EP0454045A2 - Zentrifugen-Trockner - Google Patents

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EP0454045A2
EP0454045A2 EP91106497A EP91106497A EP0454045A2 EP 0454045 A2 EP0454045 A2 EP 0454045A2 EP 91106497 A EP91106497 A EP 91106497A EP 91106497 A EP91106497 A EP 91106497A EP 0454045 A2 EP0454045 A2 EP 0454045A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drum
dryer according
centrifuge
product
baffle plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP91106497A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0454045A3 (en
EP0454045B1 (de
Inventor
Hans Joachim Dipl.-Ing. Titus
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.)
TITUS HANS JOACHIM
Original Assignee
TITUS HANS JOACHIM
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Filing date
Publication date
Application filed by TITUS HANS JOACHIM filed Critical TITUS HANS JOACHIM
Publication of EP0454045A2 publication Critical patent/EP0454045A2/de
Publication of EP0454045A3 publication Critical patent/EP0454045A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0454045B1 publication Critical patent/EP0454045B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/06—Other accessories for centrifuges for cleaning bowls, filters, sieves, inserts, or the like
    • 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 centrifugal dryer with a horizontally mounted drive shaft, a drum connected to it rotating, a filter arranged inside the drum, which encloses a conically enlarged work space from the connection side of the drive shaft, an axially displaceable baffle plate forming an end face of the work space, and with a drum and baffle plate encapsulating centrifuge housing.
  • peeling devices for emptying, due to their movement sequences, cause contamination due to seal abrasion, for example, which are intolerable in high-quality pharmaceutical substances. Peeling devices contain deposits that are wetted by the suspension and, after dripping, allow an unwashed product to crust over. The crust is reinforced by the fine dust generated during the peeling process, which gets onto the still moist deposit surfaces. With a certain thickness, the crust breaks off in the most vibratory dry spin phase and contaminates the end product.
  • Peeling devices are also disadvantageous because a residual layer always remains in the drum, the compression of which causes increasingly longer filtration times for the subsequent batches.
  • the centrifuge To remove the residual layer, the centrifuge must be stopped and opened, solvent vapors being drawn off while the residual layer is being scraped off and scooped out.
  • foreign particles get into products with high purity requirements, and workers and the environment are polluted.
  • peeling centrifuges in addition to contamination, there are also losses due to the product entering the mother liquor room during peeling operation.
  • inert substances must be re-inerted after opening the centrifuge, which leads to N2 and time expenditure.
  • the object of the invention is to provide a separation apparatus which can perform a mechanical and / or thermal separation technique while eliminating the disadvantages described above in discontinuous or continuous operation.
  • the product should be able to be emptied completely in the moist or dry state without a peeling device and without a residual layer.
  • One proposal of the invention comprises a pressure chamber centrifuge drum with a solid jacket and a replaceable, multi-layer sintered metal mesh filter cone with a low surface friction.
  • the annular space between the solid jacket and the filter insert is divided into several chambers, each containing a diffuser opening through which compressed gas is injected by means of fixed nozzles to detach the product from the filter and to simultaneously flow and dry the product.
  • the open drum end carries a flange as a system for an axially displaceable baffle plate which, as a gas-tight seal, enables the working space in the filter cone to be filled or washed by the drive shaft as a closed container.
  • the process steps of filling / washing / drying / spinning are carried out in the work area, which is free from internals exposed to wetting with mother liquor and ensures the highest level of product purity. After spinning dry
  • the working space must be pressurized to reduce the capillary rise in the residual moisture remaining in the product layer adhering to the filter cone and to achieve the lowest final moisture levels, since it is impossible for the gas pressure to escape through the sealed baffle plate.
  • the product layer is blown off the filter cone by supersonic flow impulses injected into the pressure chambers and the pressure increase thus induced.
  • the product forms a z. B. 50% of the work space filling heap, which is moved on like a drum dryer at a reduced speed.
  • hot gas is injected into the pressure chambers below, which now flows through the circulated product from below and, due to the high gas velocity, causes a turbulent product flow with high heat exchange and efficient drying. Since the product is only on a partial area of the filter cone and constantly falls down due to the rotation, the inflowing gas passes through the filter cone, cleaned with dust, and escapes through the diffusers into the centrifuge housing, from where it is passed on through connecting pieces.
  • the baffle plate During the drying phase, which can be carried out in the negative pressure, normal pressure or positive pressure range, the baffle plate remains in a gas-tight system in the drum flange, so that no leakage flows occur.
  • the baffle plate In order to empty the working area after drying, the baffle plate is adjusted by means of an axial drive unit and by a switching device brought into a rotating mode with the drum or a decoupled mode of operation.
  • the extended end of the drum is surrounded by an inwardly open ring channel from which one or more product delivery lines originate.
  • the baffle plate is displaceable between a position closing the access to the ring channel and a position releasing the exit from the working area.
  • At least one blade can be attached to the drum flange, which feeds the product to one or more delivery lines in the ring channel.
  • the centrifuge housing including the drum and ring channel can be flooded and washed when the drum rotates, whereby the washing liquid takes the same route as the product otherwise.
