EP1468742A1 - Mehrstufige Schubzentrifuge - Google Patents

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EP1468742A1
EP1468742A1 EP04405165A EP04405165A EP1468742A1 EP 1468742 A1 EP1468742 A1 EP 1468742A1 EP 04405165 A EP04405165 A EP 04405165A EP 04405165 A EP04405165 A EP 04405165A EP 1468742 A1 EP1468742 A1 EP 1468742A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stage
acceleration
mixture
funnel
drum
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
EP04405165A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1468742B1 (de
Inventor
Harald Dr. Reinach
Roy Geiger
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.)
Ferrum AG
Original Assignee
Ferrum AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrum AG filed Critical Ferrum AG
Priority to EP04405165.4A priority Critical patent/EP1468742B1/de
Publication of EP1468742A1 publication Critical patent/EP1468742A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1468742B1 publication Critical patent/EP1468742B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B04B11/06—Arrangement of distributors or collectors in 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
    • B04B3/02—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering discharging solid particles from the bowl by means coaxial with the bowl axis and moving to and fro, i.e. push-type centrifuges

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage pusher centrifuge according to the preamble of independent claim 1.
  • Centrifuges for drying moist substances or moist substance mixtures Centrifuges in a variety of embodiments are widely used and become used in various fields. So come for example to Drying of high purity pharmaceutical discontinuous products Centrifuges, such as peeler centrifuges, are preferred for use, in particular then, when continuously separating large quantities of a solid-liquid mixture to be used, continuously operating pusher centrifuges advantageous become. Depending on the requirement, one or more stages are involved Pusher centrifuges, as well as so-called double-thrust centrifuges used.
  • a solid-liquid mixture for example a suspension or a moist salt or salt mixture
  • a mixture distributor one quickly rotating drum, which is designed as a filter, fed, so that on reason the centrifugal forces exerted the liquid phase through the filter screen is deposited while inside the drum wall, a solid cake becomes.
  • the rotating drum in the rotating drum is a substantially disc-shaped, synchronously arranged with rotating moving floor, depending on the number of Sieve either the sliding floor or a sieve in the axial direction in the Drum oscillates with a certain amplitude, leaving part of the dried Solid cake is pushed out at one end of the drum.
  • the multi-stage pusher centrifuges known from the prior art are in usually continuous filter centrifuges.
  • the multi-stage filter centrifuge consists of an outer sieve drum and at least one in the outer Screening drum arranged screening stage, which is also designed as a screening drum.
  • a plurality of screening stages can be arranged concentrically in one another, so that two, three and multi-stage pusher centrifuges are feasible, with all screening stages be driven very quickly synchronously about a common axis of rotation.
  • One too separating solid-liquid mixture passes continuously in the operating state Fixed inlet pipe arranged in a in the innermost screening stage, also synchronously with rotating, mixture distributor and is on the innermost Sieve level evenly distributed over the entire screen circumference. Most of the Liquid is already centrifuged off here and it forms a solid cake.
  • the innermost stage which is also referred to as the first stage, in addition to the rotation movement around the Rotary axis of an oscillatory motion in the direction of the axis of rotation.
  • These Oscillatory motion is, for example, hydraulically via a thrust piston Reversing mechanism generated.
  • the solid cake is in Ring sections, corresponding to the stroke length of the oscillation, from the first to pushed second stage and leaves the pusher centrifuge finally over a Outlet.
  • the solid cake is in the sieve drum continuously with the addition of washing liquid on the solid cake washed.
  • a well-known two-stage pusher centrifuge after the previously described Principle operates, is described in detail, for example, in DT 25 42 916 A1.
  • the first stage i. the innerst sieve essentially for the pre-dewatering of the mixture, as well as for Formation of a solids cake, while the outer screen drum mainly as Drying stage is used.
  • Pusher centrifuges in particular for highly abrasive products, such as e.g. coal and rock phosphate, the special anti-wear measures, such as wear-resistant sieves, require.
  • special designs for intensive Washing processes and for carrying out special washing procedures, such as For example, the countercurrent washing in nitrocellulose, are from the prior Technique known.
  • gas-tight versions of multi-stage pusher centrifuges for Operation under protective gas atmosphere are used.
  • the object of the invention is therefore an improved multi-stage To propose pusher centrifuge, which are known from the prior art Disadvantages largely avoided.
  • a multistage pusher centrifuge is used to separate a Mixture proposed in a solid cake and in a liquid phase.
  • the multi-stage pusher centrifuge comprises an outer rotatable about a rotation axis Screening drum and at least one arranged in the outer screen drum Siebcross, arranged in the screen drum mixture distributor with a Sliding floor device, either the screening stage or the Sliding bottom device is arranged back and forth along the axis of rotation, so that the solids cake is displaceable by means of the pusher bottom device.
  • the multistage pusher centrifuge comprises a feed device which the mixture can be introduced into a void via the mixture distributor, when moving the solids cake by the push floor device arises, wherein the push floor device has a pre-acceleration funnel comprising, essentially widening towards the feed device extends and the pre-acceleration funnel as Vorbeuggungssieb is designed.
  • the multi-stage pusher centrifuge according to the invention serves to separate one Mixture in a solid cake and in a liquid phase and comprises as essential components one about an axis of rotation about a drum axis rotatable outer screen drum, which is housed in a housing.
  • the Drum axis is operatively connected to a drum drive, so that the Drum through the drum drive in rapid rotation around the axis of rotation is displaceable.
  • Inside the outer screen drum is at least one screening stage arranged.
  • a mixture distributor with a Moving floor device provided, either the screening stage or the Sliding bottom device is arranged back and forth along the axis of rotation, so that the solids cake is displaceable by means of the pusher bottom device.
  • Both the outer screen drum and the screen stage have screen openings on, in a known manner with rapid rotation liquid phase from the Solid cake or of a mixture which on an inner peripheral surface of Can be applied level, by the centrifugal forces occurring externally discharged is.
  • the Screening drum and / or the screening stage in a conventional manner as a skeletal Support drum to be designed to form the corresponding screen surfaces with special filter sheets are lined at their periphery, i. the skeletal Support drum can, for example, with one or more filter screens with different or equal sized filter openings for the deposition of Liquid phase be configured.
  • the sliding floor device comprises a Pre-acceleration funnel, according to the invention as Vorbe instructungssieb is configured, wherein the pre-acceleration is substantially expanding extending toward the feeding device.
  • Vorbestructungssieb is configured, wherein the pre-acceleration is substantially expanding extending toward the feeding device.
  • Vorbe instructungssieb is configured, wherein the pre-acceleration is substantially expanding extending toward the feeding device.
  • Vorbe instructungstrichters formed as a ring area that with the Ring area of the deposited in the screening stage solid cake by an oscillation the push floor device or the screening stage in the sieve drum or in a further sieve level is displaceable.
  • the mixture distributor is preferably in a conventional manner Fastener coupled to the drum and therefore rotates in one special embodiment synchronous with the screen drum and the screening stage to the common axis of rotation.
  • the oscillatory motion leads, depending on the number the existing screening levels, either the screening level itself or the Push floor device off.
  • there is an oscillatory in the operating state Relative movement between the screening stage and the sliding floor device with Pre-acceleration.
  • the drive of the oscillatory movement takes place preferably via a push rod, wherein in a first half-period of oscillatory movement with the outer ring area at the screening stage deposited solid cake in ring sections whose width is determined by the stroke length of the Oscillation movement is determined, from the screening stage to the screening drum or to a another screening stage is pushed, and in a second half-period the oscillatory movement deposited on the outer edge of the drum Ring section of solid cake is pushed out of the sieve drum.
  • the second half-period of the oscillatory motion arises at the same time a void on the outer ring area in the screening stage, so that in the White space new mixture can be introduced.
  • the pre-acceleration funnel with respect to the Rotary axis has an opening angle which is smaller than 90 °
  • the flow velocity of the mixture compared to Speed in free fall targeted towards the peripheral surface of the screening stage adjustable so that the mixture in the region of the pre-acceleration funnel with increasing approach to the outer ring area both in the radial direction, and gradually gradable in the circumferential direction of the screen drum.
  • both an inlet funnel, whose function further down still extend will be explained in detail, as well as the pre-acceleration funnel in one predeterminable range preferably under a substantially constant Opening angle or conical under a constant pre-acceleration angle expanding towards the push floor device or to the feed device out.
  • the inlet funnel and / or the Vorbevantung funnel in a predetermined range but also one have curved course, wherein the opening angle of the inlet funnel and / or the pre-acceleration angle of the pre-acceleration hopper in the direction enlarged or reduced to the sliding floor device. That can in particular be advantageous if the inlet funnel or the pre-acceleration funnel, as will be described in more detail later, as a prefilter screen or as Pre-acceleration screen is designed for the pre-separation of liquid phase.
  • the pre-acceleration screen is as Two-stage filter with a coarse filter and a fine filter designed.
  • the mixture can thus be filtered in two stages in the area of the pre-acceleration screen become.
  • the design of the Vorbeschreibungssiebs as a two-stage filter has in particular the advantage that the fine filter by large and / or heavy Particles that are contained in the incoming mixture, mechanically not so strong is loaded, so that the fine filter, for example, very small pores for filtering of very small particles and in particular also of mechanical can be made of less resistant materials.
  • the mixture distributor a Collecting device is provided for discharging liquid phase, so that a part the liquid phase already before reaching the enormously fast rotating peripheral surface of the Sieve level is removable. This part of the liquid phase is then no longer accelerated to the full peripheral speed of the screening stage, resulting in a massive energy saving and relieving the components, in particular the rotating and / or oscillating components of multi-stage pusher centrifuge leads. As a result, even mixtures with enormously high Liquid content easily processable.
  • the pre-acceleration screen configured and arranged that the Vorbeuggungssieb by means of a rotary drive to a Rotary axis with a predetermined speed, regardless of the speed of the Screen drum, is rotatable.
  • suitable means for example in the form of computerized electronic systems to provide the rotary drive, for example, depending on suitable operating parameters of the multi-stage Pusher centrifuge to control and / or to regulate.
  • an inventive Multi-stage pusher centrifuge is in addition to the feed Inlet hopper for pre-acceleration of the incoming mixture provided.
  • the Mixture passes through the feed initially in an inlet funnel, the preferred in one embodiment, but not necessary, rotatably with the Mixture is connected, so that the inlet funnel synchronously with the Mixture distributor rotates.
  • the inlet funnel extends substantially extending axially to the pre-acceleration screen, so that through the Feed mixture fed directly into the inlet funnel.
  • the inlet funnel is designed and arranged so that the mixture during Leaving the inlet funnel is fed into the Vorbeuggungssieb.
  • the mixture is already in the feed hopper pre-accelerated to a predetermined rotational speed, so that the mixture already has a certain amount when it reaches the pre-acceleration screen Speed in the circumferential direction of the screening stage and so still total gentler on the maximum peripheral speed of the peripheral surface of Sieve level is accelerated.
  • the inlet funnel can also be used as a prefilter screen for pre-separation be formed of liquid phase from the mixture. It is preferred Collecting agent for collection and discharge of separated from prefilter screen Liquid phase provided.
  • a value of an opening angle of the inlet funnel and / or the value a pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel with respect to Rotary axis for example, between 0 ° and 45 °, in particular between 0 ° and 10 ° or between 10 ° and 45 °, in particular between 25 ° and 45 °, preferably between 15 ° and 35 °.
  • the Value of the opening angle and / or the pre-acceleration angle greater than 45 ° is.
  • the inlet funnel as a pre-filter for Pre-separation of liquid phase is formed, it may be of particular advantage be when the inlet funnel has a curved course and the Opening angle of the inlet funnel in the direction of the sliding floor device out enlarged or reduced. It is known that different products under otherwise identical operating conditions of the pusher centrifuge, for example in Dependence on the particle size and / or the viscosity and / or other Properties or parameters, such as the temperature of the mixture Different drainage are good.
