EP0203442A2 - Vollmantelschneckenzentrifuge mit Nachklärvorrichtung - Google Patents

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EP0203442A2
EP0203442A2 EP86106453A EP86106453A EP0203442A2 EP 0203442 A2 EP0203442 A2 EP 0203442A2 EP 86106453 A EP86106453 A EP 86106453A EP 86106453 A EP86106453 A EP 86106453A EP 0203442 A2 EP0203442 A2 EP 0203442A2
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EP
European Patent Office
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screw
clarifying
drum
cylindrical
dehumidifying
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EP86106453A
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Wolfgang Dr. Bender
Dieter Dipl.-Ing. Mrotzek
Bernd Prof. Dr. Koglin
Karl-Heinz Dipl.-Ing. Steiner
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Bayer AG
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Bayer AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2083—Configuration of liquid outlets

Definitions

  • the invention relates to a solid-bowl screw centrifuge, consisting of a cylindrical clarifying part, a conical dehumidifying part, a single- or multi-course, leading or lagging band or full-leaf screw, a suspension inlet opening at the end of the clarifying part or between the clarifying and dehumidifying part, and an overflow weir or a peeling pipe Liquid drain on the clarification section and a solids discharge on the dehumidification section.
  • Centrifuges of this type are used in process engineering to separate solid and liquid phases in suspensions. The separation is based on the fact that the solid sediments outwards by the centrifugal force and that in the conical / cylindrical rotating drum a screw running at a slightly different speed conveys the settled solid for discharge at the dehumidifying part.
  • Ullmanns Encylopadie der Technischen Chemie Volume 1, 3rd edition, 1951; F. Ch. Alt, W. Gösele, application criteria for decanters, Chem. - Ing. -Techn. 54 ( 1982) 5, 425-430, W. Stahl, Th. Langeloh: To improve clarification in decanting centrifuges, Chem. -Ing. -Techn. 55 (1983) 4, 324-325; DE-OS 2 321 653; GM 1 760 883).
  • the invention is based on the object: in a solid-bowl screw centrifuge of the type described at the outset to improve the degree of separation by means of special internals.
  • the screw is attached to a cylindrical hollow screw core in the cylindrical clarifying part, the outer surface of which is wholly or partly equipped with a radially flow-through secondary clarifier and that the liquid drain is located directly on or within the screw core.
  • the secondary clarifier preferably consists of a filter medium applied to the perforated screw core.
  • the secondary clarification device can consist of a lamella separator with a large number of slanted slats which are arranged parallel to one another on the screw core.
  • a backwashing process is advantageously provided at the end of the clarifying part. This backwashing process is preferably designed as a siphon that opens automatically at periodic intervals during operation of the centrifuge.
  • a drum 2 is rotatably arranged in a housing 1. Within the drum 2 there is a rotatably arranged screw conveyor 3. The drum 2 and the screw 3 rotate at slightly different speeds, so that there is a low frequency difference between the drum and the screw.
  • Drum 2 and screw 3 are tapered towards solids discharge 4 (dehumidifying part 11).
  • the drum and screw are cylindrical - (clarifying part 1).
  • the suspension the solid phase of which is to be separated, enters the centrifuge space through the axial suspension inlet 5, which is carried out up to approximately the boundary between clarifying part 1 and dehumidifying part 11 (arrows 6).
  • the specifically heavier solid 7 is thrown outwards and conveyed to the solid discharge 4 due to the relative movement of the drum 2 and screw 3.
  • the liquid phase forms the sump 8.
  • the clarified liquid (Rltrat) is drawn off in the clarifying section with a peeling tube 9 and conveyed out of the centrifuge through a tube 10 concentric with the suspension inlet 5.
  • a secondary clarifier is installed in the clarifying part 1 in the flow direction in front of the peeling tube 9. It consists of a perforated (perforations 11) filter drum 12 which simultaneously forms the screw core in the clarifying part 1.
  • the filter drum 12 is covered with a suitable filter medium, e.g. a filter cloth, covered.
  • the peeling tube 9 is - as already mentioned above - inside the filter drum 12.
  • the outer surface of the filter drum 12 can be divided into individual filter elements, e.g. Filter bags to be divided.
