EP0247401A2 - Filterzentrifuge - Google Patents

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EP0247401A2
EP0247401A2 EP87106568A EP87106568A EP0247401A2 EP 0247401 A2 EP0247401 A2 EP 0247401A2 EP 87106568 A EP87106568 A EP 87106568A EP 87106568 A EP87106568 A EP 87106568A EP 0247401 A2 EP0247401 A2 EP 0247401A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
filter
pressure
discharge line
space
Prior art date
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Granted
Application number
EP87106568A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0247401B1 (de
EP0247401A3 (en
Inventor
Günther Hultsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Original Assignee
Krauss Maffei AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Krauss Maffei AG filed Critical Krauss Maffei AG
Publication of EP0247401A2 publication Critical patent/EP0247401A2/de
Publication of EP0247401A3 publication Critical patent/EP0247401A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0247401B1 publication Critical patent/EP0247401B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/08—Skimmers or scrapers for discharging ; Regulating thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B13/00—Control arrangements specially designed for centrifuges; Programme control of centrifuges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B3/00—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering

Definitions

  • the invention relates to a device for filtering suspensions in a filter centrifuge according to the preamble of claim 1.
  • a centrifuge of this type is known from CH-PS 580 986, in which the gas space radially adjoining the filter medium is connected to an external air suction device.
  • the so-called dry spin or pressure gas filtration in which gas flows through the filter cake, only a pressure difference can be set between the surface of the filter cake and the gas space, which is between the atmospheric pressure and the vapor pressure of the filtrate.
  • the generation of the negative pressure by the air suction device is relatively complex. Larger gas volumes must also be promoted when generating negative pressure.
  • the invention is therefore based on the object to achieve a greater pressure difference between the surface of the filter cake and the gas space behind the filter medium in the pressure gas filtration in order to improve the pressure gas filtration achievable by friction and the drying effects.
  • the gas discharge line is expediently provided with a shut-off valve, through which a gas cushion can be created in the gas discharge line, which, for example, prevents liquid from penetrating into the gas return line when the filter medium is backwashed.
  • the section of the gas discharge line arranged in the side wall of the filter centrifuge consists of a spacer grille arranged on the side wall, which extends from the hollow bore in the shaft of the filter centrifuge into the gas space and which has a disk on the side facing the interior of the centrifuge drum is covered from liquid and gas tight material.
  • This disk-shaped section of the gas discharge line acts as a droplet separator, since the gas which relaxes after passing through the solid cake flows radially inwards at a low flow rate due to the greatly enlarged flow cross section.
  • the disc resting on the spacer grille is made of rubber, so that it can be easily installed and replaced even when the filter centrifuge is very narrow.
  • the gas discharge line can optionally be connected to the overpressure generating means.
  • the gas is fed back from the gas discharge line to the suction side of the excess pressure generating means.
  • a suction pressure pump is preferably used as the excess pressure generating means, the suction side of which is connected to the gas discharge line and the pressure side of which is connected to the interior of the filter centrifuge.
  • gases and vapors of various types for example vaporous solvents, can be used in the closed circuit.
  • condensers, heating or cooling devices can be arranged as required.
  • a peeling knife which can be swiveled into the solid cake is provided with a collecting trough, to which a discharge pipe passing through the pressure housing is connected. This is equipped with a shut-off valve, after its opening the solid matter falling into the collecting trough is conveyed to the outside through the discharge pipe by the compressed gas in the pressure housing.
  • the overpressure generating means and / or the adjusting device of the peeling tube and / or the rotary drive for the filter centrifuge according to one or more of the measured variables of a pressure sensor arranged in the pressure housing , a peeling tube angle position indicator and a tachometer for the speed of the filter centrifuge controllable. It is useful to set the specific modes of operation via a programmed controller, so that, for. B.
  • the size r i can be converted into a size r i ⁇ by changing the pressure ratios, as a result of which the filtrate is pressed radially inwards through the filter medium, but it is ensured that no filtrate enters the shaft located section of the gas discharge line penetrates.
  • the filter centrifuge 1 consists of a solid jacket drum 2 which has a ring weir 3 on one side and the drum base 4 on the other side, in which the shaft 5 is fastened.
  • a cylindrical filter medium 6 is arranged within the solid jacket drum 2 and is attached on one side to the ring weir 3 and on the other side to the drum base 4.
  • a filtrate collecting space 7 is enclosed between the filter medium 6 and the solid jacket drum 2, which is composed of a gas space 7a directly adjoining the filter medium 6 and a filtrate liquid space 7b.
  • the filtrate liquid space 7b is connected via an outlet opening 8 arranged in the drum base 4 to an annular space 9 into which a peeling tube 10 projects.
