EP0342455A2 - Filterzentrifuge zum Trennen von Suspensionen - Google Patents

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EP0342455A2
EP0342455A2 EP89108187A EP89108187A EP0342455A2 EP 0342455 A2 EP0342455 A2 EP 0342455A2 EP 89108187 A EP89108187 A EP 89108187A EP 89108187 A EP89108187 A EP 89108187A EP 0342455 A2 EP0342455 A2 EP 0342455A2
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EP
European Patent Office
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collecting space
siphon
gas
pressure
liquid
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EP89108187A
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French (fr)
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EP0342455B1 (de
EP0342455A3 (en
Inventor
Günther Ing. Hultsch
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Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
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Krauss Maffei AG
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/08—Other accessories for centrifuges for ventilating or producing a vacuum in the centrifuge

Definitions

  • the invention relates to a "filter centrifuge for separating suspensions according to the preamble of claim 1.
  • Rotating siphon devices are attached to the drums of filter centrifuges according to German Patent Specification 22 60 461, which flow through the filtrate separated from the suspension after it has passed the filter medium and a collecting space, with the exclusion of gas.
  • the filtrate gets into a ring cup attached to the outside of the drum and is made from it e.g. derived by means of a peeling pipe which can be swung in and out.
  • the peeling tube is also used to adjust the liquid level in the ring cup. If this level is lowered into a region radially outside the filter medium, the siphon device causes a pressure drop under the filter medium, relative to the pressure in the centrifuge housing.
  • This increases the driving force that causes the filtration compared to conventional centrifuges by the pressure difference that exists between the surface of the filter cake and the collecting space, and the filtration is accelerated.
  • a device which allows gas which has penetrated into the collecting space during a centrifuging batch to be rapidly displaced into the housing surrounding the drum.
  • gas discharge lines are preferably provided in the rear wall of the drum and are provided with a pressure-dependent outflow device.
  • the outflow device can consist of a valve which opens at a slight overpressure in the collecting space relative to the pressure prevailing in the centrifuge housing and closes at an opposite pressure drop, that is to say a greater pressure in the housing than in the collecting space.
  • the outflow device consists of a rotating siphon which is filled with liquid and is designed such that gas flows from the collecting space to the housing at a low pressure drop from the collecting space to the housing and gas closure at a greater pressure drop from the housing to the collecting space is guaranteed.
  • the feed and discharge devices filling pipe (2), peeling knife (3), solids chute (4), pressure relief valve (5), backwash pipe (6) and filtrate peeling pipe (7) are attached to the housing (1).
  • the siphon drum (9) with the filter medium (10), the collecting space (11), the siphon disc (12) and the ring cup (13) is seated on the shaft (8). According to the figure, a filter cake (14) is deposited on the filter medium (10).
  • the collecting space (11) is partially filled with filtrate liquid (15), which has a lower (radially larger) liquid level in the ring cup (13).
  • filtrate liquid (15) which has a lower (radially larger) liquid level in the ring cup (13).
  • the centrifuge drum (9) is then charged with suspension via the filling tube (2).
  • the filtrate peeling tube (7) swings into the ring cup (13) and lowers the liquid level in the ring cup (13) compared to the level in the collecting chamber (11).
  • a low pressure arises under the filter medium (10) compared to the surrounding housing.
  • the pressure difference is determined by the accelerated mass of the liquid column ⁇ h +.
  • a ⁇ h + For example, with an acceleration of 1000 x 9.81 m / s2 and water as the filtrate liquid, a ⁇ h + of 20 mm, a pressure difference of 2 bar.
  • an increasing gas cushion is formed in the collecting space (11) as a result of gas ingress through the filter cake or degassing of the filtrate, ⁇ h + and thus the additional pressure drop become smaller.
  • the filtrate peeling tube (7) is now swung out again and liquid is poured into the ring cup (13) through the backwashing tube (6).