  • Another proposal for the invention provides a perforated conical drum with a metal filter insert.
  • at least one distributor line with radially inwardly directed nozzles is provided within the centrifuge housing near the outer drum circumference and serves to supply washing liquid, backwash the filter surface and / or to supply compressed air or hot gas. It pressure surges can be exerted with hot gas in order to detach the dewatered product from the filter and convey it away. The flowability of the product along the conical drum wall can be increased by external supply of hot gas.
  • a washing tube guided into the drum by the drive shaft can have nozzles which can be acted upon on an inner peripheral region of the drum wall in order to enable product washing on the continuous path of the product along the drum wall between the initial filtration and the final reduction in the final moisture.
  • the product is discharged completely, in that the entire filter cake is pushed continuously along the drum wall to the ring channel.
  • the cone jacket of the drum can have several longitudinal areas with different opening angles, e.g. 15 ° on a first longitudinal third for the initial filtration, while a smaller angle on the second longitudinal third causes a slower longitudinal feed, with the exception of the outlet gap, which can be finely adjusted via the baffle plate, the dwell time of the product in the Working space is also influenced by additional parameters such as drum speed, friction, viscosity or thixotropy of the product mixture, temperature, strength of the compressed gas surges injected from the outside, etc.
  • the baffle plate and its setting options allow you to choose between batch operation and continuous operation.
  • a horizontally mounted hollow shaft 7 is connected to a frequency-controlled drive motor 1 via a V-belt drive 2.
  • the shaft 7 carries a conical perforated centrifuge drum 4, in which a circumferentially closed filter cone 3 is held, which can consist of woven sintered metal sieves.
  • the hollow shaft 7 carries a deflection hood 8 in front of the mouth in order to guide the supplied suspension in the direction of the arrow to the smallest drum circumference.
  • the hollow shaft 7 is supported in a bearing housing 18 on a machine stand 15 and carries a connection 5 held by means of a mechanical seal for the supply of suspension or washing liquid.
  • a centrifuge housing 17 is fixedly connected to the bearing housing 18 and is sealed against the shaft 7 via a shaft seal 14 and closed by a cover through which a circular baffle plate 9 can be axially displaced.
  • the baffle plate 9 is mounted on a central axis 20 which is moved by a drive unit 19 arranged on the outside of the cover.
  • the baffle plate 9 can be moved along a stationary guide 21 into an inner guide surface at the extended end of the drum 4 in order to close the working space 23 in a discontinuous operation.
  • a product cake A drawn above the central axis is formed from the filtered suspension.
  • the product, freed from mother liquor, is washed and centrifuged dry. Then at reduced speed and when the baffle plate 9.1 is open, the product is emptied into a ring channel 10, which is sealed off at the periphery of the extended drum end and is open to the inside, has any suitable cross section, is supported on the centrifuge housing 17 or on its cover and bears a guide 21 solely due to the centrifugal force , against which the baffle plate lies in its open position 9.2.
  • the drum 4 When spinning dry, the drum 4 can be pressurized via the hollow shaft. Thereafter, hot gas pressure surges can be introduced from one or more distribution lines 16 with a slowly rotating drum, which completely detach the product cake A from the heated filter surface 3. The hot gas entering the drum 4 escapes via a rotating filter attached to the baffle plate 9 through the axis 21 into a vacuum line.
  • a defined outlet gap is set by the baffle plate 9 and the drum 4 is constantly subjected to suspension.
  • the mother liquor is spun off over a first cone length a and collected in a discharge nozzle 6.
  • On a second cone length b, the product is washed with washing liquid injected through the pipeline 25 and then centrifuged dry on a cone length c.
  • the centrifugally moist product flows off without residue into the ring channel 10, in which the blades 11 attached to the drum circumference feed the product to a current dryer 12 or, via the indicated down pipe 13, to a vacuum dryer or container.
  • Radially inwardly directed nozzles extend from the distribution line 16, which in certain cases can consist of a single longitudinal slot and are used optionally for supplying washing liquid, backwashing the filter surface and / or for supplying compressed air or hot gas.
  • a drum base 30 is fastened on the end of the hollow shaft 28, which is inserted into the centrifuge housing 17 in a sealed manner, from which a cylindrical drum shell 32, or a drum drum 32 which is slightly tapered towards its free end, extends.
  • a sintered filter fabric consisting of a stiffened metal filter cone 36, on the outside of which, at circumferential intervals, U-profiles 38 are welded as a receptacle for web walls 40 which extend radially inwards from the drum jacket 32 and which extend into the conical annular space Subdivide gas-tight pressure chambers 42 from one another.
  • Each pressure chamber contains a circular or elongated diffuser opening 44 in the drum base 30, through which pressure surges are injected in its upper positions by one or more nozzles 46 arranged in the fixed rear wall 45 of the housing at selectable intervals.
  • the pressure rise resulting from the supersonic flow in the pressure chamber 42 has the effect that the product layer adhering to the inside of the filter cone 36 is detached and falls over the entire segment surface.
  • a baffle plate 52 is rotatably mounted on an axis 50, which is sealed in the housing cover 48 and which, as in the example according to FIGS. 1 and 2, can be displaced between an end position closing the working space 53 and the exit to the ring channel 54, more or less opening intermediate positions.
