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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Zentrifuge mit einem Mantel, der eine Innenfläche mit wenigstens einem Vollmantelabschnitt
und wenigstens einem Siebabschnitt aufweist, und mit einer Fördereinrichtung
zum Schieben eines Kuchens längs
des Kuchenstromwegs zu einer Austragsöffnung. Eine solche Zentrifuge
ist in der US-4 634 536 A offenbart. Diese Zentrifuge ist eine Zentrifuge
in Dekanterbauweise und ist mit einem Siebabschnitt zum Waschen des
Kuchens versehen, bevor er ausgetragen wird.
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Industrielle Zentrifugierprozesse
zum Abtrennen von teilchenförmigem
Material aus verschiedenen Verunreinigungen umfassen die Sedimentation
und Filtration. Im Allgemeinen wird das teilchenförmige Material
als Kuchen erzeugt, der unterschiedliche Feuchtegrade hat, was von
der Art des teilchenförmigen
Materials und dem speziellen Separierprozess abhängt. Der Kuchen besteht aus
einer schweren Phase, während
ein Filtrat oder Zentrat eine leichte Phase bildet. Bei einigen
Anwendungen ist eine von dem entwässerten Kuchen durch einen Waschprozess
in einer Zentrifuge entfernte Mutterflüssigkeit eine wertvolle Komponente,
während
der Kuchen der Abfall ist. Bei anderen Anwendungen sind Harze oder
Kristalle in dem Kuchen das wertvolle Produkt, während Verunreinigungen in dem
Kuchen mit dem Filtrat oder Zentrat entfernt werden.
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Eine Zentrifuge in Dekanterbauweise
hat eine Fördereinrichtung
in Form von einer oder mehreren wendelförmigen Schraubenwänden, die
sich bezogen auf die Geschwindigkeit des Mantels oder der Außenwand
mit einer geringfügig
unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit drehen. Wenn der Mantel
eine massive Wand mit einer zylindrischen Hülle hat, auf die eine konische
Hülle oder
ein Trockenabschnitt folgt, die sich von einem Klärteich an
einem Eingabe- oder Zuführende
der Zentrifuge zu einer Kuchenaustragsöffnung oder zu Kuchenaustragsöffnungen
an einem Abgabeende der Zentrifuge erstrecken, ist die Zentrifuge
als eine Dekanter- oder Vollmantelzentrifuge bekannt. In dem zylindrischen
Abschnitt der Zentri fuge erfolgt ein Sedimentationsprozess, während die
Entwässerung
des Kuchens in dem konischen Trockenbereich erfolgt. Wenn der Mantel
stromab und außerhalb
des Klärteichs
mit einem oder mehreren Siebabschnitten versehen ist, ist die Zentrifuge
in Dekanterbauweise als Siebmantelzentrifuge bekannt und führt einen
Filtrierprozess aus.
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Eine andere Art einer Filtrierzentrifuge
ist eine Schub- oder Schub-Trommelzentrifuge. Eine solche Zentrifuge
hat eine erste zylindrische Trommel an einem Eintragsende der Zentrifuge
und eine zweite zylindrische Trommel mit größerem Durchmesser an einem
Kuchenaustragsende der Zentrifuge. Die Trommeln drehen mit hoher
Winkelgeschwindigkeit. Zusätzlich
sind die Trommeln dieses zweistufigen Trommelsystems in Längsrichtung
bezüglich einander
hin- und herbewegbar, wobei Schubplatten das Teilchenmaterial der
schweren Phase in einer Schicht längs der ersten Trommel von
der ersten Trommel zur zweiten Trommel und längs der zweiten Trommel zu
einer Kuchenaustragsöffnung
schieben. Es gibt auch einstufige Schubzentrifugen oder Schubzentrifugen
mit zwei oder mehr Stufen, beispielsweise vier Stufen.
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Man hat Filterzentrifugen zum Waschen
des Kuchens verwendet, um Verunreinigungen zu entfernen. Es gibt
zwei Arten des Waschens, ein Sprühwaschen
und ein Vollwaschen. Beim Sprühwaschen wird
Waschflüssigkeit
auf einen örtlich
begrenzten Bereich auf der Kuchenoberfläche aufgebracht und versucht,
die Mutterflüssigkeit
zu verdrängen,
die die Verunreinigungen enthält.
Das Sprühwaschen
wird üblicherweise
in einer Siebmantelzentrifuge verwendet, wo sich die Kuchenhöhe über dem
Sieb von einer dünnen
Schicht zu einer dicken Schicht angrenzend an die Druckfläche des
Förderblatts ändert.
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Eine andere Zentrifugenart, die insbesondere
zum Entwässern
und Waschen von eingedickten Schlämmen mit teilchenförmigen Feststoffen
verwendet wird, ist eine konische Siebzentrifuge. Die Zentrifugenwand
hat ein konisches Sieb, das in Richtung des Kuchenstroms einen zunehmenden
Durchmesser hat. Die teilchenförmigen
Feststoffe werden von dem Sieb zurückgehalten, wenn die Flüssigkeit hindurchfiltert.
Das konische Sieb hat den Vorteil, dass der Kuchen eine zunehmende
Zentrifugalschwerkraft erfährt,
wenn der Kuchen sich zu dem großen
Durchmesser des Konus hinabbewegt. Die Zentrifugal-G-Kraft ist proportional
zum Radius des Siebs für
eine gegebene Drehzahl der Trommel. Ein weiterer Vorteil des konischen
Siebs mit zunehmendem Durchmesser besteht darin, dass für eine vorgegebene
Kuchenmasse die Kuchenhöhe
und somit der Widerstand gegen einen Flüssigkeitsabzug, wenn sich der
Kuchen zu dem Ende des Konus mit dem großen Durchmesser hin bewegt,
aufgrund der Massenerhaltung reduziert werden. Diese beiden Vorteile
verstärken
die Entwässerung
des Kuchens. Bei den konischen Siebzentrifugen wird auch das Sprühwaschen
zum Entfernen von Verunreinigungen verwendet, die in der Mutterflüssigkeit
gelöst
sind.