  • This process results in a short-term reduction in the filtration speed because it e.g. can be accomplished in 20 s.
  • the peeling tube (7) is then swiveled in again, whereby the check valve (18) closes automatically and ⁇ h + again assumes a maximum value.
  • a siphon device is used instead of the check valve (18).
  • the horizontal branch (19) of the bore (17) is connected to a down pipe (20), the lower end of which (21) in the siphon cup (21).
  • liquid is filled into the siphon cup (21) through the refill tube (22).
  • the refill tube (22) can also take over the function of the backwash tube (6) because the liquid overflowing from the small siphon cup (21) gets into the ring cup (13).
  • Fig. 2 shows the device in the "filtering" operating state. Because in this case the internal pressure of the centrifuge housing is greater than the pressure in the collecting chamber (11), the two liquid columns ⁇ h + generate the same, hydrostatic pressures. Because the liquid column ⁇ h + in the downpipe (20) is subject to a lower centrifugal acceleration than the column between the collecting space (11) and the ring cup (13), which is located radially further outwards, this inner column has a larger, radial extension. Both columns close the gas to the collecting space (11).
  • Fig. 3 shows the device in the "displacing" operating state.
  • gas has entered the collecting space (11) from the filtrate liquid and / or through the filter cake, this must be displaced.
  • liquid is simultaneously filled into the siphon cup (21) and the ring cup (13) with the refill tube (22).
  • the liquid column displaces ⁇ h - the gas which has entered the collecting space (11) through the downpipe (20). Because ⁇ h - in the siphon cup (21) can only assume a low value due to the low rim ring, the gas bubbles through this siphon cup into the interior of the housing.
  • the rim of the siphon cup (21) can be kept very low because its cross-sectional area has a multiple of the cross-sectional area of the downpipe (20).
  • a slight lowering of the level in the siphon cup (21) is sufficient to build up a liquid column ⁇ h + in the downpipe (20) corresponding to the pressure difference without it being necessary to add liquid through the refill pipe (22) .
  • Fig. 4 shows a pressure sensor (23) in the filtrate collecting space (11) which reports pressure measurement values to the control system via cable (24) and slip rings (not shown in the drawing) or a transmitter.
  • the displacement of gas from the collecting space (11) into the centrifuge housing (1) can be controlled in a pressure-dependent manner.
  • the filtrate peeling tube (7) swings out and liquid is filled into the ring cup (13) through the backwashing tube (6).
  • the advantage of the device according to the invention is not limited to the displacement of gas during centrifugation.
  • the device can also be used advantageously if the solid has been peeled apart from a residual layer.
  • liquid had to be filled into the ring cup (13) when the peeling tube (7) was swung out, on the one hand to displace gas before the next batch and on the other hand to regenerate the remaining layer and the filter medium (10) by backwashing. If the resistance of the residual layer and filter medium was high, this process was time-consuming on the one hand and difficult to control on the other hand. In the case of large resistances, and possibly different for each batch, the volume flow of the liquid supplied would have to be adapted to this resistance. If the volume flow was too large, some of the liquid ran unused into the centrifuge housing via the rim ring of the ring cup (13).
  • the pressure in the collecting space (11) can only be as high as the resistance of the gas outflow device. Only when the liquid reaches the filter medium (10) from the collecting space (11) does the pressure difference still work remaining small column ⁇ h - and the filter medium (10) is flowed through.
  • the liquid supplied to the ring cup (13) can be metered precisely due to the new device and an ineffective overflow via the rim ring of the ring cup (13) is avoided.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Filterzentrifuge zum Trennen von Suspension, deren Trommel eine mitro­tierende Siphoneinrichtung nach DPS 22 60 461 aufweist, haben den Nachteil, daß die filtrationsbeschleunigende Wirkung der Siphoneinrich­tung durch Gaseinbrüche in den Sammelraum unter dem Filtermittel ver­nichtet wird. Bisher läßt sich dieses Gas erst nach jeder Charge, nachdem der Feststoff ausgeräumt worden ist, durch Rückspülung durch das Filtermittel verdrängen.