  • the drum flange 34 carries a socket with an annular surface 56 for the circumference 58 of the baffle plate. Suspension or washing liquid are fed to the conical ring nozzles 28a and 60a through the hollow shaft 28 and through an inner tube 60.
  • filtered mother liquor or washing liquid passes through the filter cone 36 into the pressure chambers 42 and flows from there along the drum shell through the diffuser openings 44 into the housing 17 or through its collecting connection 72.
  • the entire apparatus is operated during of the spin operation slightly inclined, namely raised at the left end in Fig. 2.
  • the hollow space 28 is pressurized with gas pressure to reduce the capillary rise in the residual moisture remaining in the product.
  • hot gas can first be blown into the pressure chambers 42 with low pressure surges in order to heat the filter cone and to dry the sticky base layer of the product. After this pre-drying, high-pressure shocks occur, under which the product layer breaks and falls off. At the same time, the filter cone is cleaned from the outside in.
  • hot gas is introduced in pressure surges via the lower nozzle 47 in order to convectively dry the product as an eddy current.
  • the product collected in the lower half of the work area is constantly shifted at low speed, thus accelerating drying.
  • the injected gas exits through the upper half of the cone.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Zentrifugentrockner mit waagerechter Antriebswelle (7) und innerem Füllrohr und einem mitdrehenden Trommelboden, von dem ein zylindrischer Trommelmantel (32) und das verjüngte Ende eines inneren Metallfilterkonus (36) ausgehen, wobei der konische Ringraum zwischen Mantel und Filterkonus durch axiale Stegwände (40) in Druckkammern (42) unterteilt ist, von denen jede im Trommelboden eine Diffusoröffnung (44) enthält, denen in der feststehenden Rückwand (45) des Zentrifugengehäuses eine obere und eine untere Druckgasdüse (47) zur Zuführung intermittierend gesteuerter Druckgasstöße zugeordnet ist, und mit einer axial beweglichen mitdrehenden Stauscheibe (52), die den Filterkonus verschließt oder einen Austrittsspalt einstellt, so daß das Zentrifugiergut durch Fliehkraft entlang dem Filterkonus in gesteuerter Schichtdicke durch den Austrittsspalt in einen das offene Konusende umgegebenden Ringkanal gelangt, aus dem es mit am Trommelumfang befestigten Schaufeln (11) und/oder eingeblasenem Fördergas abtransportiert wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zentrifugentrockner mit einer horizontal gelagerten Antriebswelle, einer daran mitdrehend angeschlossenen Trommel, einem innerhalb der Trommel angeordneten Filter, der einen von der Anschlußseite der Antriebswelle aus konisch erweiterten Arbeitsraum umschließt, einer eine Stirnseite des Arbeitsraums bildenden, axial verschiebbaren Stauscheibe, und mit einem Trommel und Stauscheibe kapselnden Zentrifugengehäuse.
  • Bei mechanischer Abtrennung von Feststoffen aus einer Suspensionsflüssigkeit werden nach Ablauf chemischer, biologischer oder fermentativer Verfahren Filterzentrifugen eingesetzt. Sämtliche Zentrifugen benötigen eine Entleerungshilfe. Zum Entleeren bekannte Schälvorrichtungen verursachen durch ihre Bewegungsabläufe z.B. auf Dichtungsabrieb zurückzuführende Verunreinigungen, die in hochwertigen Pharmasubstanzen untragbar sind. Schälvorrichtungen enthalten Ablagerungsflächen, die von Suspension benetzt werden und nach dem Abtropfen ein ungewaschenes Produkt ankrusten lassen. Die Kruste wird verstärkt durch den beim Schälvorgang entstehenden feinen Staub, der auf die noch feuchten Ablagerungsflächen gelangt. Bei einer gewissen Dicke platzt die Kruste in der vibrationsstärksten Trockenschleuderphase ab und verunreinigt das Endprodukt.
  • Schälvorrichtungen sind außerdem nachteilig, weil in der Trommel stets eine Restschicht zurückbleibt, deren Verdichtung zunehmend längere Filtrationszeiten der nachfolgenden Chargen verursacht. Zum Entfernen der Restschicht muß die Zentrifuge angehalten und geöffnet werden, wobei während des Abkratzens und Ausschaufelns der Restschicht Lösungsmitteldämpfe abzusaugen sind. Außerdem gelangen dabei Fremdpartikel in Produkte mit hohen Reinheitsanfordungen, und Arbeitskräfte sowie Umwelt werden belastet. Bei Schälzentrifugen entstehen neben den Verunreinigungen noch Verluste aufgrund des während des Schälbetriebes in den Mutterlaugenraum gelangenden Produkts. Zudem muß bei lösungsmittelhaltigen Substanzen nach dem Öffnen der Zentrifuge neu inertisiert werden, was zu N₂- und Zeitaufwand führt.
