EP1981643A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Vollmantel-schneckenzentrifuge und verfahren zu deren betrieb

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Publication number
EP1981643A1
EP1981643A1 EP07704430A EP07704430A EP1981643A1 EP 1981643 A1 EP1981643 A1 EP 1981643A1 EP 07704430 A EP07704430 A EP 07704430A EP 07704430 A EP07704430 A EP 07704430A EP 1981643 A1 EP1981643 A1 EP 1981643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drum
separation space
discharge
screw
space
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.)
Withdrawn
Application number
EP07704430A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Horbach
Tore Hartmann
Knud SCHÖNEBERG
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.)
GEA Mechanical Equipment GmbH
Original Assignee
Westfalia Separator GmbH
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 Westfalia Separator GmbH filed Critical Westfalia Separator GmbH
Publication of EP1981643A1 publication Critical patent/EP1981643A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2041—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl with baffles, plates, vanes or discs attached to the conveying screw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2083—Configuration of liquid outlets

Definitions

  • the invention relates to a solid bowl screw centrifuge according to the preamble of claim 1 and a method for its operation.
  • a solid bowl centrifuge - also called a decanter - is provided with a rotatable drum which has a cylindrical and a tapered, usually conical, section.
  • a screw is arranged, which rotates in operation at a differential speed relative to the drum.
  • Such a construction shows e.g. DE 43 20 265 A1.
  • the distance between a weir for remplisstechniksaustrag and a throttle plate can be changed.
  • the concomitant change in the discharge cross section causes a change in the liquid level in the centrifugal drum, so that a stepless adjustment of this liquid level by moving the throttle plate is possible.
  • the mechanical conveyance through the screw is based essentially on the transmission of power by the internal friction.
  • the extent to which mechanical promotion is possible therefore depends on the theological properties of the solid mass.
  • Fig. 2 schematically illustrates the shearing motion in a solid as a function of an applied shear stress.
  • One of the curves describes a purely Newtonian behavior in which a constant ratio between shear stress and shear rate (viscosity) is given over the entire considered range. Deviating from this, the other curve shown, for example, a basic thrust, which must first be exceeded before a Shearing movement begins. The higher the viscosity of a substance, the better it can be mechanically challenged. On the other hand, difficulties occur in the solids discharge when the phase to be discharged is particularly low in viscosity.
  • the invention is particularly suitable.
  • the invention has the object, in this context, to provide a solid bowl screw centrifuge and a method for operating the solid bowl screw centrifuges, which allow the discharge even relatively low-viscosity solids.
  • the invention also provides a simple method for operating the centrifuge according to the invention. This is specified in claim 14.
  • the separation space i. The space in which the separation or clarification takes place, a pressure superimposed, which deviates from the ambient pressure, depending on this deviation in the conical discharge space will adjust an internal diameter of the solid, because the liquid discharge is so hermetically sealed against the ambient pressure that in interaction with the baffle plate - the inner diameter of the pond in the area of the separation space remains unchanged during a pressure increase in stationary operation.
  • This is not the case in the generic US 3,885,734, because here is the separation space at the liquid discharge in the manner of communicating tubes with the ambient pressure in connection, so that shifts in pressure increase the liquid level in the separation chamber, with the result that the solids discharge is not permanent in Operation is improved.
  • the sealing of the liquid discharge takes place via a paring disc or via another seal - for example a hydro-thermal chamber, which is designed such that the pressure drop does not lead to a mirror displacement in the separation space.
  • the device for acting on the separation space with a gas on a supply line into the separation space which opens in operation at a radius in the separation space, which is smaller than the radius of the liquid level during operation.
  • the gas may be compressed air (in particular also sterile air) or e.g. to act on nitrogen.
  • the invention is supplemented by an optional measurement of the torque between the drum and screw, which represents a measure of the solids filling level in the decanter.
  • This signal is supplied to the pressure control unit and evaluated and used as a control signal for a target value of the overlay pressure.
  • the differential speed between worm and drum remains constant. This can be dispensed with a secondary drive to change the differential speed. This remains rather constant. The actual control of the process, however, takes place in a simple manner by a variation of the pressure in the separation space.