Die Aufgabe besteht darin einen Ausgang zu schaffen, der die Verdrängung von in den Siphonraum eingedrungenen Gasen während der Filtration erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein radial innerhalb der Siphoneinrichtung, vorzugsweise am Trommelboden angeordnetes, an den Sammelraum (11) angeschlossenes Rückschlagventil (18) oder eine zusätzliche, als Rück­schlagventil wirkende Siphoneinrichtung (17, 19, 20, 21) gelöst.
Diese Vorrichtung kann an diskontinuierliche arbeitenden Filterzentrifu­gen mit Rotationssiphon nach DPS 22 60 461 eingesetzt werden, deren Gehäuse-Innenraum unter Umgebungsdruch steht oder mit Druckgas zur weiteren Beschleunigung der Filtration beaufschlagt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine "Filterzentrifuge zum Trennen von Suspensionen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • An den Trommeln von Filterzentrifugen nach der Deutschen Patentschrift 22 60 461 sind mitrotierende Siphoneinrichtungen angebracht, welche das von der Suspension abgetrennte Filtrat, nachdem es das Filtermittel und einen Sammelraum passiert hat, unter Gasabschluß durchströmt.
  • Das Filtrat gelangt in eine an der Außenseite der Trommel angebrachte Ringtasse und wird aus dieser z.B. mittels eines ein- und ausschwenkba­ren Schälrohres abgeleitet. Das Schälrohr dient gleichzeitig zur Ein­stellung des Flüssigkeitsniveaus in der Ringtasse. Wird dieses Niveau in einen Bereich radial außerhalb des Filtermittels abgesenkt, so bewirkt die Siphoneinrichtung einen Druckabfall unter dem Filtermittel, relativ zum Druck im Zentrifugengehäuse.
  • Dadurch wird die treibende Kraft, welche die Filtration bewirkt, gegen­über konventionellen Zentrifugen um die Druckdifferenz, die zwischen der Oberfläche des Filterkuchens und dem Sammelraum herrscht, erhöht und die Filtration beschleunigt.
  • Diese Druckdifferenz bildet sich jedoch zurück, wenn die Filtratflüssig­keit gasförmige Bestandteile in den Sammelraum unter dem Filtermittel abgibt oder wenn Gas durch das Filtermittel gelangt.
  • Mit der Vorrichtung nach DPS 22 60 461 kann nach jeder Zentrifugierchar­ge, d.h. nachdem der Filterkuchen aus der Trommel ausgeschält worden ist, in den Sammelraum eingedrungenes Gas verdrängt werden. Dazu wird Flüssigkeit in die Ringtasse der Siphoneinrichtung gefüllt und das Schälrohr aus der Ringtasse geschwenkt.
  • Infolgedessen bildet sich ein von außen gegen das Filtermittel gerichte­te Druckgefälle und das eingedrungene Gas wird durch das Filtermittel getrieben.
  • Diese Verdrängung von Gas ist jedoch nur möglich, nachdem der Filterku­chen bis auf eine Restschicht entfernt wurde. Wenn sich der Filterkuchen noch in der Trommel befindet, ist der Widerstand zur Entfernung von Gas durch den Filterkuchen zu groß und außerdem würde bei diesem Verfahrens­schritt die Filtration gestört.
  • Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen die es gestattet, während einer Zentrifugiercharge in den Sammelraum eingedrungenes Gas rasch in das die Trommel umschließenden Gehäuse zu verdrängen.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß vorzugsweise in der Trommelrückwand Gasabführleitungen angebracht und mit einer druckabhän­gigen Ausströmvorrichtung versehen sind.