  • Mit vertikalen Obenentleerungszentrifugen wird zwar ein hoher Reinheitsgrad erzielt, jedoch ist das an die Schälvorrichtung anschließende Rohrleitungssystem für häufigen Produktwechsel ungeeignet und führt zu Kontaminationsgefahren. Bekannte Schubzentrifugen sind aufgrund der geschlitzten Filterflächenausführung nur für Produkte mit Korngrößen über 40 µm einsetzbar. Nachteilig ist die eintrittsseitige Mengenregelung, um das abfiltrierte Produkt mit Hilfe eines schwingenden Schubbodens in den Konusbereich zu transportieren, von wo es unkontrolliert zur Austrittsrinne gelangt. Da die Verweilzeit des Produktes entlang der Konuswand nicht steuerbar ist, eignet sich diese Zentrifugenart nur für schnell filtrierende, grobkristalline Massenprodukte geringer Qualität. Eine Wäsche zur Mutterlaugenbefreiung ist wegen der inhomogenen Dichte des unkontrolliert über den Konusbereich gleitenden Produktes unmöglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines trenntechnischen Apparates, der unter Beseitigung vorbeschriebener Nachteile bei diskontinuierlichem oder kontinuierlichem Betrieb eine mechanische und/oder eine thermische Trenntechnik vollziehen kann. Das Produkt soll im feuchten oder auch trockenen Zustand ohne Schälvorrichtung vollständig und ohne Restschicht entleert werden können.
  • Ein Erfindungsvorschlag umfaßt eine Druckkammer-Zentrifugentrommel mit einem Vollmantel und einem auswechselbaren, mehrlagig zusammengesinterten Metallgewebe-Filterkonus mit niedrigem Oberflächenreibwert. Der Ringraum zwischen Vollmantel und Filtereinsatz ist in mehrere Kammern unterteilt, die jeweils eine Diffusoröffnung enthalten, durch die mittels feststehender Düsen Druckgas injiziert wird zur Ablösung des Produktes vom Filter sowie zur gleichzeitigen Durchströmung und Trocknung des Produktes. Das offene Trommelende trägt einen Flansch als Anlage für eine axial verschiebbare Stauscheibe, die als gasdichter Abschluß ermöglicht, daß der Arbeitsraum im Filterkonus als abgeschlossener Behälter durch die Antriebswelle gefüllt oder gewaschen wird.
  • Die Verfahrensschritte Füllen/Waschen/Trocknen/Schleudern werden im Arbeitsraum ausgeführt, der von der Benetzung mit Mutterlauge ausgesetzten Einbauten frei ist und ein Höchstmaß an Produktreinheit gewährleistet. Nach dem Trockenschleudern kann der Arbeitsraum mit Überdruck beaufschlagt werden, um die kapillare Steighöhe der in der am Filterkonus haftenden Produktschicht verbliebenen Restfeuchte zu reduzieren und geringste Endfeuchten zu erreichen, da ein Entweichen des Gasdruckes durch die abgedichtete Stauscheibe unmöglich ist.
  • Nach Beendigung der Filtration wird die Produktschicht durch in die Druckkammern injizierte Überschallströmungsimpulse und den damit induzierten Druckanstieg vom Filterkonus abgesprengt. Das Produkt bildet ein z. B. 50% des Arbeitsraumes füllendes Haufwerk, das wie bei einem Trommeltrockner mit reduzierter Drehzahl weiterbewegt wird. In dieser Phase wird in die unten befindlichen Druckkammern Heißgas eingedüst, das nunmehr das umgewälzte Produkt von unten durchströmt und aufgrund der hohen Gasgeschwindigkeit eine turbulente Produktdurchströmung mit hohem Wärmeaustausch und effizienter Trocknung bewirkt. Da sich das Produkt nur auf einem Teilbereich des Filterkonus befindet und aufgrund der Rotation ständig nach unten fällt, tritt das eingeströmte Gas staubgereinigt durch den Filterkonus hindurch und entweicht durch die Diffusoren in das Zentrifugengehäuse, von wo es durch Anschlußstutzen weitergeleitet wird.
  • Während der Trocknungsphase, die im Unterdruck-, Normaldruck- oder Überdruckbereich durchgeführt werden kann, verbleibt die Stauscheibe in gasdichter Anlage im Trommelflansch, so daß keine Verlustströmungen entstehen. Um den Arbeitsraum nach der Trocknung zu entleeren, wird die Stauscheibe mittels einer Axialantriebseinheit verstellt und durch eine Umschalteinrichtung in eine mit der Trommel mitdrehende oder eine entkuppelte Betriebsweise gebracht.
  • Das erweiterte Ende der Trommel ist von einem nach innen offenen Ringkanal umgeben, von dem eine oder mehrere Produktförderleitungen ausgehen. Die Stauscheibe ist zwischen einer den Zugang zum Ringkanal verschließenden und einer den Ausgang vom Arbeitsraum freigebenden Stellung verschiebbar. Mittels durch die jeweils untere Druckkammer zugeführter Druckgasstöße gelangt das Produkt bei langsam drehender Trommel aus dem Filterkonus in den Ringkanal und kann dort durch mechanische Hilfen und/oder durch eingedüstes Druckgas in Umlauf gebracht und über einen tangentialen Auslaß herausgeführt werden.