  • a spacer grid 11 and a disk 12 made of elastomeric material are fastened to the drum base 4 and are sealed in the radially outer area from the filter medium 6 by means of a circumferential ring seal 13.
  • the space formed by the drum base 4, the spacer grid 11 and the disk 12 represents a partial area of a gas discharge line 14, which leads from the gas chamber 7a via the spacer grid 11 and a hollow bore in the shaft 5 to a rotary feedthrough 15.
  • the filter centrifuge 1 is enclosed by a pressure housing 16 in which the shaft 5 is mounted. Outside the pressure housing 16, the shaft 5 has a V-belt pulley 17 with which the filter centrifuge can be driven by the drive unit 19 via V-belts 18.
  • the pressure housing 16 On the side opposite the drive unit, the pressure housing 16 is penetrated by an inlet pipe 20, through which the filter centrifuge 1 suspension can be fed, the solid components of which settle on the filter medium 6 in the form of a solid cake 21 after dewatering.
  • the pressure housing 16 is also penetrated by the discharge tube 22 of a peeling device 23, which has a collecting trough 24 and a peeling knife 25 arranged in the interior of the filter centrifuge 1 and has a shut-off valve 22a outside the pressure housing 16.
  • a compressed gas line 26 leads into the interior of the pressure housing 16 and is fed by a compressor 27, the delivery rate of which can be controlled by a controllable drive motor 28.
  • the feed line 29 of the compressor 27 is connected to the gas discharge line 14, and a check valve 30, a condenser 30, a cooler 32 and a heater 33 can optionally be connected between the compressor 27 and the rotary union 15. Furthermore, a 4/2-way valve 34 can be arranged in the feed line 29 and in the pressure gas line 26, with which pressure gas can be applied to the interior of the pressure housing 16 in the position shown and with the gas discharge line 14 in the other switching position for the purpose of Reverse current application of the filter medium 6 compressed gas can be supplied.
  • a pressure sensor 35 for measuring the excess pressure p u is arranged in the interior of the pressure housing 16.
  • the peeling tube 10 has a device 36 for measuring the angular position ⁇ of the peeling tube, which is directly proportional to the radial liquid level r a in the annular space 9.
  • the device 36 for measuring the angular position ⁇ of the peeling tube 10 is coupled to a rotary actuator 37, with which the angular position ⁇ of the peeling tube 10 and thus also the liquid level r a in the annular space 9 can be adjusted.
  • a tachometer 38 is arranged, with which the speed or the angular velocity ⁇ of the shaft 5 can be measured.
  • the pressure sensor 35, the device 36 for measuring the angular position ⁇ of the peeling tube 10 and the tachometer 38 are connected via measured value lines 39, 40 and 41 to a control unit 42 in which the measured values transmitted from the measured value lines 39, 40 and 41 are connected for the overpressure p ü , the angular position ⁇ or the liquid level r a and the speed or angular velocity ⁇ are processed after appropriate preparation and forming, whereupon the drive motor 28, the drive unit 19 and the rotary actuator 37 can be controlled via the control lines 43, 44 and 45 shown in solid lines in accordance with certain selectable operating programs stored in the control unit 42.
  • the filter centrifuge in one embodiment, in which a compressor 27 is drawn in from the atmosphere as a positive pressure generating means, the compressed air is conducted via the pressure line 26 into the interior of the pressure housing 16.
  • the suspension the solids of which settle in the centrifugal field on the filter medium 6 in the form of a solid cake 21, is fed to the filter centrifuge 1 via the inlet pipe 20.
  • the filtrate enters the filtrate collecting space 7, a gas space 7a and a filtrate liquid space 7b with the radial liquid level r i being formed.
  • the filtrate passes through the discharge opening 8 into the annular space 9, the radial liquid level r a of which is determined by the angular position ⁇ of the peeling tube 10.
  • the gas can flow freely into the atmosphere or, as shown in the drawing, can be fed back in a closed circuit via the feed line 29 to the suction side of the compressor 27.
  • a capacitor 31, a cooler 32 or a heater 33 are acted.
  • These devices can also be arranged at a position other than that shown.
  • the heater 33 can be connected downstream of the compressor 27 in order to avoid the solid cake 21 to be able to apply greater heat losses with the hotest possible gas.
  • gases vapors of chemically or biologically reactive substances can also be conducted in a closed circuit.
  • the direction of flow of the gas can also be reversed (switch position not shown) in order to allow the filter medium 6 to flow through in the opposite direction for the purpose of loosening the solid cake 21.