  • Die Ausströmvorrichtung kann aus einem Ventil bestehen, welches bei einem geringen Überdruck im Sammelraum gegenüber dem im Zentrifugenge­häuse herrschenden Druck öffnet und bei einem umgekehrten Druckgefälle, also größerem Druck im Gehäuse als im Sammelraum, schließt. Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Ausströmvorrichtung aus einem rotierenden Siphon besteht der mit Flüssigkeit gefüllt wird und so beschaffen ist, daß bei einem geringen Druckgefälle vom Sammelraum zum Gehäuse Gas vom Sammelraum zum Gehäuse strömt und bei einem größeren Druckgefälle vom Gehäuse zum Sammelraum Gasabschluß gewahrleistet ist.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
    • Abb. 1 : Einen Schnitt durch eine Zentrifuge mit Rotationssiphon und einem Rückschlagventil zur Gasableitung aus dem Sammelraum.
    • Abb. 2: Eine Zentrifugentrommel, bei der anstelle eines Rückschlag­ventils eine Siphoneinrichtung zur wechselseitigen Gasab­sperrung und -ableitung dient, im Betriebszustand der Gasab­sperrung.
    • Abb. 3: Wie Abb. 2, jedoch im Betriebszustand der Gasableitung.
    • Abb. 4: Zeigt einen Teilschnitt durch eine Zentrifugentrommel mit Rotationssiphon und einem Drucksensor im Filtrat-Sammelraum.
  • Nach Abb. 1 sind am Gehäuse (1) die Zu- und Ableiteinrichtungen Füll­rohr (2), Schälmesser (3), Feststoffrutsche (4), Überdruckventil (5), Rückspülrohr (6) sowie Filtrat-Schälrohr (7) befestigt.
  • Auf der Welle (8) sitzt die Siphontrommel (9) mit dem Filtermittel (10), dem Sammelraum (11), der Siphonscheibe (12) und der Ringtasse (13). Nach der Abb. ist auf dem Filtermittel (10) ein Filterkuchen (14) abgelagert. Der Sammelraum (11) ist teilweise mit Filtratflüssigkeit (15) gefüllt, die in der Ringtasse (13) ein niedrigeres (radial größeres) Flüssig­keitsniveau hat. In der Trommelrückwand (16) befindet sich wenigstens eine Bohrung (17) und wenigstens ein Rückschlagventil (18).
  • Nach den Abb. 2 und 3 schließt sich an den horizontalen Ast (19) der Bohrung (17) ein radial nach außen gerichtetes Rohr (20) an, welches in der Siphontasse (21) abgetaucht ist, wenn Flüssigkeit durch das Nach­füllrohr (22) zugeführt wurde.
  • Die Arbeitsweise der Vorrichtung gem. Abb. 1 ist folgende:
    Vor jeder Zentrifugiercharge werden durch das Rückspülrohr (6) bei ausgeschwenktem Filtrat-Schälrohr (7) sowohl die Ringtasse (13) als auch der Sammelraum (11) nahezu vollständig mit Flüssigkeit gefüllt.
  • Anschließend wird die Zentrifugentrommel (9) über das Füllrohr (2) mit Suspension beschickt. Dabei schwenkt das Filtrat-Schälrohr (7) in die Ringtasse (13) ein und senkt den Flüssigkeitsspiegel in der Ringtasse (13) gegenüber dem Spiegel im Sammelraum (11) ab. Infolgedessen entsteht unter dem Filtermittel (10) ein gegenüber dem umgebenden Gehäuse gerin­ger Druck. Die Druckdifferenz wird durch die beschleunigte Masse der Flüssigkeitssäule Δ h + bestimmt. So erzeugt z.B. bei einer Beschleuni­gung von 1000 x 9,81 m/s² und Wasser als Filtratflüssigkeit ein Δ h + von 20 mm eine Druckdifferenz von 2 bar. Wenn jedoch infolge von Gasein­brüchen durch den Filterkuchen oder von Entgasung des Filtrats ein zuneh­mendes Gaspolster im Sammelraum (11) gebildet wird, werden Δ h + und da­mit das zusätzliche Druckgefälle kleiner.