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In einer Zentrifuge mit konischem
Sieb wird eine verdickte oder konzentrierte Beschickung nach einer
Vorbeschleunigung auf die richtige Tangentialgeschwindigkeit in
die Zentrifuge am kleineren Ende des konischen Siebs eingeführt. Der
Kuchen läuft den
Konus abwärts,
wenn der halbe Konuswinkel, gewöhnlich
30° bis
40° bezogen
auf die Maschinenachse, steil genug ist, um die Reibungskräfte zu überwinden.
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Wenn der Konuswinkel klein ist, gewöhnlich 15° bis 25°, wird ein
mechanischer Fördermechanismus
verwendet, um den Kuchen von dem kleinen Ende des Konus zu seinem
großen
Ende zu fördern. Ein
solcher Mechanismus ist ein Schraubenförderer mit einem einzigen fortlaufenden
Strang. Ein anderer diesbezüglicher
Mechanismus ist ein mehrgängiger Schraubenförderer (4 Gänge sind üblich).
Ein weiterer Mechanismus ist ein Satz von gesonderten Abkratzmessern,
von denen jeder einer Helix entspricht. Auf jeden Fall dreht der
Förderer
mit einer Differenzgeschwindigkeit verglichen mit dem Sieb, wodurch der
Kuchen auf dem Sieb abwärts
befördert
wird. Durch Einstellen der Differenzgeschwindigkeit können die
Kuchenbewegung und die damit verbundene Kuchenverweilzeit eingestellt
werden. Ein anderer Mechanismus ist ein Vibrator, beispielsweise
eine Drehung von exzentrischen Massen mit einer Vibrationsachse
parallel zur Maschinenachse. Die durch die Vibration erzeugte Trägheitskraft
bewegt den Kuchen vom kleinen Ende zum großen Ende, dem Austragsende
der Zentrifuge, vorwärts.
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Schubzentrifugen sind zum Auswaschen
von Kristallen mit Teilchen hervorragend, die eine Größe von mehr
als 75 bis 100 μm
haben, während
Siebmantelzentrifugen für
ein adäquates
Waschen sorgen, wenn die mittlere Teilchengröße der behandelten Kristalle
größer als
45 μm ist.
Für chemische
Anwendungen, wie die Separierung von feinen Harzen, wo Teilchen
im 5-bis-30-μm-Bereich
liegen, sind beide Zentrifugenarten durch Feinfeststoffe begrenzt, die
durch das Sieb hindurchgehen. Stattdessen werden perforierte Chargen-Korbzentrifugen mit
einem Filtertuch verwendet, die feine Öffnungen haben, um den Verlust
von feinen Feststoffen in dem Filtrat zu verhindern. Chargenprozesse
erfordern jedoch die Verwendung von Ausgleichsbehältern für die Zwischenlagerung
und die Einführung
der Be schickung, was bei bestimmten Anwendungen nicht akzeptierbar
ist. Ferner ist sowohl bei Chargen- als auch bei Durchlauf-Zentrifugalfiltern
die Zentrifugalkraft auf ein Maximum von 1000 bis 2000 g begrenzt,
was für das
Entwässern
feiner Teilchen mit einem Kuchen geringer Durchlässigkeit unzureichend ist.
Außerdem kann
die in den Kapillaren des Kuchens eingeschlossene Feuchte für die Chargentrommel
beträchtlich sein,
insbesondere für
feine Teilchen. Dies wird teilweise bei dem Chargentrommelprozess
dadurch kompensiert, dass eine lange Wasch- und Entwässerungszeit
mit dem Ergebnis eines geringeren Feststoffdurchsatzes vorgesehen
wird.
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Zum Waschen von feinen Harzen ohne
den Nachteil, die feinen Teilchen zu verlieren, hat man Vollmanteldekanter
verwendet. Bei einer Anwendung wird der Harzschlamm nach dem Austritt
aus einem Reaktor in eine Dekanterzentrifuge eingeführt, wo der
Kuchen zuerst in einer Trockenzone entwässert und dann mit einer geeigneten
Flüssigkeit
gewaschen wird, um die Kuchenmutterflüssigkeit (den wertvollen Teil)
zu verdrängen,
die in den Teich zurückfließt. Die
Mutterflüssigkeit
wird dann mit dem Zentrat ausgetragen. Der Kuchen (der Abfallteil)
wird vor dem Austrag entwässert.
Bei einer anderen Anwendung einer Vollmantelzentrifuge sind das
Harz oder die Kristallfeststoffe die wertvolle Komponente. Durch
Waschen werden die Verunreinigungen in dem Kuchen reduziert, bevor
der Kuchen aus der Vollmantelzentrifuge ausgetragen wird. Die in
der Waschflüssigkeit
gelösten
Verunreinigungen verlassen die Maschine mit dem Zentrat.
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Bei der Vollmantelzentrifuge ist
jedoch das Waschen beschränkt,
das in der Trockenzone erfolgt, nachdem der Kuchen durch die Schnecke
gefördert worden
ist, da die Verweilzeit sehr kurz ist, nämlich in der Größenordnung
von wenigen Sekunden oder weniger liegt. Der wesentlichste Nachteil
besteht darin, dass die Waschflüssigkeit
zusammen mit den Verunreinigungen oder Wertstoffen in der Mutterflüssigkeit mit
dem Kuchen herausgefördert
werden. Dies begrenzt den Einsatz von Vollmantelzentrifugen für das Kuchenwaschen.
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Die EP 0 787 532 A1 offenbart eine
Dekanterzentrifuge mit einem Mantel, der mit einer Kuchenaustragsöffnung an
einem Ende und einer Austragsöffnung
für die
Flüssigphase
am anderen gegenüberliegenden
Ende versehen ist. Der Mantel hat einen zylindrischen Abschnitt
und einen Trockenabschnitt, der zwischen dem zylindrischen Abschnitt
und der Kuchenaustragsöffnung
angeordnet ist. Innerhalb des Mantels ist ein Förderer mit einer Wendelschnecke
angeordnet. Zum Erschweren des Kuchenstroms zur Kuchenaustragsöffnung ist
ein Strömungssteueraufbau
in Form eines Wehrs oder einer Stauplatte in der Nähe der Kuchenaustragsöffnung vorgesehen.