  • the filter medium must be cleaned from time to time to avoid clogging (laying). Backwashing of the filter is provided for this purpose.
  • Backwashing can take place by interrupting the suspension supply after reaching a certain liquid level in the drum 12 and at the same time adding backwashing liquid (filtrate) from the filtrate time.
  • backwashing liquid filtrate
  • the normal removal of filtrate with the help of the peeling tube 9 remains blocked.
  • the liquid then flowing backwards through the filter medium to the front weir ensures that the fine particles in the filter medium are rinsed off.
  • the siphon overflow is - as shown in Figure 1 - slightly within the level of the peeling pipe.
  • a backwashing device With such a backwashing device, a rapid emptying of the drum 2 is possible with increased backwashing of the filter, provided that the filtrate is discharged at a radius such that sufficient liquid can accumulate inside the screw core.
  • the backwashing siphon 13 could also be replaced by an adjustable peeling device. In this way, the backwashing process with the suspension feed closed, e.g. periodically initiated easily.
  • Such a device would also offer the advantage that the sump (remaining volume of the liquid) can be skimmed off before the centrifuge stops.
  • the solid-bowl screw centrifuge according to FIG. 2 is in principle constructed similarly to the centrifuge according to FIG. 1.
  • the secondary clarification device in the cylindrical clarifying part 1 does not consist of a filter here but a lamella separator 14.
  • the lamella separator 14 is formed by a large number of inclined slats 15 arranged parallel to one another on the screw core .
  • the separating fins 15 are spaced e.g. 1 mm at an angle of inclination of 30 ° to 60 ° on the screw core 12.
  • the plate pack acts like a static plate separator or plate separator.
  • the particles deposited in the lamella 15 are thrown back into the drum as a coherent layer as soon as a certain layer thickness is reached or exceeded.
  • the outlet for the clarified liquid is designed as an adjustable overflow weir 16.
  • filter media or lamella separator depends primarily on the material system to be separated. If the density difference between solid and liquid is low, the filter system for post-curing will be cheaper. At higher density differences, the clarification with fins should be superior. In the case of very fine particles whose backwashing from the filter medium is difficult, filter aids, for example based on cellulose, can also be used. However, their density should then be lower or at most the same as the density of the suspension.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Vollmantelschneckenzentrifuge besteht aus einem Gehäuse (1), in der eine Trommel (2) drehbar angeordnet ist. Innerhalb der Trommel (2) befindet sich eine drehbar gelagerte Förderschnecke (3). Die Trommel (2) und die Schnecke (3) rotieren im Betrieb mit leicht unterschiedlichen Drahzahlen. Das Gehäuse (1) ist im Bereich des Klärteils (1) zylindrisch und im Bereich des Entfeuchtungsteils (11) konisch ausgebildet. Der Suspensionszulauf (5,6) mündet zwischen Klärteil (1) und Entfeuchtungsteil (11) in den hohlen Schneckenkern (12) ein. Der Flüssigkeitsablauf besteht aus einem Überlaufwehr (16) oder Schälrohr (9) am Klärteil (1). Der Feststoffaustrag (4) befindet sich am Ende des Entfeuchtun gsteils (11). Die Schnecke (3) ist innerhalb des Klärteils (1) an dem zylindrischen hohlen Schneckenkern (12) angeordnet, dessen Mantelfläche ganz oder teilweise mit einer radial durchströmten Nachklärvorrichtung versehen ist. Die Nachklärvorrichtung besteht entweder aus einem auf den perforierten Schneckenken (12) aufgebrachten Filtermittel oder aus einem Lamellenabscheider (14). Durch diese Einbauten kann der Abscheidegrad der Zentrifuge, insbesondere im Falle von langsam sedimentierenden Feststoffen verbessert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vollmantelschneckenzentrifuge, bestehend aus einem zylindrischen Klärteil, einem konischen Entfeuchtungsteil, einer ein-oder mehrgängigen, vor-oder nacheilenden Band-oder Vollblattschnecke einem am Ende des Klärteils oder zwischen Klär-und Entfeuchtungsteil einmündenden Suspensionszulauf, einem als Überlaufwehr oder Schälrohr ausgebildeten Flüssigkeitsablauf am Klärteil und einem Feststoffaustrag am Entfeuchtungsteil.