  • Zur Wiederherstellung der die Filtration beschleunigenden Druckdifferenz wird jetzt das Filtrat-Schälrohr (7) erneut ausgeschwenkt und durch das Rückspülrohr (6) Flüssigkeit in die Ringtasse (13) gefüllt. Dadurch wird ein umgekehrtes Druckgefälle vom Sammelraum (11) zum Gehäuse-Innenraum von der Flüssigkeitssäule Δ h - erzeugt und infolgedessen das Gas aus dem Sammelraum (11) durch die Bohrung (17) und das Rückschlagventil (18) verdrängt. Dieser Vorgang bewirkt eine nur kurzzeitige Minderung der Filtrationsgeschwindigkeit, weil er z.B. in 20 s bewerkstelligt werden kann. Anschließend wird das Schälrohr (7) wieder eingeschwenkt, wodurch das Rückschlagventil (18) selbstätig schließt und Δ h + wieder einen Maximalwert annimmt.
  • Nach den Abb. 2 und 3 wird anstelle des Rückschlagventils (18) eine Siphoneinrichtung verwendet. Dazu wird der horizontale Ast (19) der Bohrung (17) an ein Fallrohr (20) angeschlossen, dessen unteres Ende (21) in die Siphontasse (21) taucht. Zur Erzielung der gewünschten Ventilwirkung wird durch das Nachfüllrohr (22) Flüssigkeit in die Siphontasse (21) gefüllt. Das Nachfüllrohr (22) kann gleichzeitig die Funktion des Rückspülrohres (6) mit übernehmen, weil die aus der kleinen Siphontasse (21) überlaufende Flüssigkeit in die Ringtasse (13) gelangt.
  • Abb. 2 zeigt die Vorrichtung im Betriebszustand "Filtrieren". Weil in diesem Falle der Innendruck des Zentrifugengehäuses großer ist, als der Druck im Sammelraum (11), erzeugen die beiden Flüssigkeitssäulen Δ h + gleiche, hydrostatische Drücke. Weil die Flüssigkeitssäule Δ h + im Fallrohr (20) einer geringeren Zentrifugalbeschleunigung unterliegt, als die Säule zwischen dem Sammelraum (11) und der Ringtasse (13), die radial weiter außen liegt hat diese innere Säule eine größere, radiale Erstreckung. Beide Säulen bewirken Gasabschluß zum Sammelraum (11).
  • Abb. 3 zeigt die Vorrichtung im Betriebszustand "Verdrängen". Nachdem in den Sammelraum (11) aus der Filtratflüssigkeit und/oder durch den Filterkuchen Gas eingedrungen ist, muß dieses verdrängt werden. Dazu wird nach dem Beispiel mit dem Nachfüllrohr (22) gleichzeitig Flüssig­keit in die Siphontasse (21) und die Ringtasse (13) gefüllt. Infolgedes­sen verdrängt die Flüssigkeitssäule Δ h - das in den Sammelraum (11) eingedrungene Gas durch das Fallrohr (20). Weil Δ h - in der Siphontasse (21) wegen des niedrigen Bordringes nur einen geringen Wert annehmen kann, blubbert das Gas durch diese Siphontasse in den Gehäuse-Innenraum. Der Bordring der Siphontasse (21) kann sehr niedrig gehalten werden, weil deren Querschnittsfläche ein Vielfaches der Querschnittsfläche des Fallrohres (20) aufweist. Somit genügt beim Betriebszustand nach Abb. 2 eine geringe Niveau-Senkung in der Siphontasse (21), um eine der Druck­differenz entsprechende Flüssigkeitssäule Δ h + im Fallrohr (20) aufzu­bauen, ohne daß es erforderlich ist, Flüssigkeit durch das Nachfüllrohr (22) zuzugeben.