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Es ist das Ziel der Erfindung, eine
Zentrifuge bereitzustellen, die es ermöglicht, einen sehr reinen Kuchen
mit einem stark reduzierten Gehalt an Verunreinigungen zu erhalten.
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Dieses Ziel wird mit einer Zentrifuge
erreicht, die wenigstens einen ersten und einen zweiten Sperrkörper hat,
wobei der Mantel in wenigstens erste und zweite Kammern getrennt
ist, um Einlass- und Auslassöffnungen
für die
Kammern zwischen dem Mantel und ihren freien Rändern zu bilden, wobei die erste
Kammer längs
des Kuchenstromwegs stromauf von dem ersten Sperrkörper eine
Wiederaufschlämmungskammer
ist, die den Vollmantelabschnitt aufweist und mit einer Waschflüssigkeitszuführung versehen
ist, und wobei die zweite Kammer zwischen dem ersten Sperrkörper und
dem längs
des Kuchenstromwegs stromab gelegenen zweiten Sperrkörper eine
Entwässerungskammer
ist, die den Siebabschnitt aufweist.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Vollmantelabschnitt
an dem ersten Sperrkörper
vorbei, um den Austrag von Feinteilchenmaterial durch den Siebabschnitt
hindurch zu verhindern.
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Vorteilhafterweise ist die von dem
Siebabschnitt und den Sperrkörpern
gebildete Entwässerungskammer
mit Sprühdüsen versehen.
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Zur Optimierung des Kuchenstroms
sind die Sperrkörper
radial einstellbar.
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Es ist zweckmäßig, dass der Einlasssperrkörper eine
radiale Einstellung hat, die es nur dem Kuchen angrenzend an dem
längs des
Kuchenstromwegs stromauf befindlichen Vollmantelabschnitt erlaubt,
zu der darauf folgenden Entwässerungskammer
zu gelangen, wobei die Kuchenschicht sehr trocken ist.
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Vorzugsweise ist eine Vielzahl von
längs des Kuchenstromwegs
aufeinander folgenden Wiederaufschlämmungskammern und Entwässerungskammern
vorgesehen.
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Eine oder mehrere der Wiederaufschlämmungskammern
und eine oder mehrere der Entwässerungskammern
sind vorteilhafterweise längs
einer zylindrischen Mantelwand vorgesehen.
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Die Fördereinrichtung der Zentrifuge
kann aus einer Nabe und Schneckengangwänden bestehen. Bei dieser Ausgestaltung
erstrecken sich die Sperrkörper
von der Nabe nach außen
und grenzen an die Schneckengangwände an und sind mit ihnen radial
beweglich verbunden.
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Die Sperrkörper können sich im Wesentlichen senkrecht
zu den Schneckengangwänden
erstrecken. In diesem Fall können
im Hinblick auf die Helixgeometrie die Sperrkörper so angeordnet sein, dass
sie Wiederaufschlämmungskammern
bilden, die Mantelwände
haben, die vollständig
massiv sind.
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Aufgrund der Helixgeometrie können dreieckige
Lochwand- oder Massivwandbereiche an den Wiederaufschlämmungskammern
bzw. den Entwässerungskammern
vorhanden sein. Um Wiederaufschlämmungskammern
mit radial äußeren Wänden, die
vollständig
massiv sind, und um Entwässerungskammern
zu bilden, deren radial äußeren Wände vollständig durchlocht
sind, müssen
diese dreieckigen Wandbereiche durch entsprechende dreieckige, massive
oder durchlochte Wandbereiche ausgetauscht werden.
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Dieses Problem besteht nicht, wenn
zur Erzeugung der Wiederaufschlämmungs-
und Entwässerungskammern
Umfangssperrkörper
verwendet werden.
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Natürlich können eine oder mehrere Wiederaufschlämmungskammern
und eine oder mehrere Entwässerungskammern
längs eines
konischen Trockenabschnitts des Mantels vorgesehen werden.
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Weiterhin kann sich die Vielzahl
der Vollmantelabschnitte, die sich mit einer Vielzahl von Lochsiebabschnitten
abwechseln, am Umfang einer Zentrifuge in Schubbauweise erstrecken,
wobei eine Vielzahl von Umfangs- und Radialsperrkörpern an
Verbindungsstellen zwischen benachbarten Vollmantel- und Lochsiebabschnitten
angeordnet ist.
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Vorzugsweise kann wenigstens einer
der Sperrkörper
mit einer konkaven Oberfläche
auf einer längs
des Kuchenstromwegs Stromaufseite vorgesehen sein, die mit einer
konkaven Fläche
von der stromabseitigen Austragsöffnung
wegweist.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen
weiter beschrieben.
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1 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer Siebmantelzentrifuge gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer Siebmantelzentrifuge, die mit einem Ablenk- oder Sperrkörper gemäß der vorliegenden
Erfindung versehen ist.
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3 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht einer
Siebmantelzentrifuge, die wahlweise mit Ablenk- oder Sperrkörpern nach
der vorliegenden Erfindung versehen ist, und zeigt die Anordnung
der Ablenk- oder Sperrkörper bezogen
auf die abwechselnden zylindrischen Vollmantel- und Siebabschnitte.
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4 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht ähnlich 3 und zeigt eine alternative
Anordnung von Ablenk- oder Sperrkörpern bezüglich der abwechselnden zylindrischen Vollmantel-
und Siebabschnitte.
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5 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht ähnlich 3 und zeigt Modifizierungen
der zylindrischen Vollmantel- und Siebabschnitte von 3.
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6 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht ähnlich 3 und zeigt alternative
Vollmantel- und Siebabschnitte mit unterschiedlicher Breite bezüglich eines
Abstands zwischen aufeinander folgenden Förderschneckengängen.
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7 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht ähnlich 3 und zeigt alternative
Sperrkörper,
die sich am Umfang anstatt senkrecht zu den Fördergängen erstrecken.