  • Zentrifugen dieser Art, (auch als Dekanter bezeichnet) dienen in der Verfahrenstechnik zur Trennung von fester und flüssiger Phase bei Suspensionen. Die Trennung beruht darauf, daß der Feststoff durch die Zentrifugalkraft nach außen sedimentiert und daß in der konisch/zylindrischen rotierenden Trommel eine mit leicht unterschiedlicher Drehzahl laufende Schnecke den abgesetzten Feststoff zum Austrag am Entfeuchtungsteil fördert. Bezüglich näherer Einzelheiten wird auf die Literatur verwiesen (siehe z.B. Ullmanns Encylopädie der Technischen Chemie, Band 1, 3. Auflage, 1951; F. Ch. Alt, W. Gösele, Einsatzkriterien für Dekanter, Chem. - Ing. -Techn. 54 (1982)5, 425-430, W. Stahl, Th. Langeloh: Zur Verbesserung der Klärung in Dekantierzentrifugen, Chem. -Ing. -Techn. 55(1983)4, 324-325; DE-OS 2 321 653; GM 1 760 883).
  • Bei Suspensionen mit Feststoffteilchen, die nur langsam sedimentieren, weil sie sehr klein oder die Dichtedifferenz gegenüber der Flüssigkeit gering ist, oder bei Suspensionen, deren abgesetzter Feststoff durch die Schnecke und/oder die Überströmung wieder aufgewirbelt wird, kann eine vollständige Abscheidung der Feststoffe in einer Vollmantelschneckenzentrifuge mit wirtschaftlichen Durchsätzen nicht erreicht werden. Es wurde daher schon lange versucht, das Trennergebnis zu verbessern. Zu diesem Zweck wurde z.B. die Führung der Suspension bzw. Flüssigkeit modifiziert. Ferner wurden lamellenartige axial durchströmte Einbauten entwickelt und/oder die Schneckengänge im zylindrischen Klärteil in spezieller Weise ausgebildet (z.B. Bandschnecke oder Schnecke mit veränderlicher Steigung). Trotz dieser Maßnahmen kann jedoch in vielen Fällen eine vollständige Abscheidung nicht erreicht werden. Hier setzt die Erfindung an.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde: bei einer Vollmantelschneckenzentrifuge der eingangs beschriebenen Art den Abscheidegrad durch spezielle Einbauten zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schnecke im zylindrischen Klärteil an einem zylindrischen hohlen Schneckenkern befestigt ist, dessen Mantelfläche ganz oder teilweise mit einer radial durchströmten Nachklärvorrichtung ausgerüstet ist und daß der Flüssigkeitsablauf unmittelbar am oder innerhalb des Schneckenkernes liegt.
  • Die Nachklärvorrichtung besteht vorzugsweise aus einem auf den perforierten Schneckenkern aufgebrachten Filtermittel.
  • Alternativ kann die Nachklärvorrichtung aus einem Lamellenabscheider bestehen mit einer Vielzahl schrägstehender und parallel zueinander am Schneckenkern angeordneter Lamellen. Vorteilhaft ist am Ende des Klärteils ein Rückspülablauf vorgesehen. Dieser Rückspülablauf ist vorzugsweise als ein sich während des Betriebes der Zentrifuge in periodischen Abständen selbsttätig öffnendes Siphon ausgebildet.
  • Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
    • 1. Aufgrund der Tatsache, daß längs des ganzen zylindrischen Teils der Trommel Flüssigkeit abgezogen wird, vermindert sich die Strömungsgeschwindigkeit zum Überlauf hin deutlich, so daß auch noch sehr leicht aufwirbelbare Feststoffe durch Sedimentation abgetrennt werden können.