  • Abb. 4 zeigt einen Drucksensor (23) im Filtrat-Sammelraum (11), der über Kabel (24) und in der Zeichnung nicht dargestellte Schleifringe oder einen Sender Druck-Meßwerte an die Steuerung meldet. Dadurch kann die Verdrängung von Gas aus dem Sammelraum (11) in das Zentrifugengehäuse (1) druckabhängig gesteuert werden. Sobald ein wählbarer Solldruck im Sammelraum bzw. unter dem Filtermittel (10) überschritten wird schwenkt das Filtrat-Schälrohr (7) aus und durch das Rückspülrohr (6) wird Flüssigkeit in die Ringtasse (13) gefüllt.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt sich nicht auf die Verdrängung von Gas während der Zentrifugation.
  • Die Vorrichtung kann auch vorteilhaft angewendet werden, wenn der Feststoff bis auf eine Restschicht ausgeschält worden ist. In diesem Falle mußte schon bisher Flüssigkeit in die Ringtasse (13) bei ausge­schwenktem Schälrohr (7) gefüllt werden, um einerseits vor der folgenden Charge Gas zu verdrängen und andererseits, um die Restschicht und das Filtermittel (10) durch Rückspülung zu regenerieren. Wenn der Widerstand von Restschicht und Filtermittel groß war, war dieser Vorgang einerseits zeitaufwendig und andererseits schwer steuerbar. Bei großen, und mögli­cherweise bei jeder Charge unterschiedlichen Widerständen hätte der Volumenstrom der zugeführten Flüssigkeit diesem Widerstand angepaßt werden müssen. War der Volumenstrom zu groß, so lief ein Teil der Flüssigkeit über den Bordring der Ringtasse (13) ungenutzt in das Zentrifugengehäuse. Dabei konnte, wenn der Sammelraum (11) noch weitge­hend mit Gas gefüllt war, ein aufgrund der Länge der Flüssigkeitssäule Δ h - erheblicher Druck gegen das Filtermittel (10) entstehen, bis zur Beschädigung des Filtermittels. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Druck im Sammelraum (11) nur so groß sein, wie der Widerstand der Gas-Abströmvorrichtung. Erst wenn die Flüssigkeit das Filtermittel (10) vom Sammelraum (11) aus erreicht, wirkt die Druckdifferenz der noch verbleibenden, kleinen Säule Δ h - und das Filtermittel (10) wird durchströmt.
  • Die der Ringtasse (13) zugeführte Flüssigkeit läßt sich aufgrund der neuen Vorrichtung genau dosieren und ein wirkungsloser Überlauf über den Bordring der Ringtasse (13) wird vermieden.

Claims (6)

1. Zentrifuge mit einer ein koaxiales Filtermittel aufweisenden Schleudertrommel und mit einem radial außerhalb des Filtermittels angeordnetem, mit mindestens einer Abflußöffnung ausgerüsteten Sammel­raum für Filtrat, wobei an den Sammelraum eine mitrotierende Siphonein­richtung angeschlossen ist, die einen Gaseintritt in den Sammelraum temporär verhindert, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gasabführ­leitung (17), die den Sammelraum (11) mit dem Zentrifugengehäuse (1) verbindet und die in eine Vorrichtung zur druckabhangigen Abführung von durch das Filtermittel (10) eingedrungenen Gasen mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur druckabhängigen Gasabführung aus dem Sammelraum (11) ein an sich bekanntes Rückschlagventil (18) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur druckabhängigen Gasabführung ein mit Flüssigkeit füllba­rer, mit der Zentrifugentrommel (9) mitrotierender Siphon (20, 21) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Zuführung von Flüssigkeit durch eine Ringtasse (13) vorgesehen sind, mit welcher in den Ringraum (11) eingedrungene Gase durch die Vorrich­tung zur druckabhängigen Gasabführung verdrängt werden können.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch ein Nachfüllrohr (22) für die Siphontasse (21).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Druck-­sensor (23) im Sammelraum (15).
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