  • the inlet funnel or the Prefilter filter has a curved course, wherein the opening angle of the Prefilter increased in the direction of the sliding floor device towards. That means, the Inlet funnel or the prefilter sieve expands towards the Moving floor device similar to the horn of a trumpet. This will be the Stripping force, with which the mixture is accelerated from the inlet funnel, with decreasing distance to the moving floor device disproportionately larger, so that the mixture, which is already relatively strongly drainable in the prefilter sieve and so that poor sliding properties in the prefilter shows faster, the prefilter sieve leave as, for example, in a substantially conical, with constant opening angle expanding prefilter screen.
  • Vorbeuggung funnel have a curved course, wherein the Pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel in the direction of Infeed device enlarged or reduced.
  • the prefilter sieve Of course as a two-stage sieve with a coarse sieve and a fine sieve be designed.
  • the advantages are apparent.
  • the first filter stage forms the Grobsieb, which contained in the mixture particles that are larger than that Retains filter openings of the coarse filter.
  • the fine sieve keeps correspondingly finer Particles back, while at least part of the liquid phase, as well as very small Particles that also need to be removed are directly dischargeable from the screening stage are.
  • the configuration of the prefilter screen as a two-stage screen has in particular the Advantage that the fine sieve by large and / or heavy particles, in the incoming mixture are included, is not mechanically stressed so much, so that the fine filter, for example, very small pores for filtering very small Particles may have and especially from mechanically little resistant materials can be made.
  • the inlet funnel and / or the pre-acceleration funnel as skeletal Be configured supporting body, for forming the prefilter and / or the Vorbeuggungssiebs may be equipped with special filter films, i. of the skeletal support body can, for example, with one or more filter screens, the possibly for the deposition in different stages of different sizes Filter openings may be equipped.
  • filter sieves are used as filter sieves or For example, screen plates in question.
  • the filter screens can be advantageous different way provided with filter openings of different sizes become.
  • the aforementioned screen plates can, inter alia punched, drilled, lasered, electron beam punched or water jet cut
  • other techniques come into question.
  • the sieves themselves Depending on the requirements, you can choose from different, in particular corrosion resistant materials, such as plastic, Composite materials or different steels such as 1.4462, 1.4539 or 2.4602 or made of other suitable materials.
  • the filter screens can wear with suitable layers be provided, for example, with hard chrome layers, tungsten carbide (WC), Ceramics or hardened differently.
  • the strength of the filter sheets is typically 0.2 mm to 5 mm, although significantly different sheet thicknesses possible are.
  • the inlet funnel can by a Drive shaft arranged rotatably and by means of a drive with a predeterminable Speed to be rotatable about the drive axis.
  • a drive shaft arranged rotatably and by means of a drive with a predeterminable Speed to be rotatable about the drive axis.
  • the rotational speed of the inlet funnel this is for example with a separate drive shaft rotatably connected and via the drive axle by means of a drive independent of the screening drum and / or independent of Vorbetestungssieb with a predetermined rotational frequency drivable.
  • suitable means may be provided to drive, for example, depending of the mixture to be processed, certain operating parameters of the multi-stage Pusher centrifuge, etc. to control and / or regulate.
  • This can be the inventive multi-stage pusher centrifuge and corresponding sensors for Measurement of relevant operating parameters include.
  • Fig. 1 shows in section in a schematic representation essential components a first embodiment of an inventive multi-stage Pusher centrifuge with pre-acceleration screen. It is in the drawings of For reasons of clarity, these applications are only examples two-stage pusher centrifuges shown schematically. It is understood that the Representation of two-stage pusher centrifuges is exemplary to understand and the Description, of course, also for more than two-stage pusher centrifuges in analogous manner applies and is transferable accordingly.
  • the inventive multi-stage pusher centrifuge which in the following total designated by the reference numeral 1, serves to separate a mixture 2 in a solid cake 3 and into a liquid phase 4 and comprises as essential Components one about a rotational axis 5 about a drum axis 51 rotatable outer screen drum 6, which is housed in a housing G.
  • the Drum axis 51 is connected to a drum drive 52 in operative connection, so that the Screen drum 6 through the drum drive 52 in rapid rotation about the axis of rotation 5 is displaceable.
  • Within the outer screen drum 6 is at least one screening stage 7 arranged.
  • a mixture distributor 8 with a Sliding floor device 9 is provided, wherein either the screening stage 7 or the Push floor device 9 along the axis of rotation 5 back and forth is arranged, so that the solid cake 3 by means of the moving floor device. 9 is displaceable.
  • Both the outer screen drum 6 and the screening stage 7 have while screen openings 61, 71, by the known manner with rapid rotation Liquid phase 4 from the solid cake 3 or from a mixture 2, which, as further is described in more detail below, on an inner peripheral surface 72 of the Sieblace 7 can be applied, due to the centrifugal forces discharged to the outside is.
  • the mixture distributor 8 with push floor device 9 arranged which allows continuously through the feed device 10th supplied mixture 2 on the inner peripheral surface 72 of the screening stage 7 through Introducing into a void 11, which is the displacement of the solid cake. 3 originated, to distribute.
  • the sliding floor device 9 comprises a Pre-acceleration funnel 12, which is configured as a pre-acceleration screen 12, wherein the Vorbeuggungssieb 12 is substantially conically widening in Direction extends to the feed device 10 back.
  • the pre-acceleration funnel 12 is designed as an annular region 92 such that with the ring portion 92 of deposited in the screening stage 7 solid cake 3 by an oscillation of the pusher bottom device 9 described in more detail below and / or the screening stage 7 in the screening drum 6 or in another not here illustrated screening stage 7 is displaceable.
  • the mixture distributor 8 is in the embodiment shown in Fig. 1 with the screen drum 6 rigidly coupled by fastening means 91 and therefore rotates synchronously with the screen drum 6 and the screening stage 7 about the axis of rotation 5. Die oscillatory motion, indicated by the double arrow in FIG. 1, performs in the example shown here, however, only the screening stage 7th Thus, in the Operating state an oscillatory relative movement between the oscillating Sieve stage 7 and the immovable in the axial direction moving floor device 9 with Pre-acceleration funnel 12.
  • the oscillatory movement of the screening stage 7 takes place preferably via a push rod 21, wherein in a first half-period of oscillatory motion with an outer ring area 92 of the screening stage 7 deposited solid cake 3 in ring sections whose width by the stroke length the oscillation movement of the screening stage 7 is determined, from the screening stage 7 to Moving drum 6 is pushed, and in a second half-period of the oscillatory Movement through the screening stage 7 on the outer edge of the screening drum. 6 Deposited ring section of solid cake 3 from the screening drum. 6 is pushed out. During the second half-period of the oscillatory At the same time movement creates the empty space 11 in the sieve stage 7, so that in the White space 11 new mixture can be introduced.
  • mixtures 2 with a very high content of Liquid phase 4 easy to process. In particular, so is also at high content on liquid phase 4 always a uniform distribution of the mixture to be dried 2 over the peripheral surface 72 of the screening stage 7 and the screening drum 6 guaranteed. In particular, even at very high concentrations of liquid phase 4 im Mixture 2 additional pre-drainage facilities, such as static thickeners, curved screens or hydrocyclones superfluous. It also can smallest in the mixture 2 contained Patrikel by the effect of pre-filtration much be separated more effectively from the solid cake 3.
  • the pre-acceleration screen 12 a Pre-acceleration angle ⁇ , which is smaller than 90 °, im Vorbeuggungssieb 12, the flow rate of the mixture 2 in comparison to the speed in free fall towards the peripheral surface 72 of the screening stage 7 selectively adjustable, so that the mixture 2 in the range of Vorbevantungstrichters 12 with increasing approach to the outer Ring portion 92 in both the radial direction and in the circumferential direction of the Screen drum 6 is gradable gradually. That is, the mixture 2 is in Area of Vorbeschreibungssiebs 12 in a particularly gentle way to and accelerated to a predetermined peripheral speed, then at Reaching the peripheral surface 72 finally the full rotational speed of Level 7 to reach.
  • the value of the pre-acceleration angle ⁇ of the pre-acceleration funnel 12, and the value of an opening angle ⁇ of a later to be described Einlauftrichters 16 may be in relation to the axis of rotation 5, for example, between 0 ° and 45 °, in particular between 0 ° and 10 ° or between 10 ° and 45 °, in particular between 25 ° and 45 °, preferably between 15 ° and 35 °.
  • the value of the Opening angle ⁇ and / or the pre-acceleration angle ⁇ is greater than 45 °.
  • Rotary axis 5 is a rather acute angle of advantage, with an optimal value of the corresponding opening angle ⁇ and / or the pre-acceleration angle ⁇ among other things, the value of the static friction angle of the mixture 2 to be dehydrated is determined.
  • FIG. 2 a further embodiment according to FIG. 1 is shown, wherein the Vorbeuggungssieb 12 as a two-stage filter with a coarse filter 121 and a Fine filter 122 is configured.
  • the mixture 2 can thereby in the range of Vorbevantungssiebs 12 are filtered in two stages.
  • the first filter stage forms the coarse filter 121, which contained in the mixture particles that are larger as the filter openings of the coarse filter 121 holds back, so in the void 11th can be introduced.
  • the fine filter 122 retains correspondingly finer particles that also the white space 11 and thus the solid cake 3 are fed, while at least part of the liquid phase 4, as well as very small particles, the must also be removed, directly through a sieve opening 61, 71 from the Screen drum 6 are discharged.
  • the embodiment of the pre-acceleration screen 12 As a two-stage filter has the particular advantage that the fine filter 122 by large and / or heavy particles which may be contained in the incoming mixture 2, is mechanically not so heavily loaded, so that the fine filter 122, for example can have very small pores for filtering very small particles and especially made of mechanically less resistant materials can be.
  • the pre-acceleration screen 12 as Two-stage filter can be formed and the pre-acceleration screen 12th deposited liquid phase 4 also according to the illustration to the right through the open side of the screen drum 6 can be discharged, for example, the Receiving device 13 according to the representation according to the outer ring area extends right into the screening stage 7, from where the Vorbeuggungssieb 12 in the Catching device 13 deposited liquid phase 4, for example, by appropriate, in Fig. 3, not shown devices is sucked.
  • Fig. 4 is a variant of an inventive multi-stage Pusher centrifuge 1 with separately drivable Vorbevantungssieb 12 shown.
  • the Vorbeatungssieb 12 is here designed and arranged that the Vorbeatungssieb 12 by means of a rotary drive 14 about an axis of rotation 15 is rotatable at a predetermined speed.
  • the rotation axis 15, as exemplified in Fig. 4, disposed within the push rod 21 and be driven independently of this by the rotary drive 14.
  • Suitable means for controlling and / or regulation of the rotational speed of the rotary drive 14 can suitable means, not shown here, be provided to the rotary drive 14th for example, depending on suitable operating parameters of the multi-stage Pusher centrifuge 1 or depending on the mixture to be processed or other factors to control and / or regulate.
  • the rotational frequency of the Vorbevantungstrichters 12 so be selected such that the pre-acceleration funnel 12 synchronously with the outer Screening drum 6 rotates, so that between the outer ring portion 92 and the Solid cake 3, which is deposited on the peripheral surface 72 of the screening stage 7, when Do not move any real movement with respect to the rotation around the Dreachse 5 is present during the return, ie in the phase of Osillationsmos in the the void 11 is charged with a new mixture 2, the Vorbevantung funnel 12, for example, rotates slower than the outer Sieve drum 6 or slower the screening stage 7.
  • Fig. 5 is schematically another embodiment of an inventive multi-stage pusher centrifuge 1 shown.
  • an inlet funnel 16 for pre-acceleration of the mixture 2 provided.
  • the mixture 2 passes through the feeder 10 initially in the inlet funnel 16, which is rotatably connected to the mixture manifold 8, so that the feed hopper 16 rotates synchronously with the mixture manifold 8.
  • the feed hopper 16 extends in a substantially axial direction and conically extending to the pre-acceleration screen 12, so that through the Feed device 10 supplied mixture 2 directly into the inlet funnel 16th arrives.
  • the inlet funnel 16 is designed and arranged such that the Mixture 2 when leaving the inlet funnel 16 in the pre-acceleration screen 12th can be fed.