    • 2. Die durch die verbesserte Sedimentation immer noch nicht abgetrennten Teilchen werden beim Abzug der vorgeklärten Flüssigkeit nach innen durch den Schnekkenkern an der Oberfläche des dort angebrachten Filtermittels abgeschieden. Um ein Verlegen (Verstopfen) des Filtermittels im Dauerbetrieb durch die hier abgeschiedenen feinen Teilchen zu vermeiden, muß die Möglichkeit einer periodischen Rückspülung vorgesehen werden. In einfachen Fällen genügt auch schon das Unterbrechen des Suspensionszulaufes, um die Teilchenagglomerate an dem Filtermittel nach außen abzuschleudern.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine Vollmantelschneckenzentrifuge mit Innenfilter und Rückspülsiphon und
    • Fig. 2 eine Vollmantelschneckenzentrifuge mit einem Lamellenabscheider als Nachklärvorrichtung.
  • Gemäß Figur 1 ist in einem Gehäuse 1 eine Trommel 2 drehbar angeordnet. Innerhalb der Trommel 2 befindet sich eine drehbar angeordnete Förderschnecke 3. Die Trommel 2 und die Schnecke 3 rotieren mit leicht unterschiedlichen Drehzahlen, so daß eine geringe Differenzfrequenz von Trommel und Schnecke vorhanden ist.
  • Trommel 2 und Schnecke 3 laufen zum Feststoffaustrag 4 hin konisch zu (Entfeuchtungsteil 11). Am gegenüberliegenden Ende sind Trommel und Schnecke dagegen zylindrisch ausgebildet - (Klärteil 1). Die Suspension deren feste Phase abgetrennt werden soll, tritt durch den axialen Suspensionszulauf 5, der bis etwa an die Grenze zwischen Klärteil 1 und Entfeuchtungsteil 11 durchgeführt ist, in den Zentrifugenraum ein (Pfeile 6). Der spezifisch schwerere Feststoff 7 wird nach außen geschleudert und aufgrund der Relativbewegung von Trommel 2 und Schnecke 3 zum Feststoffaustrag 4 hin gefördert. Die flüssige Phase bildet dabei den Sumpf 8. Die geklärte Flüssigkeit - (Rltrat) wird im Klärteil mit einem Schälrohr 9 abgezogen und durch ein zum Suspensionszulauf 5 konzentrisches Rohr 10 aus der Zentrifuge gefördert.
  • Um schwer sedimentierende Teilchen aus dem Filtrat zurückzuhalten, ist im Klärteil 1 in Strömungsrichtung vor dem Schälrohr 9 eine Nachklärvorrichtung eingebaut. Sie besteht aus einer perforierten (Perforationen 11) Filtertrommel 12, die im Klärteil 1 gleichzeitig den Schneckenkem bildet. Der Filtertrommel 12 ist mit einem geeigneten Filtermittel, z.B. einem Filtertuch, abgedeckt. Das Schälrohr 9 befindet sich -wie oben schon erwähnt -innerhalb der Filtertrommel 12. Die Mantelfläche der Filtertrommel 12 kann in einzelne Filterelemente, z.B. Filtertaschen, unterteilt sein. Das Filtermittel muß von Zeit zu Zeit gereinigt werden um eine Verstopfung (Verlegen) zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist eine Rückspülung des Filters vorgesehen. Die Rückspülung kann dadurch erfolgen, daß nach Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes in der Trommel 12 die Suspensionszufuhr unterbrochen wird und gleichzeitig von der Filtratzeite her Rückspülflüssigkeit (Filtrat) aufgegeben wird. Die normale Filtratabnahme mit Hilfe des Schälrohrs 9 bleibt dabei abgesperrt. Die dann rückwärts durch das Filtermittel zum stimseitigen Wehr strömende Flüssigkeit sorgt für das Abspülen der im Filtermittel befindlichen feinen Teilchen.
  • Eine andere Möglichkeit zur Rückspülung besteht dann, den Überlauf an der Stirnseite am zylindrischen Teil der Trommel 2 als automatisch arbeitendes Siphon 13 auszubilden.