  • the gas discharge line 14 is first shut off by means of the check valve 30. Then the peeling device 23 is pivoted by pivoting the discharge tube 22 in the direction of arrow 22b, whereupon the peeling knife 25 is pressed into the solid cake 21 and the solid parts detached from the solid cake 21 at a reduced speed of the filter centrifuge 1 fall into the collecting trough 24. After opening the shut-off valve, the solids are conveyed to the outside through the discharge pipe 22 by means of the compressed gas.
  • the speed or the angular velocity ⁇ of the filter centrifuge 1 the height .DELTA.h of the liquid column and the pressure difference .DELTA.p, controlled by the control unit 42, are coordinated with one another in such a way that in any case penetration of filtrate liquid into the horizontal area of the gas discharge line 14 is connected.
  • the parameters .DELTA.p, and .DELTA.h are coordinated with one another in normal operation so that gas or vapors flow through the solid cake 21 with the greatest effectiveness.
  • the aforementioned parameters are coordinated with one another in such a way that, at a reduced speed of the filter centrifuge 1, a good loosening effect for the solid cake, a good cleaning effect for an added filter medium 6 and a good discharge rate for peeled solids.
  • the control valve 42 can also be used to control the shut-off valve 22a, the pivoting device for the discharge pipe 22, the shut-off valve 3, the 4/2-way valve 34, the condenser 31, the cooler 32 and the heater 33 in order to ensure fully automatic operation with constant To achieve a succession of loading, drying, discharge and backwashing phases.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Bei einer Filterzentrifuge (1) mit einem Filtermedium (6) bildet sich nach Eingabe von Suspension ein Filterkuchen (21) aus, der in einer ersten Filtrationsphase der Zentrifugalfiltration unterworfen ist, in der die Entwässerung durch die Massenkräfte erfolgt, und der in einer zweiten Filtrationsphase neben der Zentrifugalfiltration der Druckgasfiltration unterworfen ist, in der zusätzlich zu den Massenkräften die durch eine Gasdurchströmung gegebenen Reibungskräfte wirksam werden. In der zweiten Filtrationsphase durchströmt Gas von Atmosphärendruck (po) den Filterkuchen (21) und das Filtermedium (6) und wird aus einem Filtratsammelraum (7), der sich aus einem Gasraum (7a) und einem Filtratflüssigkeitsraum (7b) zusammensetzt, über eine Gasabführleitung (11) durch Unterdruck abgezogen. Um den Feststoffkuchen (21) mit einer erhöhten Druckdifferenz durchströmen zu können wird vorgeschlagen, die Filterzen trifuge (1) in einem Druckgehäuse (16) mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Überdruck (pü) zu versorgen und zur Vermeidung des Eindringens von Filtratflüssigkeit in die Gasabführleitung (11) eine Niveaudifferenz zwischen den Flüssigkeitsspiegeln im Filtratflüssigkeitsraum (7b) und einem diesem nachgeordneten Ringraum(9) einzustellen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Filtrieren von Suspensionen in einer Filterzentrifuge gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Zentrifuge dieser Art ist aus der CH-PS 580 986 bekannt, bei der der an das Filtermedium radial anschließende Gasraum an eine außenstehende Luftabsaugvorrichtung angeschlossen ist. Mit dieser Zentrifuge kann nach der Hauptfiltration das sogenannte Trockenschleudern bzw. die Druckgasfiltration, bei der der Fil­terkuchen mit Gas durchströmt wird, zwischen der Oberfläche des Filterkuchens und dem Gasraum nur eine Druckdifferenz einge­stellt werden, die zwischen dem Atmosphärendruck und dem Dampf­druck des Filtrats liegt. Neben dem Nachteil der geringen er­zielbaren Druckdifferenz ist die Erzeugung vom Unterdruck durch die Luftabsaugvorrichtung verhältnismäßig aufwendig. Auch sind bei der Erzeugung von Unterdruck größere Gasvolumina zu fördern.