  • the inlet funnel 16 in the direction of Vorbe instructungssieb 12 extends substantially conically widening and the inlet funnel 16 synchronously co-rotated, the mixture 2 is already in the inlet funnel 16 to a pre-accelerated predetermined speed, so that the mixture 2 at Arrives in Vorbevantungssieb 12 already a certain speed in Circumferential direction of the screening stage 7 and so overall even more gentle on the maximum peripheral speed of the circumferential surface 72 of the screening stage 7 is acceleratable.
  • FIGS. 5a and 5b an exemplary embodiment is shown schematically and by way of example a Vorbevantungstrichters 12 shown. It is in both pictures to Illustration each a pre-acceleration funnel 12 shown. But how the Reference numerals 12, 16 and 17 in Fig. 2b indicate that in Fig. 2b shown example of the geometry of a funnel on both the inlet funnel 16th as well as on the pre-acceleration funnel 12.
  • FIG. 5 a shows a pre-acceleration funnel 12 with an outer ring region 92 for the purpose of FIG Shifting a Festoffkuchens 3.
  • the outer ring portion 92 has a specifiable height a, depending on the mixture to be processed 2 and / or the Operating conditions under which the inventive pusher centrifuge 1 about 1% to 40% of the drum radius r, preferably about 5% to 10%, in particular 5% to 20% of the drum radius r.
  • the funnel 12, 16, 17 may be formed as a multi-stage funnel 12, 16, 17, the funnel 12, 16, 17 for pre-acceleration of the mixture 2 more, at different angles ⁇ 1 , ⁇ 2 may have mutually inclined partial surfaces, wherein the relative size of the partial surface and its inclination angle ⁇ 1 , ⁇ 2 may depend, for example, on the mixture 2 to be processed or on the operating parameters of the pusher centrifuge 1.
  • both the inlet funnel 16 and the pre-acceleration funnel 12 according to FIG. 5b can be designed as a multi-stage funnel.
  • the inlet funnel 16 as a prefilter 17 is designed for the pre-separation of liquid phase 4, it may be of special Be advantageous if the inlet funnel 16 has a curved course and the Opening angle ⁇ of the inlet funnel 16 as shown in FIGS. 5c and 5d schematically shown, in the direction of the sliding floor device 9 out increased or decreased. It is known that different mixtures 2 are the same Operating conditions of the pusher centrifuge 1, for example, depending on the Grain size and / or viscosity and / or other properties or Parameter, such as the temperature of the mixture 2, different good are drainable.
  • the inlet funnel 16 or the prefilter 17 has a curved course, wherein the Opening angle ⁇ of the prefilter screen 17 in the direction of the sliding floor device 9 out increased.
  • Such a special embodiment of an inlet funnel 16 is in Fig. 5c shown schematically. That is, the inlet funnel 16 or the Vorfiltersieb 17 expands in the direction of the sliding floor device 9 similar to the horn of a trumpet.
  • the output force, with the mixture 2 off the inlet funnel 16 is accelerated, with decreasing distance to Schubêtvorraum 9 disproportionately larger, so that the mixture 2, the already in the prefilter 17 is relatively strong drainable and thus poor Sliding properties in the prefilter 17 shows faster exit the prefilter 17 can, for example, in a substantially conical, with a constant Opening angle ⁇ expanding prefilter sieve 17.
  • the Vorbeuggungsstrichter 12 and the pre-acceleration screen 12 a have curved course, wherein the pre-acceleration angle ⁇ of the Vorbevantungstrichters 12 toward the feed device 10 out enlarged or reduced.
  • the inlet funnel 16, as shown in Fig. 6, as a prefilter 17 may be formed for the pre-separation of liquid phase 4 from the mixture 2.
  • collecting means 18 are preferred for the collection and derivation of Vorfiltersieb 17 deposited liquid phase 4 is provided.
  • It can the Liquid phase 4, for example, through openings in the moving floor device 9 in derived from the solid cake 3 area of the screening stage 7 and then are discharged through the screen openings 61, 71 from the screen drum 6, or the Liquid phase 4 can analogously to the embodiment shown in FIG. 3 directly be removed from the screening drum, so that this part of the liquid phase is not more on the peripheral speed of the screening stage 7 or the screening drum 6 is accelerated.
  • the inlet funnel 16 is configured as a prefilter 17 and by means of one or more fastening supports 22 on the screening drum 6 arranged.
  • the mounting posts 22 are preferably in the form of suitable formed spokes 22, thin rods 22 or tubes 22, so that in Operating state of the solid cake 3 easily from the screening stage 7 or from the Sieve drum 6 is removable.
  • the prefilter sieve 17 by means of a or a plurality of mounting posts 22 also be arranged on a screening stage 7 or even at several screening stages 7 or at a screening stage 7 and at the screening drum 6 be arranged, the corresponding drums preferably no Perform oscillatory relative movement against each other.
  • the rotational frequency the Vorbe instructungstrichters 12 are chosen so that the Vorbevantung funnel 12 rotates synchronously with the screening stage 7, so that between the outer ring portion 92 and the solid cake 3, which on the Peripheral surface of the screening stage 7 is deposited, when moving no Relative movement with respect to the rotation about the axis of rotation 5 is present during the Return, ie in the phase of the Osillationsmos in the space 11 with new mixture 2, the pre-acceleration hopper 12, for example rotates slower than the screening stage 7.
  • FIG. 6b is finally an embodiment of FIG. 6a with a Blind bottom 911 shown schematically, wherein the pre-acceleration screen 12 of the For clarity, not shown as a two-stage screen.
  • both the pre-acceleration screen 12 and the prefilter screen 17 can be used be designed as a one, two or multi-stage screen.
  • the embodiment according to FIG. 6b has a blank bottom 911 designed outer ring portion 92, which is synchronous with the outer Screen drum 6 rotates, but from the pre-acceleration funnel 12 with respect to Rotational movement is decoupled, so that the pre-acceleration funnel 12, ie the pre-acceleration screen 12 at a different speed than the dummy bottom 911 is rotatable about the axis of rotation 5.
  • a blank bottom 911 designed outer ring portion 92 which is synchronous with the outer Screen drum 6 rotates, but from the pre-acceleration funnel 12 with respect to Rotational movement is decoupled, so that the pre-acceleration funnel 12, ie the pre-acceleration screen 12 at a different speed than the dummy bottom 911 is rotatable about the axis of rotation 5.
  • FIG. 6b has a blank bottom 911 designed outer ring portion 92, which is synchronous with the outer Screen drum 6 rotates, but from the pre-acceleration funnel 12 with respect to Rotational movement is decoupled, so
  • the blind bottom 911 via at least one fastening strut 912 rotatably with the be connected to the outer screen drum 6, wherein the fastening strut 912 through a suitably placed opening 70 is guided in the screening stage 7, so that the Fixing strut 912 is decoupled from the oscillation movement of the screening stage 7.
  • the embodiment according to FIG. 6b is also at higher stages as two-stage pusher centrifuges 1 analog transferable.
  • the pre-acceleration funnel 12 completely independent of the speed of outer sieve drum 6 with a mixture to be processed on the second tunable rotational frequency drivable and on the other hand rotates the blind floor 911, which transports the solid cake 3 in the axial direction with the same Speed as the sieve drum 6 and the screening stage 7, so that between the blind floor 911 and screening stage 7 with respect to the rotation about the rotation axis 5 no Relative movement takes place.
  • Rotation speed for example, depending on a current Operating state of the pusher centrifuge 1, as already described above, variable be.
  • the prefilter screen 17 can of course also be used designed as a two-stage screen with a coarse filter 171 and a fine screen 172 be.
  • the first filter stage forms the coarse sieve 171, which contained in the mixture 2 Particles that are larger than the filter openings of the coarse sieve 171 withholds.
  • the Fine screen 172 retains correspondingly finer particles, while at least a portion the liquid phase 4, as well as very small particles, which also have to be removed, from the screening stage 7 are directly drained.
  • the embodiment of the prefilter screen 17 as Two-stage sieve has the particular advantage that the fine sieve 172 by large and / or heavy particles which may be contained in the incoming mixture 2, mechanically not so heavily loaded, so that the fine screen 172, for example can have very small pores for filtering very small particles and especially made of mechanically less resistant materials can be.
  • the introduced mixture through which arranged on the pusher bottom device Vorbeuggungssieb to a predetermined peripheral speed be pre-accelerated, allowing the mixture when hitting the screen drum not in the shortest possible time from a peripheral speed near zero to full Circumferential speed of the inner screening stage is accelerated.
  • This is under other grain fraction avoidable, so that in particular also substances that particularly sensitive to abrupt changes in centrifugal acceleration react, be processed in compliance with the highest quality standards.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Schubzentrifuge (1) zur Trennung eines Gemischs (2) in einen Feststoffkuchen (3) und in eine Flüssigphase (4). Dabei umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge (1) eine um eine Drehachse (5) rotierbare äussere Siebtrommel (6) und mindestens eine in der äusseren Siebtrommel (6) angeordnete Siebstufe (7), einen in der Siebtrommel (6) angeordneten Gemischverteiler (8) mit einer Schubbodenvorrichtung (9), wobei entweder die Siebstufe (7) oder die Schubbodenvorrichtung (9) entlang der Drehachse (5) hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen (3) mittels der Schubbodenvorrichtung (9) verschiebbar ist. Weiter umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge eine Einspeiseeinrichtung (10) mit welcher das Gemisch (2) über den Gemischverteiler (8) in einen Leerraum (11) einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens (3) durch die Schubbodenvorrichtung (9) entsteht, wobei die Schubbodenvorrichtung (9) einen Vorbeschleunigungstrichter (12) umfasst, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin erstreckt und der Vorbeschleunigungstrichter (12) als Vorbeschleunigungssieb (12) ausgestaltet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Schubzentrifuge gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Zur Trocknung feuchter Substanzen oder feuchter Substanzgemische sind Zentrifugen in den verschiedensten Ausführungsformen weit verbreitet und werden auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. So kommen beispielsweise zur Trocknung hochreiner pharmazeutischer Produkte diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen, wie Schälzentrifugen, bevorzugt zum Einsatz, während insbesondere dann, wenn kontinuierlich grosse Mengen eines fest-flüssig Gemischs getrennt werden sollen, kontinuierlich arbeitende Schubzentrifugen vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kommen je nach Anforderung ein- oder mehrstufige Schubzentrifugen, sowie sogenannte Doppelschubzentrifugen zum Einsatz.
Bei den verschiedenen Typen der zuletzt genannten Klasse von Schubzentrifugen wird ein fest-flüssig Gemisch, beispielsweise eine Suspension oder ein feuchtes Salz oder Salzgemisch, durch ein Einlaufrohr über einen Gemischverteiler einer schnell rotierenden Trommel, die als Filtersieb ausgestaltet ist, zugeführt, so dass auf Grund der wirkenden Fliehkräfte die flüssige Phase durch das Filtersieb ausgeschieden wird, während im Inneren an der Trommelwand ein Feststoffkuchen abgeschieden wird. Dabei ist in der rotierenden Trommel ein im wesentlichen scheibenförmiger, synchron mitrotierender Schubboden angeordneten, wobei je nach Anzahl der Siebstufen entweder der Schubboden oder eine Siebstufe in axialer Richtung in der Trommel mit einer gewissen Amplitude oszilliert, so dass ein Teil des getrockneten Feststoffkuchens an einem Ende der Trommel herausgeschoben wird. Bei der entgegengesetzten Bewegung des Schubbodens wird ein an den Schubboden angrenzender Bereich der Trommel freigegeben, der dann durch das Einlaufrohr und über den Gemischverteiler wieder mit neuem Gemisch beschickt werden kann. Dabei können je nach eingesetztem Typ mit modernen Hochleistungs-Schubzentrifugen problemlos Durchsatzmengen in einer Grössenordnung von 100 Tonnen pro Stunde erreicht werden, wobei Trommeldurchmesser bis zu 1000 mm und mehr durchaus üblich sind und typische Rotationsfrequenzen der Trommel, abhängig vom Trommeldurchmesser von bis zu 2000 Umdrehungen pro Minute und mehr erreicht werden können. Dabei bedingt in der Regel ein grösserer Trommeldurchmesser wegen der auftretenden starken Fliehkräfte eine kleinere maximale Rotationsfrequenz der Trommel. Selbstverständlich können die Betriebsparameter, wie z.B. die Rotationsfrequenz der Trommel, die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Gemisch oder auch der Trommeldurchmesser oder der Typ der eingesetzten Schubzentrifuge auch von dem zu trocknenden Material selbst, dem Gehalt an Flüssigkeit usw. abhängen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen sind in der Regel kontinuierlich arbeitende Filterzentrifugen. Die mehrstufige Filterzentrifuge besteht dabei aus einer äusseren Siebtrommel und mindestens einer in der äusseren Siebtrommel angeordneten Siebstufe, die ebenfalls als Siebtrommel ausgestaltet ist. Dabei können mehrere Siebstufen ineinander konzentrisch angeordnet sein, so dass zwei, drei und mehrstufige Schubzentrifugen realisierbar sind, wobei alle Siebstufen sehr schnell synchron um eine gemeinsame Drehsachse angetrieben werden. Ein zu trennendes fest-flüssig Gemisch gelangt im Betriebszustand kontinuierlich durch ein fest stehendes Einlaufrohr in einen in der innersten Siebstufe angeordneten, ebenfalls synchron mitrotierenden, Gemischverteiler und wird auf der innersten Siebstufe über deren ganzen Siebumfang gleichmässig verteilt. Der grösste Teil der Flüssigkeit wird hier bereits abzentrifugiert und es bildet sich ein Feststoffkuchen.