  • the pressure in the separation space is measured via a further line.
  • the solids discharge quantity is controlled or regulated in a simple manner by means of variation of the pressure in the separation space.
  • Fig. 1 shows a section through a schematically illustrated inventive
  • Fig. 2 is a diagram for illustrating the shear behavior of solid masses.
  • Fig. 1 shows a solid bowl screw centrifuge 1 with a drum 3 with a horizontal axis of rotation D, in which a screw 5 is arranged.
  • the worm also has a substantially cylindrical section 3a and a conically tapering section 3b.
  • An axially extending centric inlet pipe 7 serves to feed the centrifugal material P via a distributor 9, which is perpendicular to the inlet pipe 7, into the centrifugal space 11 between the screw 5 and the drum 3, wherein the distributor 9 has a liquid inlet 38 into the centrifugal space 11. If, for example, a muddy slurry is fed into the drum 3, solid particles settle on the drum wall. Further inward, a liquid phase forms.
  • the bearing with the bearing 6 screw 5 rotates at a slightly lower or greater speed than the drum 3 and promotes the ejected solid S to the conical section towards a solids discharge 13th
  • the liquid L flows toward the larger drum diameter at the rear end of the cylindrical portion of the drum 3 and is there through a weir
  • the paring disc 19 can be arranged directly on the stationary in operation inlet pipe 7, wherein between peeling disk 19 and inlet pipe 7, for. a sealed gap-free arrangement can be realized.
  • the liquid discharge is thus formed sealed against the ambient pressure.
  • the screw 5 in front of the solids discharge 13 on a plunger 23, extending from the screw 5 radially outwardly into the
  • Centrifugal space 11 extends and immersed in the liquid level Rl.
  • the plunger 23 is suitably mounted axially on the solids end of the cylindrical portion of the drum. It separates the entire drum space into a separation space 25 between the liquid discharge (Peeling disk 19) and the immersion disk 11 and a discharge space 27 between the solids discharge 13 and the immersion disk 11.
  • the exchange disc 23 can also be mounted in the conical section. It is essential that they are between the solids discharge 13 and the liquid feed
  • Their diameter or radius should also be greater than the radius R4, to which the solids discharge 13 extends to a maximum extent.
  • the outer contour of the immersion disk 23 forms, with the inner wall of the drum, an annular gap, the so-called plunger gap 29, through which the solid material passes from the separation space 25 to the solids discharge 13.
  • the liquid-side end of the separation chamber 25 is sealed against the environment, which can be realized, for example, by the inner peeling disk 19 with discharge diameter R3 or a hydrohermetic (not shown) to prevent a free gas exchange between the separation chamber 25 and the environment.
  • the separation space 25 in which the separation takes place is hermetically sealed against the surroundings or the surrounding atmosphere.
  • the device for pressurizing the separation space 25 with a gas has a supply line 31 leading from the outside into the centrifuge - here, for example, a bore parallel to the inlet pipe 7 on its outer circumference, which allows the supply of a gas, for example, from a pressure control unit 33 into the separation space 25.
  • Another line 35 allows a measurement of the pressure P in the separation space 25 by means of a suitable measuring device, which may be integrated into the pressure control unit 33.
  • the pressure control unit 33 is in turn connected to a control or regulating device 37 for controlling or regulating the decanter.
  • the supply line 31 allows in the simplest way a variation of the pressure in the separation space 25 of the drum.
  • annular suspension pond is formed.
  • the liquid discharge is thus hermetically sealed against the ambient pressure so that the inner diameter Rl of the pond in the region of the separation space 25 remains unchanged at a pressure increase. It essentially corresponds to the regulatory diameter. In the conical discharge space 27, however, the ambient pressure is given.
  • an internal diameter R2 of the solids phase will be set in dependence on this deviation in the conical discharge space 27. If this inner diameter R2 is smaller than the solids discharge diameter R4 (ie the diameter at which the solids discharge openings are located), a solids discharge also occurs in a very low-viscosity liquid phase.
  • the Konizticianswinkel ⁇ between the longitudinal axis (or approximately the axis of rotation D) of the drum and the conical section 3b is preferably 10 ° to 90 °, preferably more 15 °, in particular more than 30 °.
  • a relatively large conicity angle is therefore advantageous or possible with a conical design, which has the advantage that the drum builds very short axially.
  • 90 ° would from the section conical a very cylindrical drum, which is to be taken as a limiting case with the wording of the claims.