  • Aus dem Aufsatz "Einfluß der Betriebsparameter auf die Wirkung des Rotationssiphons in Schälzentrifugen" in der Zeitschrift "Chemie-Ingenieur-Technik", Jahrgang 51 (1979), Heft 1 ist es ferner bekannt, bei einer Filterzentrifuge mit Rotationssiphon die Filtrationsprinzipien der Zentrifugalfiltration und der Va­kuum - bzw. Druckfiltration zu kombinieren. Bei dieser bekann­ten Fitrationsmethode ist es jedoch erforderlich, daß kein Gasdurchtritt durch den Filterkuchen erfolgt, um unmittelbar hinter dem Filtermedium den zur Erzielung des Siphoneffektes notwendigen Unterdruck sicherzustellen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Druck­gasfiltration eine größere Druckdifferenz zwischen der Oberflä­che des Filterkuchens und dem Gasraum hinter dem Filtermedium zu erreichen, um die durch Reibung erzielbare Druckgasfiltra­tion und die Trocknungseffekte zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich darüber hinaus der Vorteil ergibt, daß vielfältige Betriebsweisen eingestellt werden kön­nen, wie z. B. das Rückspülen des Filtermediums, der Feststoff­austrag bei reduzierter Drehzahl oder die Anpassung an unter­schiedliche Füllsuspensionen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Gasabführleitung mit einem Sperrven­til versehen, durch das in der Gasabführleitung ein Gaspolster geschaffen werden kann, das beispielsweise beim Rückspülen des Filtermediums ein Eindringen von Flüssigkeit in die Gasrück­führleitung verhindert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das in der Seiten­wand der Filterzentrifuge angeordnete Teilstück der Gasabführ­leitung aus einem an der Seitenwand angeordneten Distanzgitter, das von der Hohlbohrung in der Welle der Filterzentrifuge bis in den Gasraum reicht und das an der dem Innenraum der Zentri­fugentrommel zugewandten Seite mit einer Scheibe aus flüssig­keits- und gasdichtem Material abgedeckt ist. Dieser scheiben­förmige Teilbereich der Gasabführableitung wirkt als Tröpfchen­abscheider, da das Gas, das sich nach dem Durchtritt durch den Feststoffkuchen entspannt, wegen des stark vergrößerten Strö­mungsquerschnittes mit geringer Strömungsgeschwindigkeit radial nach innen strömt. Infolge der hohen Beschleunigungskräfte im Zentrifugalfeld ergibt sich dabei eine intensive Tröpfchenab­scheidung, die noch durch geeignete Form der den Abscheideraum ausfüllenden Distanzgitterteile begünstigt werden kann. Derar­tige Formen sind aus den üblichen Tröppfchenabscheidern bekannt.
  • Vorzugsweise besteht die auf dem Distanzgitter aufliegende Scheibe aus Gummi, so daß diese auch bei einer sehr engen Öff­nung der Filterzentrifuge leicht eingebaut und ausgewechselt werden kann.
  • Zur Auflockerung des auf dem Filtermedium abgesetzten Filter­kuchens durch eine Gegenstromführung ist die Gasabführleitung wahlweise an die Überdruckerzeugungsmittel anschließbar.
  • Zur Steigerung des Wirkungsgrades oder bei Verwendung von Ga­sen, die in einem geschlossenen Kreislauf zu halten sind, wird das Gas aus der Gasabführleitung der Saugseite der Überdrucker­zeugungsmittel wieder zugeführt.
  • Vorzugsweise wird für ein im geschlossenen Kreislauf durch den Filterkuchen zu treibendes Gas als Überdruckerzeugungsmittel eine Saug-Druckpumpe verwendet, deren Saugseite an die Gasab­führleitung und deren Druckseite an den Innenrraum der Filter­zentrifuge angeschlossen sind.
  • In dem geschlossenen Kreislauf können je nach Bedark Gase und Dämpfe unterschiedlicher Art, beispielsweise dampfförmige Lö­sungsmittel verwendet werden. Desgleichen können je nach Bedarf Kondensatoren, Heizungs- oder Kühleinrichtungen angeordnet werden.
  • Zum Austrag der durch die Hauptfiltration und die Druckgasfil­tration entwässerten Feststoffbestandteile ist ein in den Fest­stoffkuchen einschwenkbares Schälmesser mit einem Auffangtrog vorgesehen, an den sich ein das Druckgehäuse durchsetzendes Austragsrohr anschließt. Dieses ist mit einem Absperrventil ausgestattet, nach dessen Öffnung die in den Auffangtrog ein­fallenden Feststoffbestandteile durch das im Druckgehäuse be­findliche Druckgas durch das Austragsrohr nach außen gefördert werden.