Dabei führt beispielsweise bei einer zweistufigen Schubzentrifuge die innerste Stufe, die auch als erste Stufe bezeichnet wird, neben der Rotationsbewegeung um die Drehachse eine Oszillationsbewegung in Richtung der Drehachse aus. Diese oszillatorische Bewegung wird zum Beispiel hydraulisch über einen Schubkolben mit Umsteuermechanismus generiert. Dadurch wird der Feststoffkuchen in Ringabschnitten, entsprechend der Hublänge der Oszillation, von der ersten zur zweiten Stufe geschoben und verlässt die Schubzentrifuge schliesslich über eine Austrittsöffnung. In der Praxis wird dabei der Feststoffkuchen in der Siebtrommel kontinuierlich unter Zugabe von Waschflüssigkeit auf den Feststoffkuchen gewaschen.
Eine bekannte zweistufige Schubzentrifuge, die nach dem zuvor geschilderten Prinzip arbeitet, ist beispielsweise in der DT 25 42 916 A1 eingehend beschrieben. Dabei dient bei zwei- und mehrstufigen Schubzentrifugen die erste Stufe, d.h. die innerste Siebstufe im wesentlichen zur Vorentwässerung des Gemisch, sowie zur Bildung eines Feststoffkuchens, während die äussere Siebtrommel hauptsächlich als Trockenstufe dient. Dadurch, dass mittels der ersten Siebstufe eine Vorentwässerung möglich ist, wird mit mehrstufigen Schubzentrifugen ein deutlich erhöhtes Flüssigkeitsschluckvermögen erreicht, so dass Gemische mit niedrigeren Einlaufkonzentrationen, d.h. mit höhrerem Flüssigkeitsgehalt verarbeitet werden können.
Für spezielle Einsatzbereiche sind Sonderausführungen von zwei- und mehrstufigen Schubzentrifugen, insbesondere für hochabrasive Schleudergüter, wie z.B. Kohle und Rohphosphat bekannt, die besondere Verschleissschutzmassnahmen, wie verschleissfeste Siebe, erfordern. Auch Sonderausführungen für intensive Waschprozesse und zur Durchführung spezieller Waschverfahren, wie beispielsweise die Gegenstromwaschung bei Nitrozellulose, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Auch Gasdichte Ausführungen mehrstufiger Schubzentrifugen zum Betrieb unter Schutzgasathmosphäre kommen zum Einsatz.
Obwohl mehrstufige Schubzentrifugen seit langem, wie oben kurz skizziert, auch für Spezialanwendungen in verschiedensten Ausführungsvarianten wohlbekannt sind, weisen die bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen dennoch verschiedene gravierende Nachteile auf. Auch wenn mit den bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen niedrigere Einlaufkonzentrationen, d.h. Gemische mit erhöhtem Flüssigkeitsgehalt besser verarbeitet werden können als mit gewöhnlichen einstufigen Schubzentrifugen, darf die Einlaufkonzentration des zu verarbeitenden Gemischs nicht beliebig klein sein. D.h., wenn der Anteil an Flüssigkeit im Gemisch zu hoch ist, beispielsweise 50% oder 70% oder 80% oder gar mehr als 90% Flüssigphase beträgt, muss das Gemisch in mehr oder weniger aufwendigen Verfahren voreingedickt werden. Bei zu hohem Flüssigkeitsgehalt wird nämlich eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über den Umfang der Siebtrommel zunehmend erschwert. Das kann einerseits zu sehr schädlichen Vibrationen der Siebtrommel und damit zu vorzeitigem Verschleiss von Lagern und Antrieb führen; im schlimmsten Fall sogar zu einem Sicherheitsproblem im Betrieb werden. Andererseits bewirkt ein ungleichmässig über den Umfang der Siebtrommel verteilter Feststoffkuchen Probleme beim Waschen. Daher stehen zur Vorentwässerung zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder die bestens bekannten Hydrozyklone zur Verfügung. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz solcher Vorentwässerungssysteme sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ sehr aufwendig und damit teuer ist.
Ein weiterer gravierender Nachteil bei der Verarbeitung von Gemischen kleiner Einlaufkonzentration besteht darin, dass praktisch die gesamte Menge an Flüssigkeit, die mit dem Gemisch zugeführt wird, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, bevor sie durch das Filtersieb der Siebtrommel ausgeschieden wird. Das gleiche trifft auf kleinste Partikel im Gemisch zu, die ebenfalls durch das Sieb vom Feststoffkuchen abschieden werden sollen. Das ist energetisch äusserst ungünstig und beeinflusst das Betriebsverhalten der Zentrifuge deutlich negativ.
Aber selbst bei der Verarbeitung von Gemischen mit deutlich höherer Feststoffkonzentration zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten Zentrifugen zum Teil massive Nachteile. So wird das durch das Einlaufrohr in den Gemischverteiler eingebrachte Gemisch beim Auftreffen auf die Siebtrommel in kürzester Zeit auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Trommel beschleunigt. Insbesondere bei empfindlichen Substanzen kann das unter anderem zu Kornbruch führen, das heisst, dass beispielsweise Feststoffkörner, die in einer der Zentrifuge zugeführten Suspension verteilt sind, bei dem abrupten Beschleunigungsvorgang in unkontrollierter Weise in kleinere Stücke zerbersten, was negative Einflüsse auf die Qualität des produzierten Feststoffkuchens haben kann, wenn beispielsweise die Partikelgrösse der Körner im Endprodukt eine Rolle spielt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte mehrstufige Schubzentrifuge vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile weitgehend vermeidet.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Erfindungsgemäss wird somit eine mehrstufige Schubzentrifuge zur Trennung eines Gemischs in einen Feststoffkuchen und in eine Flüssigphase vorgeschlagen. Dabei umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge eine um eine Drehachse rotierbare äussere Siebtrommel und mindestens eine in der äusseren Siebtrommel angeordnete Siebstufe, einen in der Siebtrommel angeordneten Gemischverteiler mit einer Schubbodenvorrichtung, wobei entweder die Siebstufe oder die Schubbodenvorrichtung entlang der Drehachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen mittels der Schubbodenvorrichtung verschiebbar ist. Weiter umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge eine Einspeiseeinrichtung mit welcher das Gemisch über den Gemischverteiler in einen Leerraum einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens durch die Schubbodenvorrichtung entsteht, wobei die Schubbodenvorrichtung einen Vorbeschleunigungstrichter umfasst, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstreckt und der Vorbeschleunigungstrichter als Vorbeschleunigungssieb ausgestaltet ist.
Dadurch, dass die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ein an der Schubbodenvorrichtung angeordnetes Vorbeschleunigungssieb aufweist, muss nicht die gesamte Menge an Flüssigphase, die im zugeführten Gemisch enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden, da ein Teil der Flüssigphase bereits über das Vorbeschleunigungssieb abgeschieden und aus der Siebtrommel entfernbar ist. Somit sind auch Gemische mit sehr hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar. Insbesondere ist so auch bei hohem Flüssigkeitsgehalt stets eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über die Umfangsfläche der Siebstufe bzw. der Siebtrommel gewährleistet.
Darüber hinaus wird durch den als Vorbeschleunigungssieb ausgeführten Vorbeschleunigungstrichter verhindert, dass ein durch die Einspeiseeinrichtung in den Gemischverteiler eingebrachtes Gemisch unmittelbar, im wesentlichen nur unter dem Einfluss der Schwerkraft und ohne Vorbeschleunigung auf die innere Umfangsfläche der Siebstufe gelangt. Vielmehr wird das einlaufende Gemisch verlangsamt auf die Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt, wodurch insbesondere Kornbruch und andere schädigende Einflüsse, wie sie beim abrupten Beschleunigen in den aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen auftreten, verhinderbar sind. Somit ist durch die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ein Zerbersten von im Gemisch enthaltenen Feststoffkörner vermeidbar, weil der Beschleunigungsvorgang über den vorgebbaren Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters kontrollierbar ist, d.h. dass die Beschleunigung selbst ist durch eine geeignete Wahl des Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters einstellbar. Dadurch kann die Qualität des produzierten Feststoffkuchens, insbesondere bei Produkten bei welchen beispielsweise die Partikelgrösse oder die Form der Körner im Endprodukt eine Rolle spielen, deutlich gesteigert werden.
Die wesentlichen Komponenten sowie die grundlegende Funktionsweise einer mehrstufigen Schubzentrifuge sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass im folgenden vorrangig auf die erfindungswesentlichen Merkmale Bezug genommen werden kann.
Die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge dient zur Trennung eines Gemischs in einen Feststoffkuchen und in eine Flüssigphase und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse über eine Trommelachse rotierbare äussere Siebtrommel, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Trommelachse steht mit einem Trommelantrieb in Wirkverbindung, so dass die Siebtrommel durch den Trommelantrieb in schnelle Rotation um die Drehachse versetzbar ist. Innerhalb der äusseren Siebtrommel ist mindestens eine Siebstufe angeordnet. Desweiteren ist in der Siebtrommel ein Gemischverteiler mit einer Schubbodenvorrichtung vorgesehen, wobei entweder die Siebstufe oder die Schubbodenvorrichtung entlang der Drehachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen mittels der Schubbodenvorrichtung verschiebbar ist. Sowohl die äussere Siebtrommel als auch die Siebstufe weisen dabei Sieböffnungen auf, durch die in bekannter Weise bei schneller Rotation Flüssigphase aus dem Feststoffkuchen bzw. aus einem Gemisch, das auf eine innere Umfangsfläche der Siebstufe aufbringbar ist, durch die auftretenden Fliehkräfte nach aussen abführbar ist. Insbesondere kann in einem für die Praxis besonders wichtigen Beispiel die Siebtrommel und / oder die Siebstufe in an sich bekannter Weise als skelettartige Stütztrommel ausgestaltet sein, die zur Bildung der entsprechenden Siebflächen mit speziellen Filterfolien an ihrem Umfang ausgekleidet ist, d.h. die skelettartige Stütztrommel kann beispielsweise mit einem oder mehreren Filtersieben mit unterschiedlich oder gleich grossen Filteröffnungen zur Abscheidung der Flüssigphase ausgestaltet sein.
Innerhalb der Siebtrommel ist der Gemischverteiler mit der Schubbodenvorrichtung angeordnet, der es gestattet, kontinuierlich durch die Einspeiseeinrichtung zugeführtes Gemisch auf die innere Umfangsfläche der Siebstufe durch Einbringen in den Leerraum, der beim Verschieben des Feststoffkuchens entstanden ist, zu verteilen. Dabei umfasst die Schubbodenvorrichtung einen Vorbeschleunigungstrichter, der erfindungsgemäss als Vorbeschleunigungssieb ausgestaltet ist, wobei sich das Vorbeschleunigungssieb im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstreckt. An einem peripheren Bereich ist dabei der Vorbeschleunigungstrichters so als Ringbereich ausgebildet, dass mit dem Ringbereich der in der Siebstufe abgelagerte Feststoffkuchen durch eine Oszillation der Schubbodenvorrichtung oder der Siebstufe in die Siebtrommel oder in eine weitere Siebstufe verschiebbar ist.