Abstract

Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer drehbaren Trommel (3) mit einer horizontalen Drehachse, die einen Schleuderraum (11) umgibt, der sich vorzugsweise zumindest abschnittsweise verjüngt, einer in der Trommel (3) angeordneten, mit einer Differenzdrehzahl zur Trommel (3) drehbaren Schnecke (5), wenigstens einem gegen die Umgebung abgedichteten Flüssigkeitsaustrag (19), wenigstens einem Feststoffaustrag (13), vorzugsweise im sich verjüngenden Bereich der Trommel, und einer Tauchscheibe (23) auf der Schnecke (5), die zwischen dem Flüssigkeitszulauf (38) und dem Feststoffaustrag (13) liegt und den Trommelinnenraum bzw. Schleuderraum (11) in einen Austragsraum (27) zwischen der Tauchscheibe (23) und dem Feststoffaustrag und einen Separationsraum (25) zwischen der Tauchscheibe (23) und dem Flüssigkeitsaustrag (19) unterteilt, und mit einer Einrichtung (31, 33) zur Beaufschlagung des Separationsraumes (25) mit einem Gas.

Description

Vollmantel-Schneckenzentrifuge und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb.
Eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge - auch Dekanter genannt - ist mit einer drehbaren Trommel versehen, die einen zylindrischen und einen sich verjüngenden, in der Regel konischen, Abschnitt aufweist. In der Trommel ist eine Schnecke an- geordnet, die im Betrieb mit einer Differenzdrehzahl relativ zur Trommel rotiert.
In der Dekantertrommel wird eine Zugabesuspension infolge der Zentrifugalwirkung in eine flüssige Phase und eine Feststoff-Phase getrennt. Dabei bewegt sich der Feststoff nach außen zur Trommelinnenwand und bildet dort eine kreisringför- mige Schicht. Durch die Differenzbewegung zwischen Trommel und Schnecke kommt es zu einer Feststoff-Förderung, die im zylindrischen Teil der Trommel rein axial ist. Im konischen Teil der Trommel ist auch eine radiale Förderung entgegen der wirkenden Zentrifugalkraft erforderlich.
Eine derartige Konstruktion zeigt z.B. die DE 43 20 265 Al. Durch Verdrehen einer Gewindebuchse kann bei der in dieser Schrift gezeigten Konstruktion der Abstand zwischen einem Wehr zum Flüssigkeitsaustrag und einer Drosselscheibe verändert werden. Die damit einhergehende Veränderung des Abflussquerschnittes bewirkt eine Änderung des Flüssigkeitspegels in der Schleudertrommel, so dass ei- ne stufenlose Einstellung dieses Flüssigkeitspegels durch Verschieben der Drosselscheibe möglich ist.
Aus der DE 198 30 653 Cl ist es bekannt, den Flüssigkeitsaustrag einer offenen Vollmantel-Schneckenzentrifuge mittels einer Schälscheibe zu realisieren, der eine Labyrinthdichtung nachgeschaltet ist, um Produkttröpfchen zur Schälscheibe zurück zu leiten. Nach dieser Konstruktion ist keine Abdichtung gegenüber dem Außenraum erforderlich. Eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge, deren Produktraum nach außen abgedichtet ist, offenbart die DE 102 23 802 B4. Eine Sperrkammer mit Sperrflüssigkeitszufuhr in Kombination mit einer Tauchscheibe und einer Siphonscheibe ermöglicht in die- ser Konstruktion eine Abdichtung des Schleuderraumes gegen die umgebende Atmosphäre. Die Konstruktion hat sich zwar an sich bewährt, sie ist jedoch nur bedingt zur Verarbeitung von Produkten geeignet, bei denen der auszutragende Feststoffbzw, die am konischen Ende auszutragende Phase relativ niedrigviskos ist.