  • Um einen automatischen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrich­tung bei verschiedenen Betriebsweisen, wie z. B. beim Rückspü­len des Filtermediums, beim Feststoffaustrag bei reduzierter Drehzahl oder bei Verwendung unterschiedlicher Füllsuspensionen zu erreichen, sind die Überdruckerzeugungsmittel und/oder die Verstelleinrichtung des Schälrohrs und/oder der Drehantrieb für die Filterzentrifuge nach Maßgabe einer oder mehrerer der Meß­größen eines im Druckgehäuse angeordneten Druckmeßfühlers, einer Schälrohr-Winkelstellungsanzeigeeinrichtung und eines Drehzahlmessers für die Drehzahl der Filterzentrifuge steuer­bar. Dabei ist es zweckmäßig, die bestimmten Betriebsweisen über eine programmierte Steuerung einzustellen, so daß z. B. zwecks Lockerung der vom Schälmesser der Schälvorrichtung am Filtermedium verdichteten Grundschicht eine Rückspülung des Filtermediums derart durchführbar ist, das die Größe ri durch Veränderung der Druckverhältnisse wandelbar ist in eine Größe riʹ, wodurch das Filtrat radial von außen nach innen durch das Filtermedium gepreßt wird, wobei aber sichergestellt ist, daß kein Filtrat in das in der Welle befindliche Teilstück der Gasabführleitung dringt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, die im Schnitt eine von einem Druckgehäuse umschlossene, fliegend gelagerte Filterzentrifuge zeigt.
  • Die Filterzentrifuge 1 besteht aus einer Vollmanteltrommel 2, die an einer Seite ein Ringwehr 3 und an der anderen Seite den Trommelboden 4 aufweist, in dem die Welle 5 befestigt ist. Innerhalb der Vollmanteltrommel 2 ist ein zylindrisches Filter­medium 6 angeordnet, das auf der einen Seite am Ringwehr3 und auf der anderen Seite am Trommelboden 4 befestigt ist. Zwischen dem Filtermedium 6 und der Vollmanteltrommel 2 ist ein Fil­tratsammelraum 7 eingeschlossen, der sich aus einem unmittelbar an das Filtermedium 6 anschließenden Gasraum 7a und einem Fil­tratflüssigkeitsraum 7b zusammensetzt.
  • Der Filtratflüssigkeitsraum 7b ist über eine im Trommelboden 4 angeordnete Abflußöffnung 8 mit einem Ringraum 9 verbunden, in den ein Schälrohr 10 ragt. Am Trommelboden 4 sind ein Distanz­gitter 11 und eine aus elastomerem Material bestehende Scheibe 12 befestigt, die im radial äußeren Bereich gegenüber dem Fil­termedium 6 mittels einer umlaufenden Ringdichtung 13 abgedich­tet ist.
  • Der vom Trommelboden 4, dem Distanzgitter 11 und der Scheibe 12 gebildete Raum stellt einen Teilbereich einer Gasabführungslei­tung 14 dar, die vom Gasraum 7a über das Distanzgitter 11 und eine Hohlbohrung in der Welle 5 zu einer Drehdurchführung 15 führt.
  • Die Filterzentrifuge 1 ist von einem Druckgehäuse 16 umschlos­sen, in dem die Welle 5 gelagert ist. Außerhalb des Druckgehäu­ses 16 weist die Welle 5 eine Keilriemenscheibe 17 auf mit der die Filterzentrifuge über Keilriemen 18 von der Antriebseinheit 19 antreibbar ist.
  • Auf der der Antriebseinheit gegenüberliegenden Seite wird das Druckgehäuse 16 von einem Zulaufrohr 20 durchsetzt, über das der Filterzentrifuge 1 Suspension zuführbar ist, deren Fest­stoffbestandteile sich nach der Entwässerung auf dem Filterme­dium 6 in Form eines Feststoffkuchens 21 absetzen.
  • Das Druckgehäuse 16 wird ferner vom Austragsrohr 22 einer Schäleinrichtung 23 durchsetzt, das im Inneren der Filterzen­trifuge 1 einen Auffangtrog 24 und ein Schälmesser 25 angeord­net hat und außerhalb des Druckgehäuses 16 ein Absperrventil 22a aufweist.
  • Des weiteren führt in das Innere des Druckgehäuses 16 eine Druckgasleitung 26, die von einem Kompressor 27 gespeist wird, dessen Förderleistung über einen regelbaren Antriebsmotor 28 steuerbar ist.
  • Die Zuführleitung 29 des Kompressors 27 ist an die Gasabführ­leitung 14 angeschlossen, wobei zwischen dem Kompressor 27 und der Drehdurchführung 15 wahlweise ein Sperrventil 30, ein Kon­densator 30, ein Kühler 32 und ein Heizer 33 angeschlossen sein können. Des weiteren kann in der Zuführleitung 29 und in der Druckgasleitung 26 ein 4/2-Wegeventil 34 angeordnet sein, mit dem in der dargestellten Stellung das Innere des Druckgehäuses 16 mit Druckgas beaufschlagbar ist und mit dem in der anderen Schaltstellung der Gasabführleitung 14 zum Zweck der Umkehr­strombeaufschlagung des Filtermediums 6 Druckgas zuführbar ist.
  • Im Inneren des Druckgehäuses 16 ist ein Druckmeßfühler 35 zur Messung des Überdrucks pü angeordnet.