  • Am Trommelflansch kann mindestens eine Schaufel befestigt sein, die im Ringkanal das Produkt einer oder mehreren Förderleitungen zuführt. Bei Produktwechsel kann das Zentrifugengehäuse einschließlich Trommel und Ringkanal geflutet und bei Trommeldrehung gewaschen werden, wobei die Waschflüssigkeit den gleichen Weg nimmt wie sonst das Produkt.
  • Ein anderer Erfindungsvorschlag sieht eine perforierte konische Trommel mit einem Metallfiltereinsatz vor. Dabei ist innerhalb des Zentrifugengehäuses nahe dem äußeren Trommelumfang mindestens eine sich längs des Mantels erstreckende Verteilerleitung mit radial einwärts gerichteten Düsen vorgesehen, die zur Zuführung von Waschflüssigkeit, zur Rückspülung der Filterfläche und/oder zur Zuführung von Druckluft oder Heißgas dienen. Es können Druckstöße mit Heißgas ausgeübt werden, um das entwässerte Produkt vom Filter abzulösen und wegzufördern. Durch äußere Zuführung von Heißgas kann die Fließfähigkeit des Produktes entlang der konischen Trommelwand gesteigert werden.
  • Ein durch die Antriebswelle in die Trommel geführtes Waschrohr kann auf einem Innenumfangsbereich der Trommelwand beaufschlagbare Düsen aufweisen, um auf dem kontinuierlichen Weg des Produktes entlang der Trommelwand zwischen der Anfangsfiltration und der abschließenden Reduzierung der Endfeuchte eine Produktwaschung ermöglichen. Auch bei dieser Betriebsweise wird das Produkt vollständig ausgetragen, indem der gesamte Filterkuchen sich kontinuierlich entlang der Trommelwand bis zum Ringkanal weiterschiebt.
  • Der Konusmantel der Trommel kann mehrere Längsbereiche mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln aufweisen, beispielsweise 15° auf einem ersten Längsdrittel für die Anfangsfiltrierung, während ein kleinerer Winkel auf dem zweiten Längsdrittel einen langsameren Längsvorschub bewirkt, wobei außer mit dem über die Stauscheibe feineinstellbaren Austrittsspalt die Verweilzeit des Produktes im Arbeitsraum noch von zusätzlichen Parametern beeinflußt wird, wie Trommeldrehzahl, Reibung, Viskosität oder Thixotropie des Produktgemisches, Temperatur, Stärke der von außen injizierten Druckgasstöße usw. Im übrigen kann mittels der Stauscheibe und deren Einstellmöglichkeit zwischen Chargenbetrieb und Durchlaufbetrieb gewählt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Zentrifugentrockners in Verbindung mit den Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale der Ansprüche können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1
    einen einstufigen, vorzugsweise für einen Chargenbetrieb ausgelegten Zentrifugentrockner nach der Erfindung im Längsschnitt,
    Fig. 2
    einen dem Aufbau von Fig. 1 ähnlichen Zentrifugentrockner mit innerem Waschrohr für Durchlaufbetrieb,
    Fig. 3
    eine Variante des Zentrifugentrockners nach Fig. 1 mit einer Druckkammer-Zentrifugentrommel,
    Fig. 4
    eine Teildarstellung aus Fig. 3 mit abgeändertem Mitnehmerbolzen,
    Fig. 5
    einen vergrößerten Längsschnitt durch die Zentrifugentrommel in Fig. 3 und
    Fig. 6
    einen vergrößerten Querschnitt der Zentrifugentrommel nach Fig. 3.
  • Entsprechend Fig. 1 steht eine horizontal gelagerte Hohlwelle 7 über einen Keilriementrieb 2 mit einem frequenzgesteuerten Antriebsmotor 1 in Verbindung. Die Welle 7 trägt eine konische perforierte Zentrifugentrommel 4, in der ein über den Umfang geschlossener Filterkonus 3 gehalten ist, der aus gewebten zusammengesinterten Metallsieben bestehen kann. Die Hohlwelle 7 trägt vor der Mündung eine Umlenkhaube 8, um zugeführte Suspension in Pfeilrichtung an den kleinsten Trommelumfang zu leiten. Die Hohlwelle 7 ist in einem Lagergehäuse 18 auf einem Maschinenständer 15 abgestützt und trägt einen mittels einer Gleitringdichtung gehaltenen Anschluß 5 zur Zuführung von Suspension oder Waschflüssigkeit.
  • In fester Verbindung mit dem Lagergehäuse 18 steht ein Zentrifugengehäuse 17, das über eine Wellendichtung 14 gegen die Welle 7 abgedichtet und durch einen Deckel verschlossen ist, durch den hindurch eine kreisförmige Stauscheibe 9 axial verschiebbar ist. Die Stauscheibe 9 ist auf einer zentrischen Achse 20 gelagert, die von einer außen auf dem Deckel angeordneten Antriebseinheit 19 bewegt wird.