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8 ist
eine schematische Teil-Längsschnittsansicht
einer weiteren Ausführungsform
einer Zentrifuge, die wahlweise mit Ablenk- oder Sperrkörpern oder
Umwälzschaufeln nach
der vorliegenden Erfindung versehen sind, und zeigt die Wiederaufschlämmung und
Separierung in konischen und zylindrischen Mantelabschnitten über einem
ringförmigen
Separierteich.
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9 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer zweistufigen Zentrifuge in Schubbauweise, die mit Sperrkörpern gemäß der vorliegenden
Erfindung versehen sein kann.
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10 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht einer
Zentrifuge mit Konussieb und zeigt die Anordnung von Sperrkörpern bezüglich abwechselnder,
zylindrischer, lochfreier Abschnitte und Siebabschnitte.
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11 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht einer
weiteren Zentrifuge mit Konussieb und zeigt die Anordnung von Sperrkörpern bezüglich abwechselnder
zylindrischer lochfreier Abschnitte und Siebabschnitte.
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12 ist
eine schematische, flach gelegte oder abgewickelte Ansicht eines
weiteren Konussiebs und zeigt die Anordnung von Sperrkörpern bezüglich abwechselnder,
zylindrischer, lochfreier Abschnitt und Siebabschnitte.
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13 ist
ein schematischer Längsschnitt längs der
Linie XVI-XVI von 12.
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14 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Sperrkörpers
im Schnitt.
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15 zeigt
eine zweite Ausführungsform eines
Sperrkörpers
im Schnitt.
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Wie schematisch in 1 gezeigt ist, hat eine Siebmantelzentrifuge
einen Mantel 66 mit einem zylindrischen Abschnitt 68,
der auf einer Seite mit einer Querwand 70 und auf der gegenüberliegenden Seite
mit einem konischen Trockenabschnitt 72 verbunden ist.
Die Querwand 70 ist mit einer Flüssigkeitsaustragsöffnung 74 versehen,
die eine radiale Stelle hat, welche die Tiefe eines Klär- oder
Trennteichs 76 begrenzt. Ein Förderer 78 mit einer
oder mehreren wendelförmigen
Schraubengangwänden 80 dreht
sich mit einer Geschwindigkeit, die sich etwas von der des Mantels 66 unterscheidet,
um teilchenförmiges
Material oder einen Kuchen 82 aus dem Teich 76 längs der
Trockenzone 72 zu einem zylindrischen Mantelabschnitt 84 mit
kleinerem Durchmesser zu schieben, der auf einer Seite der Trockenzone 72 angeordnet
ist, die dem Teich 76 und dem zylindrischen Abschnitt 68 gegenüberliegt.
Während der Überwindung
der Trockenzone 72 wird das teilchenförmige Material oder der Kuchen 82 entwässert, wobei Überschussfluid
zurück
in den Teich 76 fließt.
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Ansprechend auf die Differenzgeschwindigkeit
des Förderers 78 bezüglich des
Mantels 66 wird der Kuchen 82 längs des
zylindrischen Mantelabschnitt 84 und über einen zylindrischen Siebabschnitt 86 zu
einer Kuchenaustragsöffnung
bei 88 verschoben. Während
des Durchgangs über
den Siebabschnitt 86 wird der Kuchen 82 aufgrund
Desaturation entwässert,
d. h. durch Ausstoßen
von Flüssigkeit durch
den Siebabschnitt 86, was durch Pfeile 90 veranschaulicht
ist.
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Der Siebabschnitt 86 ist
auf einer – durch
die Richtung des Kuchenstroms definiert – Stromaufseite durch einen
Einlasssperrkörper 92 und
auf einer Stromabseite durch einen Auslassspenkörper 94 flankiert.
Der Sperrkörper 92 wirkt
mit der Differenzgeschwindigkeit des Förderers 78 bezüglich des Mantels 76 so
zusammen, dass die Kuchenmenge gesteuert wird, die zu dem Siebabschnitt 86 freigegeben
wird, während
der Sperrkörper 94 mit
der Differenzgeschwindigkeit des Förderers 78 bezüglich des Mantels 66 zur
Steuerung der Rückhaltezeit
des Kuchens auf dem Sieb und des Kuchenaustragsdurchsatzes durch
die Öffnung 88 zusammenwirkt.
Hier ist anzumerken, dass der zylindrische Mantelabschnitt 84 sich
an dem Sperrkörper 92 vorbei
erstreckt, um den Austrag von feinem teilchenförmigem Material durch den Siebabschnitt 86 zu
verhindern.
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Stromauf von dem Sperrkörper 92 sind
Zuführdüsen für ein Vollwaschen
vorgesehen, um das Teilchenmaterial oder den Kuchen 82 nach
der anfänglichen
Entwässerung
und vor der weiteren Entwässerung
in dem Siebbereich des Mantels wieder aufzuschlämmen. Dieses Vollwaschen fluidisiert
den Kuchen 82 und dient auch zur Erhöhung und Verdrängung von
der verunreinigten Mutterflüssigkeit, die
zurück
nach unten in den Klärteich 76 strömt. Dementsprechend
hat der stromab an dem Sperrkörper 92 vorbei
zum Siebabschnitt 86 geförderte Kuchen einen reduzierten
Verunreinigungsgehalt. Der Sperrkörper 92 erlaubt es
nur der Kuchenschicht, die an den zylindrischen Mantelabschnitt 84 angrenzt,
zu der darauf folgenden Entwässerungsstufe
zu gelangen. Diese Kuchenschicht ist die trockenste.
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Der Austritts- oder Auslassspenkörper 94 steuert
das Kuchenprofil am Auslassende des Siebabschnitts 86 und
steuert auch die Verweilzeit des Kuchens auf dem Siebabschnitt 86, um
so die Entwässerung
des Kuchens auf dem Siebabschnitt 96 zu maximieren. Die
Sperrkörper 92 und 94 trennen den
Zentrifugenmantel 66 in zwei Kammern. In der ersten Kammer
stromauf von dem Sperrkörper 92 erfolgt
eine Entwässerung
des Kuchens 82 auf der Trockenzone 72, während eine
Wiederaufschlämmung auf
dem zylindrischen Mantelabschnitt 84 vor sich geht. In
der zweiten Kammer zwischen den Sperrkörpern 92 und 94 wird
eine Entwässerung
für den
Siebabschnitt 86 bewirkt.