  • Der Siphonüberlauf liegt dabei -wie Figur 1 gezeigt, -geringfügig innerhalb des Niveaus des Schälrohrs. Mit einer solchen Rückspülvorrichtung ist eine rasche Entleerung der Trommel 2 bei verstärkter Rückspülung des Filters möglich, sofern das Filtrat an einem solchen Radius abgeführt wird, daß sich innerhalb des Schneckenkems genügend Flüssigkeit aufstauen kann. Das Rückspülsiphon 13 könnte auch durch eine regulierbare Abschäivorrichtung ersetzt werden. Auf diese Weise könnte der Rückspülvorgang bei geschlossenem Suspensionszulauf nach Wunsch z.B. in periodischen Abständen leicht eingeleitet werden. Eine derartige Vorrichtung würde außerdem den Vorteil bieten, daß vor dem Stillstand der Zentrifuge der Sumpf (Restvolumen der Flüssigkeit) abgeschöpft werden kann.
  • Die Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß Figur 2 ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie die Zentrifuge nach Figur 1 Die Nachklärvorrichtung im zylindrischen Klärteil 1 besteht hier jedoch nicht aus einem Filter sondern einem Lamellenabscheider 14. Der Lamellenabscheider 14 wird durch eine Vielzahl parallel zueinander am Schneckenkern angeordneter schrägstehender Lamellen 15 gebildet. Die Abscheidelamellen 15 sind in einem Abstand von z.B. 1 mm unter einem Neigungswinkel von 30° bis 60° am Schneckenkem 12 angeordnet. Das Lamellenpaket wirkt ähnlich wie ein statischer Lamellenabscheider oder Tellerseparator. Die in den Lamellen 15 abgeschiedenen Teilchen werden als zusammenhängende Schicht in die Trommel zurückgeschleudert, sobald eine gewisse Schichtdicke erreicht bzw. überschritten wird. Der Ablauf für die geklärte Flüssigkeit ist bei der Zentrifuge nach Figur 2 als einstellbares Überlaufwehr 16 ausgebildet.
  • Welche Nachklärvorrichtung zu wählen ist (Filtermittel oder Lamellenabscheider), hängt primär von dem zu trennenden Stoffsystem ab. Bei geringen Dichtedifferenzen zwischen Feststoff und Flüssigkeit wird das Filtersystem zur Nachktäring günstiger sein Bei höheren Dichtedifferenzen dürfte die Nachklärung mit Lamellen überlegen sein. Bei sehr feinen Teilchen, deren Rückspülung aus dem Filtermittel Schwierigkeiten macht, können zusätzlich Filterhilfsmittel, z.B. auf Cellulosebasis, eingesetzt werden. Deren Dichte sollte dann allerdings geringer oder allenfalls gleich groß sein wie die Dichte der Suspension.

Claims (5)

1. Vollmantelschneckenzentrifuge, bestehend aus einem zylindrischen Klärteil 1, einem konischen Entfeuchtungsteil 11, einer ein-oder mehrgängigen, vor-oder nacheilenden Band-oder Vollblattschnecke (3) einem am Ende des Klärteils 1 oder zwischen Klär-und Entfeuchtungsteil einmündenden Suspensionszulauf (5, 6), einem als Überlaufwehr (16) oder Schälrohr (9) ausgebildeten Flüssigkeitsablauf am Klärteil 1 und einem Feststoffaustrag (4) am Entfeuchtungsteil 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (3) im zylindrischen Klärteil 1 an einem zylindrischen hohlen Schneckenkern (12) befestigt ist, dessen Mantelfläche ganz oder teilweise mit einer radial durchströmten Nachklärvorrichtung ausgerüstet ist und daß der Flüssigkeitsablauf (9, 16) innerhalb der Nachklärvorrichtung liegt.
2. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklärvorrichtung aus einem auf den perforierten (11) Schneckenkern - (12) aufgebrachten Filtermittel besteht.
3. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachklärvorrichtung aus einem Lamellenabscheider (14) mit einer Vielzahl parallel zueinander und schrägstehender am Schneckenkern (12) angebrachter Lamellen (15) besteht.
4. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Klärteils 1 ein Rückspülablauf vorgesehen ist.
5. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückspülablauf aus einem sich während des Betriebes der Zentrifuge in periodischen Abständen selbsttätig entleerenden Siphons (13) besteht.
EP86106453A 1985-05-25 1986-05-13 Vollmantelschneckenzentrifuge mit Nachklärvorrichtung Withdrawn EP0203442A3 (de)

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