  • Die Stauscheibe 9 ist entlang einer ortsfesten Führung 21 bis in eine innere Führungsfläche am erweiterten Ende der Trommel 4 bewegbar, um den Arbeitsraum 23 bei diskontinuierlichem Betrieb mitdrehend zu schließen. Aus der filtrierten Suspension entsteht ein oberhalb der Mittelachse eingezeichneter Produktkuchen A. Das von Mutterlauge befreite Produkt wird gewaschen und trockengeschleudert. Anschließend wird bei reduzierter Drehzahl und bei geöffneter Stauscheibe 9.1 das Produkt allein aufgrund der Fliehkraft in einen an den Umfang des erweiterten Trommelendes abgedichtet anschließenden Ringkanal 10 entleert, der nach innen offen ist, jeden geeigneten Querschnitt aufweist, am Zentrifugengehäuse 17 oder an dessen Deckel abgestützt ist und eine Führung 21 trägt, an der die Stauscheibe in ihrer geöffneten Stellung 9.2 anliegt. Beim Trockenschleudern kann die Trommel 4 über die Hohlwelle mit Überdruck beaufschlagt werden. Danach können von einer oder mehreren Verteilerleitungen 16 bei langsam drehender Trommel Heißgas-Druckstöße eingeleitet werden, die den Produktkuchen A von der erwärmten Filterfläche 3 vollständig ablösen. Das in die Trommel 4 gelangende Heißgas entweicht über einen auf der Stauscheibe 9 befestigten mitdrehenden Filter durch die Achse 21 in eine Vakuumleitung.
  • Bei kontinuierlichem Betrieb wird entsprechend Fig. 2 durch die Stauscheibe 9 ein definierter Austrittsspalt eingestellt und die Trommel 4 ständig mit Suspension beaufschlagt. Auf einer ersten Konuslänge a wird die Mutterlauge abgeschleudert und in einem Ablaufstutzen 6 aufgefangen. Auf einer zweiten Konuslänge b wird das Produkt mit durch die Rohrleitung 25 injizierter Waschflüssigkeit gewaschen und danach auf einer Konuslänge c trockengeschleudert. Das schleuderfeuchte Produkt fließt ohne Rückstand in den Ringkanal 10 ab, in dem am Trommelumfang befestigte Schaufeln 11 das Produkt einem Stromtrockner 12 oder über die angedeutete Falleitung 13 einem Vakuumtrockner oder Container zuführen.
  • Von der Verteilerleitung 16 gehen radial einwärts gerichtete Düsen aus, die in bestimmten Fällen aus einem einzigen Längsschlitz bestehen können und wahlweise zur Zuführung von Waschflüssigkeit, Zurückspülung der Filterfläche und/oder zur Zuführung von Druckluft oder Heißgas dienen.
  • Beim Zentrifugentrockner gemäß Fig. 3 bis 6 ist auf dem in das Zentrifugengehäuse 17 abgedichtet eingeführten Ende der Hohlwelle 28 ein Trommelboden 30 befestigt, von dem ein zylindrischer oder gegen sein freies Ende leicht konisch verjüngter, geschlossener Trommelmantel 32 ausgeht. Zwischen dem inneren Ende eines Trommelflansches 34 und dem Trommelboden erstreckt sich ein aus gesintertem Filtergewebe bestehender, versteifter Metallfilterkonus 36, an dessen Außenseite unter Umfangsabständen U-Profile 38 als Aufnahme für vom Trommelmantel 32 radial einwärts ausgehende Stegwände 40 angeschweißt sind, die den konischen Ringraum in zueinander gasdichte Druckkammern 42 unterteilen. Jede Druckkammer enthält im Trommelboden 30 eine kreisrunde oder längliche Diffusoröffnung 44, durch die in ihren oberen Stellungen von einer oder mehreren, in der feststehenden Gehäuserückwand 45 angeordneten Düsen 46 in zeitlich wählbaren Intervallen Druckstöße eingeschossen werden. Der durch Überschallströmung in der Druckkammer 42 entstehende Druckanstieg bewirkt, daß über die gesamte Segmentfläche die innen am Filterkonus 36 anhaftende Produktschicht abgelöst wird und abfällt.
  • Auf einer im Gehäusedeckel 48 abgedichtet verschiebbaren Achse 50 ist eine Stauscheibe 52 drehbar gelagert, die wie im Beispiel nach Fig. 1 und 2 zwischen einer den Arbeitsraum 53 verschließenden Endstellung und den Ausgang zum Ringkanal 54 mehr oder weniger öffnenden Zwischenstellungen verschiebbar ist. Der Trommelflansch 34 trägt eine Fassung mit einer Ringfläche 56 für den Umfang 58 der Stauscheibe. Durch die Hohlwelle 28 und durch ein Innenrohr 60 werden den konischen Ringdüsen 28a bzw. 60a Suspension bzw. Waschflüssigkeit zugeleitet. Dies ermöglicht eine vollautomatische Beschickung, da die mitrotierende, trompetenförmig aus den Ringdüsen austretende Flüssigkeit aufgrund ihres variierbaren Vordruckes insbesondere beim vollständigen Waschen des Arbeitsraumes auf jeden gewünschten Bereich der Innenwand des Filterkonus und der Stauscheibe gelenkt werden kann. Am Trommelflansch 34 sind in den Ringkanal 54 ragende Schaufeln 64 sowie Mitnehmerbolzen 66 befestigt, die abgedichtet durch Öffnungen in die Stauscheibe 52 ragen und die Trommeldrehbewegung übertragen. Entsprechend Fig. 4 sind die Mitnehmerbolzen 66 verkürzt, so daß die Stauscheibe ab einer bestimmten Öffnungsgröße des Ringkanals vom Mitnehmerantrieb entkuppelt und durch Arretierungsbolzen 68 festgehalten ist.