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Zu vermerken ist, dass die Sperrkörper 92 und 94 sowie ähnliche,
nachstehend offenbarte Sperrkörper
radial einstellbar sind, was durch Pfeile 98 und 100 veranschaulicht
ist. Zu berücksichtigen ist,
dass die radialen Positionen der Sperrkörper 92 und 94 von
außerhalb
der Maschine einstellbar sind, ohne dass deren Demontage erforderlich
ist. In dem US-Patent 5,643,169 sind verschiedene Mechanismen zur
Verwirklichung dieser Einstellbarkeit offenbart.
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Die von dem Siebabschnitt 86 und
den Sperrkörpern 92 und 94 begrenzte
Entwässerungskammer
ist wahlweise mit Sprühdüsen 102 versehen.
Die durch die Düsen 102 bewirkte
Sprühwaschung
ist effektiver als herkömmliche
Sprühwaschungen,
da der Kuchen über
dem Siebabschnitt 86 gleichförmiger als bei herkömmlichen
Zentrifugen aufgrund des Nivellierungseffekts des Sperrkörpers verteilt
ist.
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Die Sperrkörper 92 und 94 können außerdem Profile ähnlich denen
von 14 und 15 zur Verstärkung der
Umwälzung
des Kuchens haben, um eine große
Umwälzstromschleife
zur Verbesserung der Kuchenwaschung einzurichten.
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Wie in 2 gezeigt
ist, hat die Dekanterzentrifuge in Siebmantelbauweise einen Mantel 104 mit
einem ersten zylindrischen Vollmantelabschnitt 106, der
an einem Ende mit einer konischen Trockenzone 108 verbunden
ist, die wiederum mit einem zweiten zylindrischen Vollmantelabschnitt 110 verbunden
ist, auf den stromab abwechselnd Sieb- und Vollmantelabschnitte
folgen. Benachbart zu dem Mantelabschnitt 110 ist auf der
Stromabseite bestimmt durch die Richtung 112 des Stroms
einer Schicht aus teilchenförmigem
Material oder des Kuchens 114 ein ringförmiger oder zylindrischer Siebabschnitt 116.
Auf einer Stromabseite des Siebabschnitts 116 ist ein weiterer
zylindrischer Vollmantelabschnitt 118 und dann ein weiterer
ringförmiger
oder zylindrischer Siebabschnitt 120 vorgesehen. An den Verbindungsstellen
zwischen den aufeinander folgenden zylindrischen Mantelabschnitten 110,
116, 118 und 120 stromab
von der Trockenzone 108 ist eine Reihe von radial einstellbaren
Sperrkörpern 122, 124, 126, 128 und 130 angeordnet,
die von einer Nabe 132 eines Förderer 134 herabhängen, um
dazwischen eine Reihe von Kammern 136, 138, 140 und 142 zu
bilden. Die Kammern 136 und 140 sind mit Düsen oder
Kanälen 144 und 146 versehen (schematisch
durch den Fluidstrom anzeigende Pfeile veranschaulicht), die sich
durch die Förderernabe zum
Einführen
von Waschflüssigkeit
in diejenigen Kammern für
die Zwecke einer Wiederaufschlämmung
des Kuchens 114 während
seines Übergangs längs eines
Kuchenstromswegs (siehe Richtung des Strompfeils 112) von
einem Klärteich 148 an
einem Ende der Zentrifuge zu einer Kuchenaustragsöffnung oder Öffnungen 150 auf
dem gegenüberliegenden Ende
der Zentrifuge erstrecken. Der Förderer 134 hat eine
oder mehrere Schraubengangwände 152 zum Schieben
des Kuchens 114 längs
des Kuchenstromwegs, der durch die Kuchenstromrichtung 112 gekennzeichnet
ist. Wie im Einzelnen später
beschrieben wird, sind die Sperrkörper 122, 124, 126, 128 und 131 zu
den Förderergangwänden 152 benachbart
und bewegbar damit verbunden. Die Sperrkörper 122, 124, 126, 128 und 130 bilden
Eintritts- und Austrittsöffnungen
für die
verschiedenen Zwischenkammern 136, 138, 140 und 142 und
steuern die Kuchendicke auf den Eintrittsseiten der Kammern. Wie oben
unter Bezug auf 1 erörtert wurde,
können die
Sprühdüsen mit
niedrigem Durchsatz (nicht gezeigt) in Entwässerungskammern 138 und 142 vorgesehen
werden. Die Sperrkörper 124 und 128 führen den
Kuchen in die Kammern 138 und 142 zwangsweise
so, dass er eine gleichförmige
Dicke hat, wodurch das Entfernen der restlichen Mutterflüssigkeit
durch Abziehen in diesen Kammern erleichtert oder gesteigert wird.
Andererseits führen
die Sperrkörper 122 und 126 den
Kuchen zwangsweise in die Kammern 136 und 140 so,
dass er eine Gleichförmigkeit
hat, wodurch das Wiederaufschlämmen
des teilchenförmigen
Materials durch die Waschflüssigkeit erleichtert
wird. Die gleichförmige
Kuchendicke ermöglicht
eine bessere Wiederaufschlämmung,
da eine Durchführung
eines dünneren
Kuchens mit reduziertem Strömungswiderstand
nicht möglich
ist.
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Wenn der Kuchen 114 längs des
Kuchenstromwegs 112 befördert
wird, wird er zuerst in dem Trockenabschnitt 108 entwässert, dann
in der Kammer 138 wieder aufgeschlämmt, in der Kammer 138 entwässert oder
desaturiert, erneut in der Kammer 140 wieder aufgeschlämmt und
schließlich
in der Kammer 142 wieder entwässert oder desaturiert. Wie durch
die gestrichelte Linie 154 veranschaulicht ist, kann die
aus dem Kuchen 114 über
dem Siebabschnitt 120 extrahierte Flüssigkeit als Waschflüssigkeit
zur Kammer 136 über
die Düse 144 zum
Waschen des Kuchens stromauf zurückgeführt werden, d.
h. in einem Gegenstromwaschen, wobei die Waschflüssigkeit zunehmend mit Verunreinigungen gesättigt wird,
während das
Waschen sich stromauf bewegt und der Kuchen nach jedem Waschen bei
der Bewegung stromab zum Kuchenauslass zunehmend rein wird.
