e) die radial innen im Raum (Sedimentationskammer 43; Strömungsraum 31) verbliebene restliche Flüssigkeit (Zentrat) aus diesem Raum (Sedimentations kammer 43; Strömungsraum 31) auf im Vergleich zum Feststoff niedrigem Energieniveau abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu trennenden Gemisch im Raum (Sedimentationskammer 43; Strömungsraum 31) zwischen den Leitwänden (40, 42; 26, Schubboden 25) ein Teil der zuzuführenden Energie formschlüssig übertragen wird.

3. Doppeltwirkende Schubzentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Beschleunigungseinrichtung (Sedimentationskammer 43), der das zu trennende Gemisch über eine Leitung (Zulaufrohr 18) zugeführt wird, mit einem Schubboden (3) zum Transport des Gutes über die Siebfläche der Schleudertrommel (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung als zentrisches Zulaufrohr (18) ausgebildet ist, die Beschleunigungseinrichtung als Sedimentationskammer (43) mit zwei in axialer Richtung zu beiden Seiten des Schubbodens (3) befindlichen, geschlossenen Leitwänden (40, 42), die sich bis zur Innenoberfläche der sich auf der Siebfläche bildenden Schleudergutschicht (16) erstrecken, ausgebildet ist, so daß das Sediment unter Druck hinter den sich bewegenden Schubboden (3) geführt wird, und daß eine Ableitung (Ablaufrohr 35) für die radial innen in der Sedimentationskammer (43) verbliebene Flüssigkeit (Zentrat) vorgesehen ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitwand (40, 42) Mittel zur Abdichtung der Leitwände (40, 42) gegen die Innenoberfläche der Schleudergutschicht (16) aufweist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitwand (40, 42) als Mittel zur Abdichtung einen sich in Längsrichtung der Schleudertrommel (2) jeweils vom Schubboden (3) weg erstreckenden zylindrischen Ansatz (Mantelflächen 47, 48) aufweist.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der radial innen verbliebenen Flüssigkeit parallel zum Zulaufrohr (18) in vorwiegend axialer Richtung erfolgt.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (18) konzentrisch von einem Ablaufrohr (35) umgeben ist.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sedimentationskammer (43) im radial inneren Bereich axial erweitert ist.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (18) asymmetrisch in der Nähe der der Eintrittsöffnung gegenüberliegenden Leitwand (42) endet.

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sedimentationskammer (43) radial nach außen gerichtete, sich axial erstreckende und mit den Leitwänden (40/42) rotierende Bleche (44) angeordnet sind.

11. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sedimentationskammer (43) ein das Zulaufrohr (18) umfassender Steg (45) vorgesehen ist.

12. Einseitig wirkende Schubzentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Beschleunigungsvorrichtung (Strömungsraum 31), der das zu trennende Gemisch über eine Leitung (Zulaufrohr 18) zugeführt wird, mit dem Schubboden 25 zum Transport des Gutes über die Siebfläche der Schleuder trommel (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung als zentrisches Zulaufrohr (18) ausgebildet - ist, die Beschleunigungseinrichtung als Sedimentationskammer (Strömungsraum 31) mit einer Leitwand (26) und dem Schubboden (25) ausgebildet ist, daß die Sedimentationskammer (Strömungsraum 31) sich bis zur Innenoberfläche der sich auf der Siebfläche bildenden Schleudergutschicht (16) erstreckt, so daß das Sediment unter Druck zugeführt wird, und daß eine Ableitung (Ablaufrohr 35) für die radial innen in der Sedimentationskammer (Strömungsraum 31) verbliebene Flüssigkeit (Zentrat) vorgesehen ist.

13. Zentrifuge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (18) konzentrisch von einem Ablaufrohr (35) zur Ableitung der radial innen verbliebenen Flüssigkeit umgeben ist.

14. Zentrifuge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Teil der Leitwand (26) ein Sieb (30) aufweist, hinter dem sich die anteilige, absedi mentierte Flüssigkeit sammelt und über das Ablaufrohr (35) abgeleitet wird.

15. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (26) als Mittel zur Abdichtung einen sich in Längsrichtung der Schleudertrommel (2) vom Schubboden (25) weg erstreckenden Ansatz (Dichtfläche 28) aufweist.