  • Im Schleuderbetrieb gelangt abfiltrierte Mutterlauge oder Waschflüssigkeit durch den Filterkonus 36 in die Druckkammern 42 und fließt von dort entlang dem Trommelmantel durch die Diffusoröffnungen 44 in das Gehäuse 17 bzw. durch dessen Sammelanschluß 72 ab. Um den Flüssigkeitsablauf bei zylindrischem Trommelmantel 32 sicherzustellen, wird der gesamte Apparat während des Schleuderbetriebes leicht geneigt, nämlich am linken Ende in Fig. 2 angehoben. Nach dem Trockenschleudern wird der Trommelraum durch die Hohlwelle 28 mit Gasüberdruck beaufschlagt, um die kapillare Steighöhe der im Produkt verbliebenen Restfeuchte zu reduzieren.
  • Zum Ablösen der am Filterkonus 36 anhaftenden Produktschicht kann man zunächst Heißgas mit Niederdruckstößen in die Druckkammern 42 blasen, um den Filterkonus zu erwärmen und die klebrige Grundschicht des Produktes anzutrocknen. Nach dieser Vortrocknung erfolgen Hochdruckstöße, unter denen die Produktschicht zerbricht und abfällt. Gleichzeitig wird der Filterkonus von außen nach innen gereinigt.
  • Nach Abreinigung des Filterkonus in den beispielsweise fünf Druckkammern gemäß Fig. 6 wird über die untere Düse 47 Heißgas in Druckstößen eingeführt, um als Wirbelstrom das Produkt konvektiv zu trocknen. Das in der unteren Hälfte des Arbeitsraumes gesammelte Produkt wird bei niedriger Drehzahl ständig umgeschichtet und so die Trocknung beschleunigt. Das eingedüste Gas tritt durch die obere Konushälfte aus.
  • Da das im Arbeitsraum mit Lösungsmittel- und anderen Flüssigkeitsdämpfen angereicherte, im Filter vom Produkt befreite und aus den Druckkammern 42 ausströmende Gas schon im Zentrifugengehäuse 17 kondensieren darf, von wo es auf kurzem Weg einem Kondensator zugeführt wird, steht für die Trocknung eine hohe ausnutzbare Temperaturdifferenz gegenüber dem Fall zur Verfügung, wo das Produkt aus der Filtertrommel mittels eines Schälkopfes abgelöst und im Gleichstrom von einem konvektiven Trocknungsgas bis in einen Produktabscheidefilter begleitet wird und deshalb eine gegenüber dem Taupunkt um mindestens 30° höhere Abgastemperatur haben muß.
  • Indem der konvektive Heißgasstrom vom Produkttransport getrennt ist, wird bei gleicher Trocknungszeit in Bezug auf das bekannte Schälverfahren für die Erwärmung des Trocknungsgases nur etwa die Hälfte der dort erforderlichen Wärmemenge benötigt. Das unter Anwendung der neuartigen Gasführung gewonnene Produkt erreicht im Vergleich zur Stromtrocknung oder Vakuumkontakttrocknung wesentlich niedrigere Endfeuchten, die im ppm-Bereich liegen.
  • Nach Beendigung der im Arbeitsraum 53 im Über- oder Unterdruckbereich durchgeführten Trocknung und bei geöffnetem Ausgang zum Ringkanal bewirken die weiterhin auf das Produkt ausgeübten Gasdruckstöße eine Pulsationsförderung, bei der das pulsierende Fördergas das Produkt durch den Ringkanal in einen Staubabscheider oder einen anderen Bestimmungsort weitertreibt.
  • Die angestrebte vollständige Entleerung des Produktes aus dem von Einbauten freien Arbeitsraum ohne verbleibende Restschicht wird ohne Schälvorrichtung durch Kombination folgender Parameter erreicht:
    • Niedriger Oberflächenreibwert des metallischen Filterkonus,
    • Konuswinkel des auswechselbaren Filterkonus,
    • Trommeldrehzahl,
    • Druckgas-Impulsströmung in Verbindung mit verstellbarer Stauscheibe.