  • Das Schälrohr 10 weist an der das Druckgehäuse 16 durchsetzen­den Position eine Vorrichtung 36 zur Messung der Winkelstel­lung α des Schälrohrs auf, die dem radialen Flüssigkeitsniveau ra im Ringraum 9 unmittelbar proportional ist.
  • Die Vorrichtung 36 zur Messung der Winkelstellung α des Schäl­rohrs 10 ist mit einem Dreh-Stellantrieb 37 gekoppelt, mit dem die Winkelstellung α des Schälrohrs 10 und somit auch das Flüssigkeitsniveau ra im Ringraum 9 einstellbar ist.
  • Am Austritt der Welle 5 aus dem Druckgehäuse 16 ist ein Dreh­zahlmesser 38 angeordnet, mit dem die Drehzahl bzw. die Winkel­geschwindigkeit ω der Welle 5 meßbar ist.
  • Der Druckmeßfühler 35, die Vorrichtung 36 zur Messung der Win­kelstellung α des Schälrohrs 10 und der Drehzahlmesser 38 sind über in unterbrochenen Linien dargestellte Meßwertleitungen 39, 40 und 41 mit einer Steuereinheit 42 verbunden, in der die aus den Meßwertleitungen 39, 40 und 41 übermittelten Meßwerte für den Überdruck pü, die Winkelstellung α bzw. das Flüssig­keitsniveau ra und die Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω nach entsprechender Aufbereitung und Umformung verarbeitet wer­den, worauf der Antriebsmotor 28, die Antriebseinheit 19 und der Dreh-Stellantrieb 37 über die in durchgehenden Linien dar­gestellten Steuerleitungen 43, 44 und 45 nach Maßgabe bestimm­ter wählbarer, in der Steuereinheit 42 eingespeicherter Be­triebsprogramme angesteuert werden können.
  • Im Betrieb wird die Filterzentrifuge in einer Ausführungsform, in der als Überdruckerzeugungsmittel ein frei aus der Atmosphä­re ansaugender Kompressor 27 vorgesehen ist, die Druckluft über die Druckleitung 26 in das Innere des Druckgehäuses 16 gelei­tet. Über das Zulaufrohr 20 wird der Filterzentrifuge 1 die Suspension zugeführt, deren Feststoffe sich im Zentrifugalfeld auf dem Filtermedium 6 in Form eines Feststoffkuchens 21 abset­zen. Das Filtrat gelangt in den Filtratsammelraum 7, wobei sich ein Gasraum 7a und ein Filtratflüssigkeitsraum 7b mit dem ra­dialen Flussigkeitsniveau ri ausbildet. Das Filtrat gelangt über die Abflußöffnung 8 in den Ringraum 9, dessen radiales Flüssigkeitsniveau ra von der Winkelstellung α des Schäl­rohrs 10 bestimmt wird. Zwischen dem Flüssigkeitsniveau ra im Ringraum 9 und dem Flüssigkeitsniveau ri im Filtratflüssig­keitsraum 7b ist somit eine Flüssgkeitssäule der Höhe Δh = ra - ri eingestellt, deren hydrostatischer Druck pz im Zentrifugalfeld der Druckdifferenz Δp = pü - po ent­spricht, die zwischen dem Gasraum 7a mit dem Druck po und dem übrigen Innenraum innerhalb des Druckgehäuses 16 mit dem Druck pü gegeben ist. Durch den hydrostatischen Druck pz ist si­chergestellt, daß die Filtratflüssigkeit nicht in die Gasab­führleitung 14 eindringt und radial außerhalb des Filtermediums 6 ein Gasraum 7a mit dem Druck po erhalten bleibt, wodurch der Filterkuchen 21 nach der Hauptfiltration (Zentrifugalfil­tration) zusätzlich dem Trockenschleudern bzw. einer Druckgas­filtration unterzogen werden kann, bei der der Filterkuchen der Reibwirkung eines mit einem Druckgefälle von Δp = pü - po durchströmenden Gases ausgesetzt wird. Das Druckgas gelangt nach der Durchdringung des Feststoffkuchens 21 über die Gasab­führleitung 14 und die Drehdurchführung 15 nach außerhalb des Druckgehäuses 16.