Der Gemischverteiler ist dabei bevorzugt in an sich bekannter Weise durch Befestigungsmittel mit der Siebtrommel gekoppelt und rotiert daher in einer speziellen Ausführungsform synchron mit der Siebtrommel und der Siebstufe um die gemeinsame Drehachse. Die oszillatorische Bewegung führt dabei, je nach Anzahl der vorhandenen Siebstufen, entweder die Siebstufe selbst oder die Schubbodenvorrichtung aus. Somit besteht im Betriebszustand eine oszillatorische Relativbewegung zwischen der Siebstufe und der Schubbodenvorrichtung mit Vorbeschleunigungstrichter. Der Antrieb der oszillatorischen Bewegung erfolgt dabei bevorzugt über eine Schubstange, wobei in einer ersten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung mit dem äusseren Ringbereich der auf der Siebstufe abgelagerte Feststoffkuchen in Ringabschnitten, deren Breite durch die Hublänge der Oszillationsbewegung bestimmt ist, von der Siebstufe zur Siebtrommel oder zu einer weiteren Siebstufe geschoben wird, und in einer zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung ein am äusseren Rand der Siebtrommel abgelagerter Ringabschnitt von Feststoffkuchen aus der Siebtrommel herausgeschoben wird. Während der zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung entsteht gleichzeitig ein Leerraum am äusseren Ringbereich in der Siebstufe, so dass in den Leerraum neues Gemisch einbringbar ist.
Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ist es dabei, dass ein Teil der Flüssigphase bereits im Vorbeschleunigungssieb vom Gemisch abtrennbar ist und das Gemisch im Vorbeschleunigungssieb auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist, so dass das von der Einspeiseeinrichtung eingebrachte Gemisch vor Erreichen der Umfangsfläche der Siebstufe auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigbar ist. Dadurch muss einerseits nicht die gesamte Menge an Flüssigphase, die im Gemisch enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden, so dass auch Gemische mit sehr hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar sind. Insbesondere sind selbst bei sehr hohen Konzentrationen an Flüssigphase im Gemisch zusätzliche Einrichtungen zur Vorentwässerung, wie zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder Hydrozyklone überflüssig.
Anderseits wird dadurch, dass der Vorbeschleunigungstrichter in Bezug auf die Drehachse einen Öffnungwinkel aufweist, der kleiner als 90 ° ist, im Vorbeschleunigungstrichter die Fliessgeschwindigkeit des Gemischs im Vergleich zur Geschwindigkeit im freien Fall in Richtung zur Umfangsfläche der Siebstufe gezielt einstellbar, so dass das Gemisch im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters mit zunehmender Annäherung an den äusseren Ringbereich sowohl in radialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung der Siebtrommel allmählich beschleinigbar ist. Das heisst, das Gemisch wird im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters auf besonders schonende Weise nach und nach auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt um dann bei Erreichen der Umfangsfläche schliesslich die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe zu erreichen.
Dabei erstrecken sich sowohl ein Einlauftrichter, dessen Funktion weiter unten noch im Detail erläutert werden wird, als auch der Vorbeschleunigungstrichter in einem vorgebbaren Bereich bevorzugt unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel bzw. unter einem konstanten Vorbeschleunigungswinkel konisch erweiternd in Richtung zur Schubbodenvorrichtung bzw. zur Einspeiseeinrichtung hin.
Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu entwässernden Gemischs, kann der Einlauftrichter und / oder der Vorbeschleunigungstrichter in einem vorgebbaren Bereich jedoch auch einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Öffnungsswinkel des Einlauftrichters und / oder der Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin vergrössert oder verkleinert. Das kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter bzw. der Vorbeschleunigungstrichter, wie später noch genauer beschrieben wird, als Vorfiltersieb bzw. als Vorbeschleunigungssieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase ausgebildet ist.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Vorbeschleunigungssieb als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter und einem Feinfilter ausgestaltet. Das Gemisch kann dadurch im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs in zwei Stufen gefiltert werden. Die Ausgestaltung des Vorbeschleunigungssiebs als Zweistufenfilter hat dabei insbesondere den Vorteil, dass der Feinfilter durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch enthalten sind, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
Für die Praxis ist es von besonderem Vorteil, wenn am Gemischverteiler eine Auffangvorrichtung zum Abführen von Flüssigphase vorgesehen ist, so dass ein Teil der Flüssigphase bereits vor Erreichen der enorm schnell rotieren Umfangsfläche der Siebstufe entfernbar ist. Dieser Teil der Flüssigphase wird dann nämlich nicht mehr auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebstufe beschleunigt, was zu einer massiven Einsparung von Energie und zur Entlastung der Komponenten, insbesondere der rotierenden und / oder oszillierenden Komponenten der mehrstufigen Schubzentrifuge führt. Dadurch sind selbst Gemische mit enorm hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar.
In einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge ist das Vorbeschleunigungssieb so ausgestaltet und angeordnet, dass das Vorbeschleunigungssieb mittels eines Drehantriebs um eine Rotationsachse mit einer vorgebbaren Drehzahl, unabhängig von der Drehzahl der Siebtrommel, rotierbar ist. Vorzugsweise sind zur Steuerung und / oder Regelung der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs geeignete Mittel, beispielsweise in Form von rechnergestützten elektronischen Systemen vorgesehen sein, um den Drehantrieb, beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge, zu steuern und / oder zu regeln.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge ist bei der Einspeiseeinrichtung zusätzlich ein Einlauftrichter zur Vorbeschleunigung des einlaufenden Gemischs vorgesehen. Das Gemisch gelangt durch die Einspeiseinrichtung zunächst in einen Einlauftrichter, der in einem Ausführungsbeispiel bevorzugt, jedoch nicht notwendig, drehfest mit dem Gemischverteiler verbunden ist, so dass der Einlauftrichter synchron mit dem Gemischverteiler rotiert. Dabei erstreckt sich der Einlauftrichter in im wesentlichen axialer Richtung erweiternd zum Vorbeschleunigungssieb hin, so dass das durch die Einspeiseeinrichtung zugeführte Gemisch direkt in den Einlauftrichter gelangt. Dabei ist der Einlauftrichter so ausgebildet und angeordnet, dass das Gemisch beim Verlassen des Einlauftrichters in den Vorbeschleunigungssieb einspeisbar ist.
Durch die Anordnung und Ausgestaltung des Einlauftrichter wird das Gemisch bereits im Einlauftrichter auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigt, so dass das Gemisch beim Eintreffen im Vorbeschleunigungssieb bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Siebstufe aufweist und so insgesamt noch schonender auf die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche der Siebstufe beschleunigbar ist.
Bevorzugt kann dabei der Einlauftrichter auch als Vorfiltersieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase aus dem Gemisch ausgebildet sein. Dabei sind bevorzugt Auffangmittel zur Sammlung und Ableitung von vom Vorfiltersieb abgeschiedener Flüssigphase vorgesehen.
Dabei kann ein Wert eines Öffnungswinkels des Einlauftrichters und / oder der Wert eines Vorbeschleunigungswinkels des Vorbeschleunigungstrichters in Bezug auf die Drehachse beispielsweise zwischen 0° und 45° liegen, im einzelnen zwischen 0° und 10°oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35°. Selbstverständlich ist es im speziellen auch möglich, dass der Wert des Öffnungswinkels und / oder des Vorbeschleunigungswinkels grösser als 45° ist. Ganz generell kann festgestellt werden, dass in der Regel in Bezug auf die Drehachse ein eher spitzer Winkel von Vorteil ist, wobei ein optimaler Wert des entsprechenden Öffnungswinkels und / oder des Vorbeschleunigungswinkels unter anderem vom Wert eines Haftreibwinkels des zu entwässernden Produkts bestimmt ist.
Insbesondere dann, aber nicht nur dann, wenn der Einlauftrichter als Vorfiltersieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase ausgebildet ist, kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungsswinkel des Einlauftrichters in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin vergrössert oder verkleinert. Es ist nämlich bekannt, dass unterschiedliche Produkte unter sonst gleichen Betriebsbedingungen der Schubzentrifuge, beispielsweise in Abhängigkeit von der Korngrösse und / oder der Viskosität und / oder anderer Eigenschaften oder Parameter, wie zum Beispiel der Temperatur des Gemischs unterschiedlich gut entwässerbar sind.
Liegt beispielsweise ein Gemisch vor, das bei gegebenen Betriebsparametern relativ leicht zu entwässern ist, kann es von Vorteil sein, dass der Einlauftrichter bzw. das Vorfiltersieb einen gekrümmten Verlauf hat, wobei sich der Öffnungswinkel des Vorfiltersiebs in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin vergrössert. Das heisst, der Einlauftrichter bzw. das Vorfiltersieb erweitert sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung ähnlich wie das Horn einer Trompete. Damit wird die Abtriebskraft, mit der das Gemisch aus dem Einlauftrichter beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung überproportional grösser, so dass das Gemisch, das bereits im Vorfiltersieb relativ stark entwässerbar ist und damit schlechte Gleiteigenschaften im Vorfiltersieb zeigt, schneller das Vorfiltersieb verlassen kann, als beispielsweise bei einem im wesentlichen sich konusförmig, mit konstantem Öffnungswinkel sich erweiternden Vorfiltersieb.
Andererseits können auch Gemische vorliegen, die bei gegebenen Betriebsparametern relativ schlecht zu entwässern sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, einen Einlauftrichter bzw. ein Vorfiltersieb mit einem gekrümmten Verlauf einzusetzen, wobei sich der Öffnungswinkel des Vorfiltersiebs in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin verkleinert. Das hat zur Folge, dass die Abtriebskraft, mit der das Gemisch aus dem Einlauftrichter beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung langsamer zunimmt, als beispielsweise bei einem sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel konisch erweiternden Einlauftrichter. Dadurch entsteht im Vorbeschleunigungssieb eine gewisse Stauwirkung, so dass das Gemisch länger im Vorfiltersieb verbleibt und daher bereits im Vorfiltersieb zu einem höheren Grad entwässerbar ist.
Ganz analog zu dem vorher gesagten kann selbstverständlich auch der Vorbeschleunigungstrichter einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin vergrössert oder verkleinert.
Die vorher im Zusammenhang mit dem gekrümmten Einlauftrichter erläuterten Vorteile und dessen Funktionsweise sind für den Fachmann problemlos analog auf einen gekrümmten Vorbeschleunigungstrichter übertragbar, und müssen daher hier nicht wiederholt werden.
Darüber hinaus kann in einer speziellen Ausführungsvariante das Vorfiltersieb selbstverständlich auch als Zweistufensieb mit einem Grobsieb und einem Feinsieb ausgestaltet sein. Die Vorteile liegen auf der Hand. Die erste Filterstufe bildet das Grobsieb, welches im Gemisch enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobsiebs zurückhält. Das Feinsieb hält entsprechend feinere Partikel zurück, während zumindest ein Teil der Flüssigphase, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, aus der Siebstufe direkt abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorfiltersiebs als Zweistufensieb hat insbesondere den Vorteil, dass das Feinsieb durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch enthalten sind, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
Insbesondere kann in einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel der Einlauftrichter und / oder der Vorbeschleunigungstrichter als skelettartiger Stützkörper ausgestaltet sein, der zur Bildung des Vorfiltersiebs und / oder des Vorbeschleunigungssiebs mit speziellen Filterfolien ausgestattet sein kann, d.h. der skelettartige Stützkörper kann beispielsweise mit einem oder mehreren Filtersieben, die eventuell zur Abscheidung in verschiedenen Stufen unterschiedlich grosse Filteröffnungen aufweisen können, ausgestattet sein.