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Natürlich können die Vollmantelabschnitte 110 und 118 als
Blenden ausgebildet sein, die in den Mantel 103 eingesetzt
werden, um beabstandete zylindrische Abschnitte eines einzigen Lochsiebs
an dem Auslassende der Maschine abzudecken. Diese Art der Montage
ist besonders bei Nachrüstungen geeignet.
Die Vollmantelabschnitte 110 und 118 können natürlich massive
zylindrischen Platten wie der Mantelabschnitt 106 sein.
Somit ist klar, dass der Ausdruck "Vollmantelabschnitt", wie er hier verwendet wird, Plattenabschnitte
eines Zentrifugenmantels und Abschnitte eines Siebmantels bedeuten
soll, die mit Blenden abgedeckt sind, um diejenigen Abschnitte effektiv
massiv für
die Zwecke zu machen, die die Wiederaufschlämmung von Materialien ermöglichen.
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Bei Verwendung einer solchen Wiederaufschlämmung/Waschen
im Gegenstrom wird die zufließende
frische Waschflüssigkeit
für das
Vollwaschen des austretenden Kuchens in der Kammer 140 verwendet
und wahlweise für
das Sprühwaschen
des austretenden Kuchens in der Kammer 142. Das Filtrat
wird gesammelt und zur Wiederaufschlämmung/Waschen des Kuchens weiter
stromauf verwendet. Das von der stromauf befindlichen Entwässerungskammer 138 über den
Siebabschnitt 116 erhaltene Filtrat ist hinsichtlich Verunreinigungen
konzentriert und wird entsorgt.
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3 zeigt
einen flach gelegten oder abgelegten Mantel einer Siebmantelzentrifuge,
bei der der Mantel in einem konischen Trockenabschnitt und/oder
einer zylindrischen Mantelwand stromab davon vorgesehen ist, wobei
sich eine Vielzahl von ringförmigen
massiven Bändern
oder sich am Umfang erstreckende massive Mantelabschnitte 156 in Axialrichtung
mit einer Vielzahl von ringförmigen
Siebabschnitten oder am Umfang erstreckenden Lochsiebabschnitten 159 zusammenschachteln.
Ein Förderer 160 hat
eine Vielzahl von überlappten
Schraubengangwänden 162 und 164,
die sich mit einem Winkel α1
bezüglich
der Vollmantelabschnitte 156 und der Lochsiebabschnitte 158 erstrecken.
Die Schraubengangwände 162 und 164 bilden
eine Vielzahl von wendelförmigen
Kanälen 166 und 168, längs derer
der Kuchen von einem Klärteich
und einer Trockenzone (beide nicht gezeigt) zu einer Kuchenaustragsöffnung (ebenfalls
nicht gezeigt) schwimmt. Längs
eines jeden Kanals sind mehrere Wiederaufschlämmungskammern 170 und
mehrere Entwässerungskammern 172,
die einander in Kuchenstromrichtung abwechseln, zum Teil durch radial einstellbaren
Eintritts- und Austritts sperrkörper 174 begrenzt,
die zu den Gangwänden 162 und 164 benachbart
sind und sich im Wesentlichen senkrecht zu ihnen erstrecken. Die
Sperrkörper 174,
die von Prallplatten gebildet werden, erstrecken sich von einer Zentrifugennabe
(nicht gezeigt) nach außen
und sind mit den Gangwänden 162 und 164 verbunden.
Der Kuchen strömt
durch die zwischen der Mantelwand und den freien Kanten der Sperrkörper gebildete Öffnung.
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Wie in 3 gezeigt
ist, entstehen aufgrund der Helixgeometrie Endwirkungen, die dem
Eintritt und Austritt jeder Kammer 170 und 172 zugeordnet sind.
Zu diesen Endwirkungen gehören
die Anordnung von entweder einem dreieckigen Lochwandbereich 176 in
einer Wiederaufschlämmungskammer 170 oder
eines Massivwandbereichs 178 in einer Entwässerungskammer 172. 4 bis 7 zeigen
unterschiedliche Methoden zur Beseitigung dieser Endwirkungen. In 4 bis 7 werden
die Bezugszeichen von 3 verwendet,
um damit die gleichen Bauelemente wie in 3 zu bezeichnen.
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Wie in 4 gezeigt
ist, sind Sperrkörper 180 installiert,
die so angeordnet sind, dass sie Wiederaufschlämmungskammern 182 bilden,
die Mantelwände
haben, die vollständig
massiv sind. Somit werden die Sperrkörper 180 bezüglich der
Sperrkörper 174 verschoben,
um dreieckige Lochbereiche 176 zu beseitigen. Die Wiederaufschlämmungskammern 182 bei
der Ausführungsform
von 4 sind kürzer als die Wiederaufschlämmungskammern 170 in 3. Dementsprechend sind
die Entwässerungskammern 184 in 4 länger
als die Entwässerungskammern 172 in 3. Bei dieser Ausgestaltung
einer Siebmantelzentrifuge hat die Außenwand der Entwässerungskammer 184 einen
Sieb- oder Lochabschnitt und zwei dreieckige massive Abschnitte.
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Wie in 5 gezeigt
ist, können
die dreieckigen Lochwandbereiche 172 (3) durch entsprechende dreieckige, massive
Abschnitte oder Platten 186 ausgetauscht werden, wodurch
Wiederaufschlämmungskammern 188 gebildet
werden, die radial äußere Wände haben,
die vollständig
massiv sind. In ähnlicher
Weise werden dreieckige massive Bereiche 178 (3) durch dreieckige Lochabschnitte
oder Siebe 190 ausgetauscht, wodurch Entwässerungskammern 192 gebildet
werden, deren radial äußere Wände vollständig perforiert
sind. Die Kammern 188 und 192 können die
gleiche Länge
wie die Kammern 170 bzw. 172 haben.