  • Das Gas kann dabei frei in die Atmosphäre ausströmen, oder, wie in der Zeichnung dargestellt, in einem geschlossenen Kreislauf über die Zuführleitung 29 der Saugseite des Kompressors 27 wie­der zugeführt werden. Bei der Rückführung kann auf das Gas durch weitere Einrichtungen wie z. B. einen Kondensator 31, einen Kühler 32 oder einen Heizer 33 eingewirkt werden. Diese Einrichtungen können auch an anderer als der dargestellten Po­sition angeordnet werden. So kann der Heizer 33 dem Kompressor 27 nachgeschaltet sein, um den Feststoffkuchen 21 unter Vermei­dung größerer Wärmeverluste mit möglichst heißem Gas beaufschlagen zu können. Anstelle von Gasen können auch Dämpfe von chemisch oder biologisch reagierenden Substanzen im geschlossenen Kreis­lauf geführt werden.
  • Mittels des 4/2-Wegeventils 34 kann die Strömungsrichtung des Gases auch umgekehrt werden (nicht dargestellte Schaltstel­lung), um zum Zweck der Auflockerung des Feststoffkuchens 21 das Filtermedium 6 in umgekehrter Richtung durchströmen zu las­sen.
  • Zum Austrag der Feststoffe aus der Filterzentrifuge 1 wird zu­nächst die Gasabführleitung 14 mittels des Sperrventils 30 ab­gesperrt. Anschließend wird die Schäleinrichtung 23 durch Ver­schwenken des Austragsrohres 22 in Richtung des Pfeiles 22b verschwenkt, worauf das Schälmesser 25 in den Feststoffkuchen 21 gedrückt wird und die vom Feststoffkuchen 21 bei verminder­ter Drehzahl der Filterzentrifuge 1 gelösten Feststoffteile in den Auffangtrog 24 fallen. Nach Öffnen des Absperrventils wer­den die Feststoffe mittels des Druckgases durch das Austrags­rohr 22 nach außen gefördert.
  • Bei llen Betriebsarten der Zentrifuge sind die Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit ω der Filterzentrifuge 1, die Hö­he Δh der Flüssigkeitssäule und die Druckdifferenz Δp, ge­steuert durch die Steuereinheit 42 so aufeinander abgestimmt, daß in jedem Fall ein Eindrigen von Filtratflüssigkeit in den horizontalen Bereich des Gasabführleitung 14 angeschlossen ist. Darüberhinaus sind im Normalbetrieb die Parameter Δp, und Δh so aufeinander abgestimmt, daß der Feststoffkuchen 21 mit größter Wirksamkeit von Gas oder Dämpfen durchströmt wird. Desgleichen sind bei der Umkehrbeaufschlagung des Filtermediums 6 durch einen in Gegenrichtung geförderten Gasstrom und beim Austragsvorgang die vorgenannten Parameter so aufeinander abge­stimmt, daß bei verminderter Drehzahl der Filterzentrifuge 1 ein guter Auflockerungseffekt für den Feststoffkuchen, ein gu­ter Reinigungseffekt für ein zugesetztes Filtermedium 6 und eine gute Austragsleistung für abgeschälte Feststoffe erzielt wird.
  • Über die Steuereinheit 42 können dabei auch das Absperrventil 22a, die Verschwenkeinrichtung für das Austragsrohr 22, das Sperrventil 3, das 4/2-Wegeventil 34, der Kondensator 31, der Kühler 32 und der Heizer 33 angesteuert werden, um einen voll­automatischen Betrieb mit ständiger Aufeinanderfolge von Bela­dungs-, Trocknungs-, Austrags- und Rückspülphasen zu erreichen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Filtrieren von Suspensionen in einer Fil­terzentrifuge, die aus einem vorzugsweise zylindrischen Filtermedium besteht, das von einer Vollmanteltrommel um­schlossen ist, wobei zwischen Filtermedium und Vollmantel­trommel ein Filtratsammelraum eingeschlossen ist, der sich aus einem unmittelbar an das Filtermedium anschließenden Gasraum und einem Filtratflüssigkeitsraum mit dem Flüssig­keitsniveau ri zusammensetzt, wobei der Gasraum radial innerhalb des Flüssigkeitsniveaus ri eine nach außerhalb der Filterzentrifuge führende Gasabführleitung und der Fil­tratflüssigkeitsraum eine Abflußöffnung für die Filtrat­flüssigkeit aufweist, die in einen Ringraum mündet, in den ein Schälrohr zur Einstellung des Flüssigkeitsniveaus ra einschwenkbar ist, dadurch gekennzeich­net, daß

- Überdruckerzeugungsmittel, beispielsweise ein Kompressor (27) vorgesehen sind, welche den Innenraum eines die Fil­terzentrifuge (1) umschließenden Druckgehäuses (16) mit einem gegenüber dem Atmosphärendruck po erhöhten inne­ren Überdruck pü versorgen,

- eine Druckdifferenz Δp = pü - po dem hydrostatischen Druck pz entspricht, der von einer Flüssigkeitssäu­le Δh im Zentrifugalfeld erzeugt wird, die sich aus der Differenz der beiden Flüssigkeitsniveaus ra - ri ergibt, und