Dabei kommen ganz allgemein als Filtersiebe unter anderem Spaltsiebe oder beispielsweise Siebbleche in Frage. Die Filtersiebe können dabei vorteilhaft auf unterschiedliche Weise mit Filteröffnungen unterschiedlicher Grösse versehen werden. Insbesondere die zuvor erwähnten Siebbleche können unter anderem gestanzt, gebohrt, gelasert, Elektronenstrahl gelocht oder Wasserstrahl geschnitten sein, wobei grundsätzlich auch andere Techniken in Frage kommen. Die Siebe selbst können dabei je nach Anforderung aus verschiedenen, insbesondere korrosionsbeständigen Werkstoffen, wie beispielsweise aus Kunststoff, Verbundwerkstoffen oder unterschiedlichen Stählen wie 1.4462, 1.4539 oder 2.4602 oder aus anderen geeigneten Materialien gefertigt sein. Zum Schutz gegen Verschleiss können die Filtersiebe darüber hinaus mit geeigneten Schichten versehen sein, zum Beispiel mit Hartchrom Schichten, Wolfram-Carbid (WC), Keramik oder anders gehärtet sein. Die Stärke der Filterbleche beträgt dabei typischerweise 0,2 mm bis 5 mm wobei auch deutlich andere Blechstärken möglich sind.
In der Praxis kann es von grosser Wichtigkeit sein, den Beschleunigungsvorgang selbst bzw. die Rotationsgeschwindigkeit, auf die das Gemisch im Einlauftrichter beschleunigbar ist, gezielt zu kontrollieren. Daher kann der Einlauftrichter um eine Antriebsachse drehbar angeordnet und mittels eines Antriebs mit einer vorgebbaren Drehzahl um die Antriebsachse rotierbar sein. Zur Steuerung und / oder Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Einlauftrichters ist dieser beispielsweise mit einer separaten Antriebsachse drehfest verbunden und über die Antriebsachse mittels eines Antriebs unabhängig von der Siebtrommel und / oder unabhängig vom Vorbeschleunigungssieb mit einer vorgebbaren Rotationsfrequenz antreibbar. Dabei können, wie bereits oben beim Antrieb des Vorbeschleunigungssiebs beschrieben, geeignete Mittel vorgesehen sein, um den Antrieb beispielsweise in Abhängigkeit vom zu verarbeitenden Gemisch, bestimmten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge usw. zu steuern und / oder zu regeln. Dazu kann die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge auch entsprechende Sensoren zur Messung von relevanten Betriebsparametern umfassen.
Es versteht sich von selbst, dass die Merkmale der zuvor exemplarisch beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge, je nach Anforderung, auch beliebig in vorteilhafter Weise kombinierbar sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
im Schnitt eine mehrstufige Schubzentrifuge mit Vorbeschleunigungssieb;
Fig. 2
ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 mit Zweistufenfilter;
Fig. 3
ein anderes Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 mit Auffangeinrichtung zum Abführen von Flüssigphase;
Fig. 4
eine mehrstufige Schubzentrifuge mit separat antreibbarem Vorbeschleunigungstrichter;
Fig. 5
eine mehrstufige Schubzentrifuge mit Einlauftrichter;
Fig. 5a
ein Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters;
Fig. 5b
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters;
Fig. 5c
einen Einlauftrichter mit gekrümmtem Verlauf;
Fig. 5d
einen anderen Einlauftrichter gemäss Fig. 5c;
Fig. 6
ein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 mit Vorfiltersieb;
Fig. 6a
ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 mit rotierbarem Vorbeschleunigungssieb;
Fig. 6b
ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6a mit Blindboden;
Fig. 7
ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 mit Grobsieb und Feinsieb;
Fig. 8
einen Einlauftrichter mit Drehantrieb.
Fig. 1 zeigt im Schnitt in einer schematischen Darstellung wesentliche Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge mit Vorbeschleunigungssieb. Dabei sind in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldungen beispielhaft aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur zweistufige Schubzentrifugen schematisch dargestellt. Es versteht sich, dass die Darstellung zweistufiger Schubzentrifugen exemplarisch zu verstehen ist und die Beschreibung selbstverständlich auch für mehr als zweistufige Schubzentrifugen in analoger Weise gilt und entsprechend übertragbar ist.
Die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, dient zur Trennung eines Gemischs 2 in einen Feststoffkuchen 3 und in eine Flüssigphase 4 und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse 5 über eine Trommelachse 51 rotierbare äussere Siebtrommel 6, die in einem Gehäuse G untergebracht ist. Die Trommelachse 51 steht mit einem Trommelantrieb 52 in Wirkverbindung, so dass die Siebtrommel 6 durch den Trommelantrieb 52 in schnelle Rotation um die Drehachse 5 versetzbar ist. Innerhalb der äusseren Siebtrommel 6 ist mindestens eine Siebstufe 7 angeordnet. Desweiteren ist in der Siebtrommel 6 ein Gemischverteiler 8 mit einer Schubbodenvorrichtung 9 vorgesehen, wobei entweder die Siebstufe 7 oder die Schubbodenvorrichtung 9 entlang der Drehachse 5 hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen 3 mittels der Schubbodenvorrichtung 9 verschiebbar ist. Sowohl die äussere Siebtrommel 6 als auch die Siebstufe 7 weisen dabei Sieböffnungen 61, 71 auf, durch die in bekannter Weise bei schneller Rotation Flüssigphase 4 aus dem Festoffkuchen 3 bzw. aus einem Gemisch 2, das, wie weiter unten noch detaillierter beschrieben wird, auf eine innere Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 aufbringbar ist, durch die auftretenden Fliehkräfte nach aussen abführbar ist.
Innerhalb der Siebtrommel 6 ist der Gemischverteiler 8 mit Schubbodenvorrichtung 9 angeordnet, der es gestattet, kontinuierlich durch die Einspeiseeinrichtung 10 zugeführtes Gemisch 2 auf die innere Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 durch Einbringen in einen Leerraum 11, der beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 entstanden ist, zu verteilen. Dabei umfasst die Schubbodenvorrichtung 9 einen Vorbeschleunigungstrichter 12, der als Vorbeschleunigungssieb 12 ausgestaltet ist, wobei sich das Vorbeschleunigungssieb 12 im wesentlichen konisch erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung 10 hin erstreckt. An einem peripheren Bereich ist dabei der Vorbeschleunigungstrichters 12 so als Ringbereich 92 ausgebildet, dass mit dem Ringbereich 92 der in der Siebstufe 7 abgelagerte Feststoffkuchen 3 durch eine weiter unten genauer beschriebene Oszillation der Schubbodenvorrichtung 9 und / oder der Siebstufe 7 in die Siebtrommel 6 oder in eine weitere hier nicht dargestellte Siebstufe 7 verschiebbar ist.
Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge 1 ist es dabei, dass bereits ein Teil der Flüssigphase 4 im Vorbeschleunigungssieb 12 vom Gemisch 2 abtrennbar ist und das Gemisch 2 im Vorbeschleunigungssieb 12 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist.
Der Gemischverteiler 8 ist dabei in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Siebtrommel 6 durch Befestigungsmittel 91 starr gekoppelt und rotiert daher synchron mit der Siebtrommel 6 und der Siebstufe 7 um die Drehachse 5. Die oszillatorische Bewegung, die durch den Doppelpfeil in Fig. 1 angedeutet wird, vollführt in dem hier gezeigten Beispiel jedoch nur die Siebstufe 7. Somit besteht im Betriebszustand eine oszillatorische Relativbewegung zwischen der oszillierenden Siebstufe 7 und der in axialer Richtung unbeweglichen Schubbodenvorrichtung 9 mit Vorbeschleunigungstrichter 12. Die oszillatorische Bewegung der Siebstufe 7 erfolgt bevorzugt über eine Schubstange 21, wobei in einer ersten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung mit einem äusseren Ringbereich 92 der auf der Siebstufe 7 abgelagerte Feststoffkuchen 3 in Ringabschnitten, deren Breite durch die Hublänge der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 bestimmt ist, von der Siebstufe 7 zur Siebtrommel 6 geschoben wird, und in einer zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung durch die Siebstufe 7 ein am äusseren Rand der Siebtrommel 6 abgelagerter Ringabschnitt von Feststoffkuchen 3 aus der Siebtrommel 6 herausgeschoben wird. Während der zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung entsteht gleichzeitig der Leerraum 11 in der Siebstufe 7, so dass in den Leerraum 11 neues Gemisch einbringbar ist.
Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge 1 ist es dabei, dass bereits ein Teil der Flüssigphase 4 im Vorbeschleunigungstrichter 12 vom Gemisch 2 abtrennbar ist und das Gemisch 2 im Vorbeschleunigungstrichter 12 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist, so, dass das von der Einspeiseeinrichtung 10 eingebrachte Gemisch 2 vor Erreichen der Siebstufe 7 auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigbar ist. Dadurch muss einerseits nicht die gesamte Menge an Flüssigphase 4, die im Gemisch 2 enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel 6 beschleunigt werden, da ein Teil der Flüssigphase 4 bereits über das Vorbeschleunigungssieb 12 abgeschieden und direkt durch die Sieböffnungen 61, 71 aus Siebtrommel 6 abscheidbar ist. Somit sind auch Gemische 2 mit einem sehr hohen Gehalt an Flüssigphase 4 problemlos verarbeitbar. Insbesondere ist so auch bei hohem Gehalt an Flüssigphase 4 stets eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs 2 über die Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 bzw. der Siebtrommel 6 gewährleistet. Insbesondere sind selbst bei sehr hohen Konzentrationen an Flüssigphase 4 im Gemisch 2 zusätzliche Einrichtungen zur Vorentwässerung, wie zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder Hydrozyklone überflüssig. Dabei können auch kleinste im Gemisch 2 enthaltene Patrikel durch den Effekt der Vorfiltrierung viel effektiver vom Feststoffkuchen 3 abschieden werden.
Ausserdem wird dadurch, dass das Vorbeschleunigungssieb 12 einen Vorbeschleunigungswinkel β aufweist, der kleiner als 90 ° ist, im Vorbeschleunigungssieb 12 die Fliessgeschwindigkeit des Gemischs 2 im Vergleich zur Geschwindigkeit im freien Fall in Richtung zur Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 gezielt einstellbar, so dass das Gemisch 2 im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters 12 mit zunehmender Annäherung an den äusseren Ringbereich 92 sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung der Siebtrommel 6 allmählich beschleinigbar ist. Das heisst, das Gemisch 2 wird im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs 12 auf besonders schonende Weise nach und nach auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt, um dann bei Erreichen der Umfangsfläche 72 schliesslich die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 zu erreichen.
Der Wert des Vorbeschleunigungswinkels β des Vorbeschleunigungstrichters 12, sowie der Wert eines Öffnungswinkels α eines später noch zu beschreibenden Einlauftrichters 16 kann dabei in Bezug auf die Drehachse 5 beispielsweise zwischen 0° und 45° liegen, im einzelnen zwischen 0° und 10°oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35°. Selbstverständlich ist es im speziellen auch möglich, dass der Wert des Öffnungswinkels α und / oder des Vorbeschleunigungswinkels β grösser als 45° ist.
Ganz generell kann festgestellt werden, dass in der Regel in Bezug auf die Drehachse 5 ein eher spitzer Winkel von Vorteil ist, wobei ein optimaler Wert des entsprechenden Öffnungswinkels α und / oder des Vorbeschleunigungswinkels β unter anderem vom Wert des Haftreibwinkels des zu entwässernden Gemischs 2 bestimmt ist.