Claims (17)

  1. Zentrifugentrockner mit einer horizontal gelagerten Antriebswelle, einer daran mitdrehend angeschlossenen Trommel, einem innerhalb der Trommel angeordneten Filter, der einen von der Anschlußseite der Antriebswelle aus konisch erweiterten Arbeitsraum umschließt, einer eine Stirnseite des Arbeitsraums bildenden, axial verschiebbaren Stauscheibe, und mit einem Trommel und Stauscheibe kapselnden Zentrifugengehäuse,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - der Filter (4; 36) besteht aus einem über seine gesamte Länge konischen Metallgewebeeinsatz,
    - auf der als Füllrohr ausgebildeten Antriebswelle (7; 28) ist die geschlossene Stirnwand (30) des Arbeitsraums (23; 53) mitdrehend befestigt,
    - an seinem erweiterten Ende ist der Arbeitsraum von einem nach innen offenen stationären Ringkanal (10; 62) umgeben, an den wenigstens eine Produktförderleitung angeschlossen ist,
    - die Stauscheibe (9; 52) ist zwischen einer das erweiterte Ende des Arbeitsraums (23; 53) abdichtenden Verschlußstellung und Öffnungsstellungen für einen einstellbaren Austritt zum Ringkanal verschiebbar, mit dem die Verweilzeit des Produktes im Arbeitsraum gesteuert wird.
  2. Zentrifugentrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (9; 52) auf einer in der benachbarten Stirnwand des Zentrifugengehäuses (17) geführten und durch einen Verstellantrieb axial bewegbaren Achse (20; 50) gelagert ist.
  3. Zentrifugentrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mündung der Antriebswelle eine Leiteinrichtung (8) vorgesehen ist, mit der durch variierbaren Vordruck Suspension oder Waschflüssigkeit auf jeder gewünschten Stelle in der Länge des Filterkonus auftrifft.
  4. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am erweiterten Ende der Trommel (4; 32) mindestens eine in den Ringkanal ragende Schaufel (11; 64) befestigt ist.
  5. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal (10) eine oder mehrere tangentiale Düsen zur Einführung von Fördergas vorgesehen sind.
  6. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Umfang des den Arbeitsraum umschließenden Filterkonus (23; 53) aneinander anschließende Bereiche mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln aufweist.
  7. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung eines vorzugsweise durch die Antriebswelle (7) in den Arbeitsraum geführten Waschrohres (25) so ausgebildet ist, daß unabhängig von der Produktwaschung der glattwandige, von Einbauten freie Arbeitsraum von anhaftender Mutterlauge freigewaschen wird.
  8. Zentifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination und geeignete Bemessung der Parameter Filterkonuswinkel, Drehzahl, Oberflächenreibwert und impulsmäßige äußere Druckgasbeaufschlagung des Filterkonus dessen vollständige Entleerung vom Produkt mit Pulsationsförderung ohne mechanische Hilfsmittel erfolgt.
  9. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erweiterte Ende der Trommel einen zylindrischen oder konischen Auslaufbund (34) zur Aufnahme einer Abdichtfläche der Stauscheibe (9) aufweist.
  10. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergeheden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Zentrifugengehäuses mindestens eine parallel zum Trommelumfang verlaufende Verteilerleitung (16) mit radial einwärts gerichteten Austrittsdüsen für Waschflüssigkeit, Filterreinigungsmedium und/oder Druckluft und Heißgas angeordnet ist.
  11. Zentrifugentrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - Die Trommel besteht aus einem am mitdrehenden Trommelboden (30) befestigten geschlossenen Mantel (32), der sich in Richtung auf sein freies Ende zylindrisch oder konisch verjüngt erstreckt;
    - der konische Ringraum zwischen dem Trommelmantel (32) und dem mit seinem verjüngten Ende am Trommelboden anschließenden Metallfilterkonus (36) ist durch axiale, den Filterkonus abstützende Stegwände (40) in Druckkammern (42) unterteilt;
    - die Druckkammern enthalten im Trommelboden wenigstens eine Diffusoröffnung (44), der auf dem gleichen Umkreis in der Rückwand (45) des Zentrifugengehäuses mit geringem Abstand gegenüberliegend eine obere und eine untere Druckgasdüse (47) zugeordnet ist;
    - jede Düse ist mit einer Ventilsteuerung (70) versehen, die während der Überdeckungsdauer von Diffusor und Düse diese zu intermittierenden Druckgasstößen öffnet.
  12. Zentrifugentrockner nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusoröffnungen aus auf dem gleichen Teilkreis angeordneten gekrümmten Langlochschlitzen bestehen.
  13. Zentrifugentrockner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Diffusoröffnungen über den Innenumfang des Trommelmantels (32) hinausragt.
  14. Zentrifugentrockner nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Düsengehäuses mindestens in Radialrichtung die Diffusoröffnung überdeckt.
  15. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden des Trommelmantels (32) und des Filterkonus (36) miteinander abgedichtet verbunden sind und auf einem Umfangsflansch axial gerichtete Mitnehmerbolzen (66, 67) tragen, die sich durch zugeordnete Öffnungen der Stauscheibe (52) erstrecken.
  16. Zentrifugentrockner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerbolzen (67) eine begrenzte Länge aufweisen und bei den Austrittsspalt zum Ringkanal (54) weitgehend freigebender Stauscheibe (52) mit deren Öffnungen außer Eingriff kommen.
  17. Zentrifugentrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) einen oberen ventilgesteuerten Anschlußstutzen zur Absaugung von Lösungsmittel bzw. Waschflüssigkeit enthaltendem Trocknungsgas aufweist.
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