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Wie in 5 gezeigt
ist, kann die Zentrifugenmantelwand aus abwechselnden, zylindrischen, massiven
Abschnitten 194 und zylindrischen Siebabschnitten 196 gebildet
werden, die bezüglich
der Breite von Kanälen 166 und 168 breiter
sind, d. h. bezüglich
der Trennung von benachbarten Fördergangwänden 162 und 164.
Die Vergrößerung der
Mantelabschnittsbreite zusammen mit der Anordnung von Sperrkörpern oder
Ablenkkörpern 198 erzeugt
größere Wiederaufschlämmungskammern 200 und
längere
Entwässerungskammern 202 bezogen
auf die Kammern 170 und 172 in 3. Die Sperrkörper 198 können, wie
oben unter Bezug auf 4 erörtert, so angeordnet
werden, dass restliche Lochbereiche in den Wiederaufschlämmungskammern 200 ausgeschlossen
sind.
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Bei einer anderen Anordnung, die
die Endeffekte ausschließt,
werden Umfangssperrkörper
oder Wehre 204 verwendet, um Wiederaufschlämmungskammern 206 und
Entwässerungskammern 208 zu bilden,
wie es in 7 gezeigt ist. Im Gegensatz
zu senkrechten Sperrkörpern 174, 180 und 198 sieht
der Kuchen bei der Ausführungsform
von 7 einen ungleichförmigen Widerstand,
wenn er auf Umfangswehre 204 trifft, was zu der unerwünschten
Folge führt,
dass Kuchen in Ecken 210 gestaut wird.
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Wie in 8 gezeigt
ist, kann ein Mantel 212 einer Siebmantelzentrifuge längs einer
Trockenzone 214 mit einer oder mehreren Wiederaufschlämmungskammern 216 und 218 und
einer oder mehreren Entwässerungskammern 220 vorgesehen
werden, die sich mit Wiederaufschlämmungskammern überlappen
oder abwechseln. Wiederaufschlämmungskammern 216 und 218 wird über Düsen bei 222
und 224 Vollwaschflüssigkeit
zugeführt.
Die Waschflüssigkeit
und die Mutterflüssigkeit,
die schematisch durch einen Pfeil 226 dargestellt sind,
tritt aus dem Kuchen 228 über einen konischen Siebabschnitt 230 längs einer
Außenseite
einer Entwässerungskammer 220 aus.
Der Siebabschnitt 230 wird auf gegenüberliegenden Seiten von konischen
Vollmantelabschnitten 232 und 234 flankiert, die
Außenwände der
Wiederaufschlämmungskammern 216 und 218 bilden.
Die Kammern 216, 218 und 220 sind teilweise
durch Sperrkörper
oder Ablenkelemente 236 begrenzt. Der Mantel 212 hat
einen Austragszylinder 238, der wahlweise mit einer oder
mehreren zusätzlichen
Entwässerungskammern 240 und 242 sowie
einer oder mehreren zusätzlichen
Wiederaufschlämmungskammern 244 versehen
ist. 8 zeigt schematisch die Vollwaschwiederaufschlämmung, indem
Aufschlämmpegel 246, 248 und 250 in
den Wiederaufschlämmkammern 216, 218 und 244 gezeigt
sind.
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9 zeigt
eine Zentrifuge in Schubbauweise mit einer zylindrischen ersten
Trommel 252 und einer zylindrischen zweiten Trommel 254,
die stromab von der ersten Trommel längs eines Kuchenstromwegs 256 angeordnet
ist. Die Trommel 252 hat einen kleinere Durchmesser als
die Trommel 254. Die Zentrifuge hat Schieber 258 und 260 zum
Schieben einer teilchenförmigen
Kuchenschicht 262 längs
der Trommeln 252 und 254. Die Trommeln 252 und 254 haben eine
Vielzahl von sich am Umfang erstreckenden Vollmantelabschnitten 264,
die sich mit am Umfang erstreckenden Lochsiebabschnitten 266 abwechseln,
während
eine Vielzahl von Umfangs- und Radialsperrkörpern 268 an Verbindungsstellen
zwischen benachbarten Vollmantel- und Lochsiebabschnitten 264 und 266 angeordnet
sind. Den Wiederaufschlämmkammern 269 wird
durch Düsen,
wie durch Pfeile 270 veranschaulicht, Vollwaschflüssigkeit
zugeführt,
während
Sprühdüsen 272 in
den Entwässerungskammern 274 vorgesehen
werden können,
um den Kuchen 262 während
seiner Entwässerung
oder Desaturierung zu besprühen.
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An einem Siebmantel mit 18 Zoll Durchmesser
durchgeführte
Versuche zeigen den Vorteil der oben beschriebenen Wiederaufschlämmungs-
und Trennkonstruktion. Sie ist insbesondere für einen Siebmantel geeignet,
der mit einem hohen Durchsatz und niedriger Zentrifugalbeschleunigung
arbeitet. Mit der Wiederaufschlämmungs-
und Trennanordnung kann eine Verbesserung des Waschwirkungsgrads von
4 bis 6% verglichen mit einer herkömmlichen Waschanordnung mit
einem Siebmantel erreicht werden, obwohl der offene Siebbereich
stark reduziert ist.
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In einer Einstufen-Schubzentrifuge
können mehrere
Wiederaufschlämmungs-
und Trennstufen für
Einzelstufenschieber sowie für
Mehrstufenschieber ausgeführt
werden, wobei jeder eine Trommel mit großem Durchmesser und abwechselnden
hin- und hergehenden Stufen hat und alle Stufen gleichzeitig rotieren.
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10 zeigt
eine flach gelegte oder abgewickelte Ansicht einer Zentrifuge mit
Konussieb und einem Eingangförderer 280.
Zum Unterteilen des Siebbereichs oder der konischen Wand der Zentrifuge
in Aufschlämmungskammern 284 und
damit abwechselnden Entwässerungskammern 286 ist
eine Reihe von Leitkörpern
oder Sperrkörpern 282 vorgesehen, die
im Wesentlichen senkrecht zu der Förderergangwand oder dem Fördererblatt
vorgesehen sind. Die konische Wand der Zentrifuge wird mit sich
am Umfang erstreckenden massiven oder gelochten Abschnitten oder
Bändern 288 gebildet,
die sich mit am Umfang erstreckenden Lochsiebabschnitten oder Bändern 290 überlappen.