Dadurch, dass das Gemisch 2, anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen, im Bereich des Vorbeschleuingungssiebs 12 nicht abrupt, d.h. in kürzester Zeit auf die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 beschleunigt wird, sind zum Beispiel Kornbruch und andere schädigende Einwirkungen auf das Gemisch 2 verhinderbar. Damit sind in der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1, insbesondere auch mechanisch sehr empfindliche Stoffe, auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Siebtrommel 6 verarbeitbar.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dargestellt, wobei das Vorbeschleunigungssieb 12 als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter 121 und einem Feinfilter 122 ausgestaltet ist. Das Gemisch 2 kann dadurch im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs 12 in zwei Stufen gefiltert werden. Die erste Filterstufe bildet der Grobfilter 121, welches im Gemisch enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobfilters 121 zurückhält, die so in den Leerraum 11 einbringbar sind. Der Feinfilter 122 hält entsprechend feinere Partikel zurück, die ebenfalls dem Leerraum 11 und damit dem Feststoffkuchen 3 zuführbar sind, während zumindest ein Teil der Flüssigphase 4, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, direkt durch eine Sieböffnung 61, 71 aus der Siebtrommel 6 abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorbeschleunigungssiebs 12 als Zweistufenfilter hat insbesondere den Vorteil, dass der Feinfilter 122 durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch 2 enthalten sein können, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter 122 beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
Für die Praxis ist es von besonderem Vorteil, wenn, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, am Gemischverteiler 8 eine Auffangvorrichtung 13 zum Abführen von Flüssigphase 4 vorgesehen ist, so dass ein Teil der Flüssigphase 4 bereits vor Erreichen der sehr schnell rotieren Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 aus der Siebstufe 7 entfernbar ist. Dieser Teil der Flüssigphase 4 wird nämlich nicht mehr auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtstufe 7 beschleunigt, was zu einer massiven Einsparung von Energie und zur Entlastung der Komponenten, insbesondere der rotierenden und / oder oszillierenden Komponenten der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 führt. Dadurch sind selbst Gemische 2 mit enorm hohem Anteil an Flüssigphase 4 verarbeitbar. Es versteht sich, dass auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das Vorbeschleunigungssieb 12 als Zweistufenfilter ausgebildet sein kann und die am Vorbeschleunigungssieb 12 abgeschiedene Flüssigphase 4 auch darstellungsgemäss nach rechts durch die offenen Seite der Siebtrommel 6 abführbar sein kann, indem sich zum Beispiel die Auffangeinrichtung 13 über den äusseren Ringbereich darstellungsgemäss nach rechts in die Siebstufe 7 erstreckt, von wo die am Vorbeschleunigungssieb 12 in die Auffangeinrichtung 13 abgeschiedene Flüssigphase 4 zum Beispiel durch geeignete, in Fig. 3 nicht gezeigte Vorrichtungen absaugbar ist.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 mit separat antreibbarem Vorbeschleunigungssieb 12 dargestellt. Das Vorbeschleunigungssieb 12 ist hier so ausgestaltet und angeordnet, dass das Vorbeschleunigungssieb 12 mittels eines Drehantriebs 14 um eine Rotationsachse 15 mit einer vorgebbaren Drehzahl rotierbar ist. Dabei kann die Rotationsachse 15, wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt, innerhalb der Schubstange 21 angeordnet und unabhängig von dieser durch den Drehantrieb 14 angetrieben werden. Zur Steuerung und / oder Regelung der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs 14 können geeignete, hier nicht dargestellte Mittel vorgesehen sein, um den Drehantrieb 14 beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 oder in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Gemischs oder anderer Faktoren zu steuern und / oder zu regeln.
Bevorzugt, aber nicht notwendig, kann dabei der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 beispielsweise in einer Richtung der Oszillationsbewegung mit einer anderen Drehgeschwindigkeit rotieren, als bei der entgegengesetzten Oszillationsbewegung. So kann beispielsweise beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 die Rotationsfrequenz des Vorbeschleunigungstrichters 12 so gewählt werden, dass der Vorbeschleunigungstrichter 12 synchron mit der äusseren Siebtrommel 6 rotiert, so dass zwischen dem äusseren Ringbereich 92 und dem Feststoffkuchen 3, der auf der Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 abgelagert ist, beim Verschieben keine Realtivbewegung bezüglich der Rotation um die Dreachse 5 vorliegt, während beim Rücklauf, also in der Phase der Osillationsbewegung in der der Leerraum 11 mit neuem Gemisch 2 beschickt wird, der Vorbeschleunigungstrichter 12 zum Beispiel langsamer rotiert als die äussere Siebtrommel 6 bzw. langsamer die Siebstufe 7.
In Fig. 5 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist bei Einspeiseeinrichtung 10 ein Einlauftrichter 16 zur Vorbeschleunigung des Gemischs 2 vorgesehen. Das Gemisch 2 gelangt durch die Einspeiseinrichtung 10 zunächst in den Einlauftrichter 16, der drehfest mit dem Gemischverteiler 8 verbunden ist, so dass der Einlauftrichter 16 synchron mit dem Gemischverteiler 8 rotiert. Dabei erstreckt sich der Einlauftrichter 16 in im wesentlichen axialer Richtung und konisch erweiternd zum Vorbeschleunigungssieb 12 hin, so dass das durch die Einspeiseeinrichtung 10 zugeführte Gemisch 2 direkt in den Einlauftrichter 16 gelangt. Dabei ist der Einlauftrichter 16 so ausgebildet und angeordnet, dass das Gemisch 2 beim Verlassen des Einlauftrichters 16 in das Vorbeschleunigungssieb 12 einspeisbar ist.
Dadurch, dass sich der Einlauftrichter 16 in Richtung zum Vorbeschleunigungssieb 12 hin im wesentlichen konisch erweiternd erstreckt und der Einlauftrichter 16 synchron mitrotiert, wird das Gemisch 2 bereits im Einlauftrichter 16 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigt, so dass das Gemisch 2 beim Eintreffen im Vorbeschleunigungssieb 12 bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Siebstufe 7 aufweist und so insgesamt noch schonender auf die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 beschleunigbar ist.
In den Fig. 5a und 5b ist beispielhaft und schematisch je ein Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters 12 dargestellt. Dabei ist in beiden Abbildungen zur Illustration je ein Vorbeschleunigungstrichter 12 dargestellt. Wie jedoch die Bezugszeichen 12, 16 und 17 in Fig. 2b andeuten, bezieht sich das in Fig. 2b gezeigte Beispiel für die Geometrie eines Trichters sowohl auf den Einlauftrichter 16 als auch auf den Vorbeschleunigungstrichter 12.
Fig. 5a zeigt einen Vorbeschleunigungstrichter 12 mit äusserem Ringbereich 92 zur Verschiebung eines Festoffkuchens 3. Der äussere Ringbereich 92 hat dabei eine vorgebbare Höhe a, die je nach zu verarbeitendem Gemisch 2 und / oder den Betriebsbedingungen, unter denen die erfindungsgemässe Schubzentrifuge 1 betrieben wird, ca. 1% bis 40% des Trommelradius r, bevorzugt ca. 5% bis 10%, insbesondere 5% bis 20% des Trommelradius r beträgt.
Dabei kann wie in Fig. 5b schematisch dargestellt, der Trichter 12, 16, 17 auch als mehrstufiger Trichter 12, 16, 17 ausgebildet sein, wobei der Trichter 12, 16, 17 zur Vorbeschleunigung des Gemischs 2 mehrere, unter verschiedenen Winkeln ϕ1, ϕ2 zueinander geneigte Teilflächen aufweisen kann, wobei die relative grösse der Teilfläche sowie ihre Neigungswinkel ϕ1, ϕ2 beispielsweise vom zu verarbeitenden Gemisch 2 oder von den Betriebsparametern der Schubzentrifuge 1 abhängen können. Dabei kann sowohl der Einlauftrichter 16, als auch der Vorbeschleunigungstrichter 12 gemäss Fig. 5b als mehrstufiger Trichter ausgebildet sein.
Insbesondere dann, aber nicht nur dann, wenn der Einlauftrichter 16 als Vorfiltersieb 17 zur Vorabscheidung von Flüssigphase 4 ausgebildet ist, kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter 16 einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungsswinkel α des Einlauftrichters 16 wie in den Fig. 5c und 5d schematisch dargestellt, in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin vergrössert oder verkleinert. Es ist nämlich bekannt, dass unterschiedliche Gemische 2 unter sonst gleichen Betriebsbedingungen der Schubzentrifuge 1, beispielsweise in Abhängigkeit von der Korngrösse und / oder der Viskosität und / oder anderer Eigenschaften oder Parameter, wie zum Beispiel der Temperatur des Gemischs 2, unterschiedlich gut entwässerbar sind.
Liegt beispielsweise ein Gemisch 2 vor, das bei gegebenen Betriebsparametern relativ leicht zu entwässern ist, kann es von Vorteil sein, dass der Einlauftrichter 16 bzw. das Vorfiltersieb 17 einen gekrümmten Verlauf hat, wobei sich der Öffnungswinkel α des Vorfiltersiebs 17 in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin vergrössert. Ein solches spezielles Ausführungsbeispiel eines Einlauftrichters 16 ist in Fig. 5c schematisch dargestellt. Das heisst, der Einlauftrichter 16 bzw. das Vorfiltersieb 17 erweitert sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 ähnlich wie das Horn einer Trompete. Damit wird die Abtriebskraft, mit der das Gemisch 2 aus dem Einlauftrichter 16 beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung 9 überproportional grösser, so dass das Gemisch 2, das bereits im Vorfiltersieb 17 relativ stark entwässerbar ist und damit schlechte Gleiteigenschaften im Vorfiltersieb 17 zeigt, schneller das Vorfiltersieb 17 verlassen kann, als beispielsweise bei einem im wesentlichen sich konusförmig, mit konstantem Öffnungswinkel α sich erweiterndem Vorfiltersieb 17.
Andererseits können auch Gemische 2 vorliegen, die bei gegebenen Betriebsparametern relativ schlecht zu entwässern sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, einen Einlauftrichter 16 bzw. ein Vorfiltersieb 17 mit einem gekrümmten Verlauf einzusetzen, wobei sich der Öffnungswinkel α des Vorfiltersiebs 17 in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin verkleinert. Das hat zur Folge, dass die Abtriebskraft, mit der das Gemisch 2 aus dem Einlauftrichter 16 beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung 9 langsamer zunimmt, als beispielsweise bei einem sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel α konisch erweiternden Einlauftrichter 16. Dadurch entsteht im Vorfiltersieb 17 eine gewisse Stauwirkung, so dass das Gemisch 2 länger im Vorfiltersieb 17 verbleibt und daher bereits im Vorfiltersieb 17 zu einem höheren Grad entwässerbar ist.
Ganz analog zu dem vorher gesagten kann selbstverständlich auch der Vorbeschleunigungstrichter 12 bzw. das Vorbeschleunigungssieb 12 einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Vorbeschleunigungswinkel β des Vorbeschleunigungstrichters 12 in Richtung zur Einspeiseeinrichtung 10 hin vergrössert oder verkleinert.
Bevorzugt kann dabei der Einlauftrichter 16, wie in Fig. 6 dargestellt, als Vorfiltersieb 17 zur Vorabscheidung von Flüssigphase 4 aus dem Gemisch 2 ausgebildet sein. Dabei sind bevorzugt Auffangmittel 18 zur Sammlung und Ableitung von vom Vorfiltersieb 17 abgeschiedener Flüssigphase 4 vorgesehen. Dabei kann die Flüssigphase 4 beispielsweise durch Öffnungen in der Schubbodenvorrichtung 9 in einen vom Feststoffkuchen 3 getrennten Bereich der Siebstufe 7 abgeleitet und dann durch die Sieböffnungen 61, 71 aus der Siebtrommel 6 abgeführt werden, oder die Flüssigphase 4 kann analog zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt aus der Siebtrommel abgeführt werden, so dass dieser Teil der Flüssigphase nicht mehr auf die Umfangsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 bzw. der Siebtrommel 6 beschleunigt wird.
Bei dem in Fig. 6a dargestellten Ausführungsbeispiel einer mehrstufigen Schubzentrifuge 1 ist der Einlauftrichter 16 als Vorfiltersieb 17 ausgestaltet und mittels einer oder mehrerer Befestigungsstützen 22 an der Siebtrommel 6 angeordnet. Die Befestigungsstützen 22 sind dabei bevorzugt in Form von geeignet geformten Speichen 22, dünnen Stangen 22 oder Rohren 22 ausgebildet, so dass im Betriebszustand der Feststoffkuchen 3 problemlos aus der Siebstufe 7 bzw. aus der Siebtrommel 6 entfernbar ist. Dabei ist mindestens eine der Befestigungsstützen 22 so ausgebildet und an einem äusseren Rand der Siebtrommel 6 angeordnet, dass die im Auffangmittel 18 gesammelte Flüssigphase 4 durch die Befestigungsstütze 22 in eine Sieböffnung 61 der Siebtrommel 6 beförderbar ist und durch die Sieböffnung 61 aus der Siebtrommel 6 abscheidbar ist. Dabei können selbstverständlich auch an der Befestigungsstütze 22 selbst an geeigneter Stelle Öffnungen zur Abführen von Flüssigphase 4 vorgesehen sein.