- die Vorrichtung zum Filtrieren nach Maßgabe folgender Gleichung betreibbar ist:

Δp = pü - po ≡ pz = ½·ϑL·ω²(r
Figure imgb0001
- r
Figure imgb0002
),

wobei sich die einzelnen Gleichungsgrößen wie folgt be­stimmen:

    pü = Überdruck im Druckgehäuse (16)
    po = Atmosphärendruck
    ri = radiales Flüssigkeitsniveau im Filtratflüssig­keitsraum (7b)
    ra = radiales Flüssigkeitsniveau im Ringraum (9)
    Δh = Flüssigkeitssäule als Differenz von ra - ri
    pz = Zentrifugaldruck der Flüssigkeitssäule mit der radialen Höhe Δh im Zentrifugalfeld
    ω = Winkelgeschwindigkeit der Filterzentrifuge (1)
    ϑL = Dichte der Filtratflüssigkeit
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Filterzentrifuge (1) von einem Druckgehäuse (16) umschlossen ist und die Gasabführleitung (14) über den Trommelboden (4) und die Welle (5) der Fil­terzentrifuge (1) nach außen geführt ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabführleitung (14) mit einem Sperrventil (30) versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Trommelboden (4) der Filterzentrifuge (1) angeordnete Gasabführleitung (14) aus einem von einer Hohlbohrung in der Welle (5) der Fil­terzentrifuge (19 bis in den Gasraum (7a) reichende Di­stanzgitter (11) besteht, das an seiner dem Innenraum der Filterzentrifuge (1) zugewandten Seite mit einer Scheibe (12) aus flüssigkeits- und gasdichtem Material abgedeckt ist, die im radial äußeren Bereich gegenüber dem Filterme­dium (6) mittels einer Ringdichtung (13), beispielsweise einer elastischen Rundschnur abgedichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Scheibe (12) aus elastischem Ma­terial, beispielsweise aus Gummi besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckerzeugungs­mittel zwecks Auflockerung des auf dem Filtermedium (6) ab­gesetzten Filterkuchens (21) durch Gegenstromführung an die Gasabführungsleitung (14) wahlweise anschließbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gasabführleitung (14) in an sich bekannter Weise Unterdruckerzeugungsein­richtungen angeschlossen sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Gasabführlei­tung (14) abgeführte Gas im geschlossenen Kreislauf den Überdruckerzeugungsmitteln wieder zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Überdruckerzeugsmittel aus einer Saug-Druckpumpe bestehen, deren Saugseite an die Gasabführ­leitung (14) und deren Druckseite an den Innenraum der Fil­terzentrifuge (1) angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf zirkulie­rende Gas aus dampfförmigem Lösungsmittel besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Kreislauf ein Kondensator (31) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Kreislauf ein Heizer (33) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum der Fil­terzentrifuge (1) eine Schälvorrichtung (23) ragt, an die sich ein, das Druckgehäuse (16) durchsetzendes Austragsrohr (22) anschließt, über das nach Absperrung der Gasabführlei­tung (14) ein Austrag der von der Schälvorrichtung (23) ab­geschälten Feststoffe durch das von den Überdruckerzeu­gungsmitteln erzeugte Druckgas durchführbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Überdruckerzeugungsmittel zur Erzeugung des Über­drucks pü im Druckgehäuse (16)
und/oder
- die Verstelleinrichtung (Schälrohr 10) zur Einstellung des radialen Flüssigkeitsniveaus ra
und/oder
- die Antriebseinheit (19) für die Filterzentrifuge(1) nach Maßgabe einer oder mehrerer der Meßgrößen:
- eines im Druckgehäuse (16) angeordneten Druckmeßfühlers (35),
- einer Schälrohr-Winkelstellungsanzeigeeinrichtung (36) und
- eines Drehzahlmessers (38) für die Drehzahl der Filter­zentrifuge (1)
steuerbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß eine programmierbare Steuerung vorge­sehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Lockerung der vom Schälmesser (25) der Schäleinrichtung (23) am Filtermedium (6) verdichteten Grundschicht eine intervallmäßige Rückspü­lung des Filtermediums derart durchführbar ist, daß die Größe ri wandelbar ist in eine Größe riʹ, die kleiner dem radialen Abstand des Filtermediums (6) von der Drehach­se der Filterzentrifuge (1) ist und die größer ist als der Radius der in der Welle (5) angeordneten Gasabführleitung (14).
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