In die Wiederaufschlämmungskammern
wird Waschflüssigkeit
eingeführt, was
durch Pfeile 292 veranschaulicht ist. Der Kuchen be wegt
sich längs
einer wendelförmigen
Bahn, die durch die Kuchenstrompfeile 294 veranschaulicht
ist, wenn sich der Förderer 280 und
die konische Zentrifugenwand mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um
eine Achse 296 drehen, was durch Pfeile 298 und 300 veranschaulicht
ist.
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Die Anordnung von 10 ist
auch auf Zentrifugen mit Konussieb und Förderern mit mehreren Gangwänden anwendbar.
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11 zeigt
einen Förderer
mit vier gesonderten Gangwänden
oder Blättern 302,
die keine 360° um
die Förderernabe
(nicht gezeigt) verlaufen. Es sind Sperrkörper 304 und überlappte
zylindrische Vollwand- und Lochwandabschnitte 306 und 308 vorgesehen,
um abwechselnde Wiederaufschlämmungs-
und Entwässerungskammern 310 und 312 zu
bilden. Der Kuchen fließt
in etwa in Längsrichtung, was
durch einen Pfeil 313 angezeigt ist.
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In 12 und 13 ist ein vibrierender Konussiebförderer mit
einer Vielzahl von ringförmigen
oder am Umfang ausgerichteten drehenden Sperrkörpern oder Leitkörpern 314 gezeigt.
Zusammen mit den ineinander geschachtelten zylindrischen Vollwandabschnitten 316 und
den zylindrischen Loch- oder Siebwandabschnitten 318 bilden
die Sperrkörper 314 eine
Reihe von abwechselnden Wiederaufschlämmungskammern 320 und
Entwässerungskammern 322.
Einer Eintragskammer 326 der Maschine wird eine Zufuhrtrübe 324 zugeführt, wo
eine Massenfiltration und Kuchenbildung erfolgt. Für die Wiederaufschlämmungskammern 320 ist
eine Waschflüssigkeit
vorgesehen, was durch Pfeile 328 angezeigt ist. Das Filtrat 330 tritt
aus der Zentrifuge durch Siebabschnitte 318 aus.
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Bei den Ausführungen von 10 bis 13 bildet der letzte Sperrkörper zu
dem Kuchenaustragsende der Maschine hin an dem Ende mit großem Durchmesser
des konischen Siebbereichs eine Einrichtung zur Steuerung der Rückhalte-/Verweilzeit der
abschließenden
Kuchenentwässerung
bei maximaler Zentrifugalbeschleunigung, bevor der Kuchen aus der
Maschine ausgetragen wird.
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Somit ist die Wiederaufschlämmung und Entwässerung,
wie sie hier beschrieben ist, dahingehend wirksam, dass das Entfernen
von Verunreinigungen bei allen Arten von Zentrifugen mit Konussieb
verbessert wird, unabhängig
davon, ob sie große
Konuswinkel mit einer Zentrifugalbeschleunigung haben, die die Kuchen
in dem Konus nach unten treiben oder fla che Konuswinkel haben, bei
denen der Kuchen mit einem Förderer
oder durch Vibration vorgetrieben wird.
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Die Wiederaufschlämmung und Trennung in situ
in einer einzigen Zentrifuge ist eine bedeutende Technologie, die
eine wesentlichen Reinigung eines schwierig zu waschenden Kuchens
ermöglicht,
was ansonsten mit der herkömmlichen
Sprüh-
oder Vollwaschung nicht erreicht werden kann.
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Jeder Sperr- oder Leitkörper, der
eine Zentrifuge in Siebbauweise in Wiederaufschlämmungs- und Entwässerungskammern
unterteilt, wie vorstehend anhand von 1 und 13 erörtert
wurde, kann ein konkaves Profil auf einer Stromaufseite (definiert durch
den Kuchenstrom) haben, wie nachstehend erläutert wird. Insbesondere kann
ein solcher Sperroder Leitkörper,
der im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Kuchenstroms ausgerichtet
ist, beispielsweise ein Sperrkörper 268 in 9, auf einer Stromabseite mit einer im
Wesentlichen zylindrischen konkaven Oberfläche 268a versehen
sein, die sich um eine Achse 268b erstreckt, die parallel
zur Kuchenschicht und senkrecht zur Kuchenstromrichtung ist, wodurch
ein Umwenden der nasseren Kuchenteilchen in einem oberen (radial
inneren) Abschnitt der sich bewegenden Kuchenschicht zu dem Inneren
der Kammer hin auf der Stromaufseite des jeweiligen Sperrkörpers erleichtert
wird.
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Der Sperrkörper 42 ist auf der
jeweiligen Stromaufseite vorgesehen und weist mit einem im Wesentlichen
zylindrischen konkaven Profil oder mit einer im Wesentlichen zylindrischen
konkaven Oberfläche 46 (14) im Wesentlichen weg von der Austragsöffnung.
Dieses konkave Profil oder diese konkave Oberfläche 46 dient dazu,
einen Teil des Kuchens, der längs
des Kuchenstromwegs stromab gerichtet ist, in einen entsprechenden
schleifenförmigen
Umwälzstrom
oder Rückführweg geleitet
wird, der teilweise zurück
zum Trübeteich
gerichtet ist. Die Umwälzung
oder das Aufwühlen
des teilchenförmigen
Materials induziert eine zusätzliche
Scherung und Restrukturierung der Kuchenmatrix.
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Wie in 15 gezeigt
ist, kann der Sperrkörper 42' auf einer Stromaufseite
mit einem konkaven Profil oder einer konkaven Oberfläche 420 versehen sein.
Diese zusätzliche
konkave Oberfläche 420 erhöht die Kuchenumwälzaktion,
indem eine Neuausrichtung zurück
in eine Stromabrichtung des relativ nassen Kuchens erleichtert wird,
der sich zu dem Trübeteich hin
bewegt. D. h., dass die konkaven Flächen 420 das Entwickeln
von Umwälzbahnen
erleichtern oder verbessern.