Selbstverständlich kann je nach Ausführungsform der erfindungsgemässen Schubzentrifuge 1 bzw. je nach Anforderung das Vorfiltersieb 17 mittels einer oder mehrerer Befestigungsstützen 22 auch an einer Siebstufe 7 angeordnet sein oder sogar an mehreren Siebstufen 7 oder an einer Siebstufe 7 und an der Siebtrommel 6 angeordnet sein, wobei die entsprechenden Trommeln bevorzugt keine oszillatorische Relativbewegung gegeneinander ausführen.
Bevorzugt, aber nicht notwendig, kann dabei der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 beispielsweise in einer Richtung der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 mit einer anderen Drehgeschwindigkeit rotieren, als bei der entgegengesetzten Oszillationsbewegung der Siebstufe 7. So kann beispielsweise beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 die Rotationsfrequenz des Vorbeschleunigungstrichters 12 so gewählt werden, dass der Vorbeschleunigungstrichter 12 synchron mit der Siebstufe 7 rotiert, so dass zwischen dem äusseren Ringbereich 92 und dem Feststoffkuchen 3, der auf der Umfangsfläche der Siebstufe 7 abgelagert ist, beim Verschieben keine Relativbewegung bezüglich der Rotation um die Drehachse 5 vorliegt, während beim Rücklauf, also in der Phase der Osillationsbewegung in der der Leerraum 11 mit neuem Gemisch 2 beschickt wird, der Vorbeschleunigungstrichter 12 zum Beispiel langsamer rotiert als die Siebstufe 7.
In Fig. 6b ist schliesslich ein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6a mit einem Blindboden 911 schematisch dargestellt, wobei das Vorbeschleunigungssieb 12 der Übersichtlichkeit halber nicht als Zweistufensieb dargestellt ist. Selbstverständlich kann auch hier sowohl das Vorbeschleunigungssieb 12, als auch das Vorfiltersieb 17 als Ein-, Zwei- oder Mehrstufensieb ausgestaltet sein.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6b weist einen als Blindboden 911 ausgestalteten äusseren Ringbereich 92 auf, der synchron mit der äusseren Siebtrommel 6 rotiert, jedoch vom Vorbeschleunigungstrichter 12 bezüglich der Rotationsbewegung entkoppelt ist, so dass der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 mit einer anderen Drehzahl als der Blindboden 911 um die Drehachse 5 rotierbar ist. Dazu kann, wie in Fig. 6b schematisch dargestellt, der Blindboden 911 über mindestens eine Befestigungsstrebe 912 drehfest mit der äusseren Siebtrommel 6 verbunden sein, wobei die Befestigungsstrebe 912 durch eine geeignet plazierte Öffnung 70 in der Siebstufe 7 geführt ist, so dass die Befestigungsstrebe 912 von der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 entkoppelt ist. Selbstverständlich ist das Ausführungsbeispiel gemäs Fig. 6b auch auf höherstufige als zweistufige Schubzentrifugen 1 analog übertragbar.
Die Vorteile der Ausführungsvariante gemäss Fig. 6b liegen auf der Hand. Einerseits ist der Vorbeschleunigungstrichter 12 völlig unabhängig von der Drehzahl der äusseren Siebtrommel 6 mit einer auf das zu verarbeitende Gemisch 2 abstimmbaren Rotationsfrequenz antreibbar und andererseits rotiert der Blindboden 911, der den Feststoffkuchen 3 in axialer Richtung transportiert mit der gleichen Drehzahl wie die Siebtrommel 6 bzw. die Siebstufe 7, so dass zwischen Blindboden 911 und Siebstufe 7 bezüglich der Rotation um die Drehachse 5 keine Relativbewegung stattfindet. Selbstverständlich kann auch in diesem Fall die Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise in Abhängigkeit von einem momentanen Betriebszustand der Schubzentrifuge 1, wie oben bereits beschrieben, variierbar sein.
Wie in Fig. 7 beispielhaft dargestellt kann das Vorfiltersieb 17 selbstverständlich auch als Zweistufensieb mit einem Grobsieb 171 und einem Feinsieb 172 ausgestaltet sein. Die erste Filterstufe bildet das Grobsieb 171, welches im Gemisch 2 enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobsiebs 171 zurückhält. Das Feinsieb 172 hält entsprechend feinere Partikel zurück, während zumindest ein Teil der Flüssigphase 4, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, aus der Siebstufe 7 direkt abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorfiltersiebs 17 als Zweistufensieb hat insbesondere den Vorteil, dass das Feinsieb 172 durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch 2 enthalten sein können, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass das Feinsieb 172 beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
In der Praxis kann es von grosser Wichtigkeit sein, den Beschleunigungsvorgang selbst bzw. die Rotationsgeschwindigkeit, auf die das Gemisch 2 im Einlauftrichter 16 beschleunigbar ist, gezielt zu kontrollieren. Das ist beispielsweise mit der in Fig. 8 dargestellten weiteren Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 erreichbar. Bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 8 ist der Einlauftrichter 16 vom Gemischverteiler 8 mechanisch entkoppelt. Zur Steuerung und / oder Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Einlauftrichters 16 ist dieser mit einer separaten Antriebsachse 19 drehfest verbunden und über die Antriebsachse 19 mittels eines Antriebs 20 unabhängig von der Siebtrommel 6 mit einer vorgebbaren Rotationsfrequenz antreibbar. Dabei können geeignete, hier nicht dargestellte, Mittel vorgesehen sein, um den Antrieb 20 beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 zu steuern und / oder zu regeln.
Es versteht sich darüber hinaus von selbst, dass die zuvor erläuterten und in den Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsvarianten auch beliebig miteinander zu weiteren Ausführungsbeispielen kombinierbar sind, um speziellen Anforderungen in der Praxis gerecht zu werden.
Durch Einsatz der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge kann das eingebrachte Gemisch durch das an der Schubbodenvorrichtung angeordnete Vorbeschleunigungssieb auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit vorbeschleunigt werden, so dass das Gemisch beim Auftreffen auf die Siebtrommel nicht in kürzester Zeit von einer Umfangsgeschwindigkeit Nahe bei null auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der inneren Siebstufe beschleunigt wird. Dadurch ist unter anderem Kornbruch vermeidbar, so dass insbesondere auch Substanzen, die besonders empfindlich auf abrupte Änderungen einer Zentrifugalbeschleunigung reagieren, unter Einhaltung höchster Qualitätsansprüche verarbeitet werden.
In den verschiedenen bevorzugten Ausführungsvarianten können darüber hinaus insbesondere auch besonders niedrigere Einlaufkonzentrationen verarbeitet werden, die beispielsweise 50% oder 70% oder 80% oder gar mehr als 90% Anteil an Flüssigphase entsprechen, da ein erheblicher Teil der im Gemisch enthaltenen Flüssigphase bereits im Vorbeschleunigungssieb abgetrennt wird. Insbesondere durch zusätzlichen Einsatz des Vorfiltersiebs ist es möglich, Gemische mit fast beliebig grossem Flüssigkeitsgehalt zu verarbeiten, ohne dass das Gemisch in aufwendigen Verfahren voreingedickt werden muss. So ist auch bei hohem Flüssigkeitsgehalt stets gewährleistet, dass eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über die innere Umfangsfläche der inneren Siebstufe bzw. der Siebtrommel erfolgt. Damit werden einerseits sehr schädliche Vibrationen der Siebtrommel und damit der vorzeitige Verschleiss von Lagern und Antrieb verhindert und Sicherheitsproblemen im Betrieb wird wirksam vorgebeugt. Darüber hinaus werden Probleme beim Waschen des Feststoffkuchens durch dessen ungleichmässige Verteilung über die Umfangsfläche der Siebtrommel weitestgehend vermieden. Der Einsatz von sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ sehr aufwendiger Vorentwässerungssysteme wird ebenfalls vermieden, was selbstverständlich zu erheblichen Kostenersparnissen im Betrieb führt.
Bei Einsatz der zuvor erwähnten Filtersysteme muss auch nicht mehr die gesamte Menge an Flüssigphase, die mit dem Gemisch zugeführt wird, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden. Das ist insbesondere mit Blick auf den Energieverbrauch der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge äusserst günstig und beeinflusst darüber hinaus das Betriebsverhalten der Zentrifuge insgesamt deutlich positiv.
Durch entsprechende unterschiedliche Ausgestaltung der verschiedenen Filterflächen bzw. durch den Einsatz des Vorbeschleunigungstrichters und / oder des Einlauftrichters mit eigenem Antrieb ist es möglich, auch mechanisch sehr empfindliche Gemische, selbst bei hohen Drehzahlen der Siebtrommel unter Einhaltung höchster Qualitätsstandarts zu verarbeiten.

Claims (15)

  1. Mehrstufige Schubzentrifuge zur Trennung eines Gemischs (2) in einen Feststoffkuchen (3) und in eine Flüssigphase (4), umfassend, eine um eine Drehachse (5) rotierbare äussere Siebtrommel (6) und mindestens eine in der äusseren Siebtrommel (6) angeordnete Siebstufe (7), einen in der Siebtrommel (6) angeordneten Gemischverteiler (8) mit einer Schubbodenvorrichtung (9), wobei entweder die Siebstufe (7) oder die Schubbodenvorrichtung (9) entlang der Drehachse (5) hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen (3) mittels der Schubbodenvorrichtung (9) verschiebbar ist, und mit einer Einspeiseeinrichtung (10) mit welcher das Gemisch (2) über den Gemischverteiler (8) in einen Leerraum (11) einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens (3) durch die Schubbodenvorrichtung (9) entsteht, wobei die Schubbodenvorrichtung (9) einen Vorbeschleunigungstrichter (12) umfasst, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin erstreckt dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbeschleunigungstrichter (12) als Vorbeschleunigungssieb (12) ausgestaltet ist.
  2. Mehrstufige Schubzentrifuge nach Anspruch 1, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) sich unter einem im wesentlichen konstanten Vorbeschleunigungswinkel (β) konisch erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin erstreckt.
  3. Mehrstufige Schubzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Vorbeschleunigungswinkel (β) des Vorbeschleunigungstrichters (12) in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin vergrössert.
  4. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Vorbeschleunigungswinkel (β) des Vorbeschleunigungstrichters (12) in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin verkleinert.
  5. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorbeschleunigungssieb (12) als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter (121) und einem Feinfilter (122) ausgestaltet ist.
  6. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am Gemischverteiler (8) eine Auffangeinrichtung (13) zum Abführen von Flüssigphase (4) vorgesehen ist.
  7. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, ein Wert des Vorbeschleunigungswinkels (β) des Vorbeschleunigungssiebs (12) in Bezug auf die Drehachse (5) zwischen 0° und 45°, im speziellen zwischen 0° und 10° oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35° liegt.
  8. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Vorbeschleunigungssieb (12) mittels eines Drehantriebs (14) um eine Rotationsachse (15) mit einer vorgebbaren Drehzahl rotierbar ist.
  9. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Einspeiseeinrichtung (10) ein Einlauftrichter (16) angeordnet ist, der sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel (α) konisch erweiternd in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin erstreckt.
  10. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungswinkel (α) des Einlauftrichters (16) in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin vergrössert.
  11. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungswinkel (α) des Einlauftrichters (16) in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin verkleinert.
  12. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) als Vorfiltersieb (17) zur Vorabscheidung von Flüssigphase (4) aus dem Gemisch (2) ausgebildet ist.
  13. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorfiltersieb (17) als Zweistufensieb mit einem Grobsieb (171) und einem Feinsieb (172) ausgestaltet ist.
  14. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher Auffangmittel (18) zur Sammlung und Ableitung der Flüssigphase (4) aus dem Vorfiltersieb (17) vorgesehen sind.
  15. Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) um eine Antriebsachse (19) drehbar angeordnet und mittels eines Antriebs (20) mit einer vorgebbaren Drehzahl um die Antriebsachse (19) rotierbar ist.
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