Zum Stand der Technik werden noch die DE 40 33 012 Al und die DE 30 22 148 Al genannt.
Es ist zudem bekannt, bei einigen Bauformen von Dekantern das für die Förderung notwendige Drehmoment zwischen Schnecke und Trommel zu messen und als In- dikator für die Menge des in der Trommel befindlichen Feststoffes zu verwenden. Bei entsprechender Ausstattung des Dekanters (Zweigetriebe-Antrieb oder vergleichbar) ist es dann möglich, die Differenzdrehzahl in Abhängigkeit des gemessenen Drehmomentes derart zu regeln, daß sich ein weitgehend konstanter Feststoff-Füllgrad im Dekanter einstellt.
Die mechanische Förderung durch die Schnecke beruht im Wesentlichen auf der Kraftübertragung durch die innere Reibung. Inwieweit eine mechanische Förderung möglich ist, hängt deshalb von den Theologischen Eigenschaften der Feststoffmasse ab.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Scherbewegung in einem Feststoff in Abhängigkeit von einer anliegenden Schubspannung. Eine der Kurven beschreibt ein rein newtonsches Verhalten, bei dem über dem gesamten betrachteten Bereich ein konstantes Verhältnis zwischen Schubspannung und Scherrate (Viskosität) gegeben ist. Hiervon abweichend weist die andere dargestellte Kurve beispielsweise eine Grundschubspannung auf, die zunächst überschritten werden muß, bevor eine Scherbewegung einsetzt. Je höher die Viskosität eines Stoffes ist, desto besser lässt er sich mechanisch fordern. Umgekehrt treten Schwierigkeiten beim Feststoffaus- trag auf, wenn die auszutragende Phase besonders niedrigviskos ist.
Hat der Feststoff eine niedrige Viskosität, kann dies u.U. durch eine entsprechend hohe Differenzdrehzahl ausgeglichen werden. Dieses Verfahren führt aber zu anderen Nachteilen, die oft den Einsatz eines Dekanters bei derartigen Trennaufgaben erschweren. Beispiele hierfür sind Gewinnung von Pektinen - Gewinnung von Lysin
Eindickung von Überschuß-Schlamm Bier-Rückgewinnung aus Hefetrab.
Für die Verarbeitung dieser Produkte ist die Erfindung besonders geeignet.
Betriebserfahrungen haben gezeigt, daß in diesen Anwendungen insbesondere die radiale Förderang im Konus gegen die Zentrifugalwirkung mechanisch kaum zu bewerkstelligen ist.
Zur Lösung des Problems des Austrags relativ dünnflüssiger Feststoffphasen wurde in der US 5,244,451 vorgeschlagen, im Bereich des Konus in die Feststoffphase Druckluft einzublasen, um die mittlere Dichte der Feststoffphase herabzusetzen. Dies führt dazu, dass der Feststoff nach innen und in Richtung der Festste ffaus- tragsöffnungen am konischen Ende der Trommel gedrückt wird. Nachteilig sind aus konstruktiver und verfahrentechnischer Sicht insbesondere die hohen aufzubringenden Drücke, die 10 bis 15 bar betragen.
In der gattungsgemäßen US 3,885,734 wird vorgeschlagen, den Separationsraum direkt mit einem Gas zu beaufschlagen. Hieran ist aber nachteilig, dass zwar viel- leicht kurzzeitig Feststoffe nach der Druckbeaufschlagung ausgetragen werden, dass aber im stationären Betrieb nicht ein konstant verbesserter Feststoffaustrag erreichbar ist. Die Erfindung hat vor diesem Hintergrund die Aufgabe, eine Vollmantel- Schneckenzentrifuge und ein Verfahren zum Betreiben der Vollmantel- Schneckenzentrifüge zu schaffen, die das Austragen auch relativ dünnflüssiger Feststoffe ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.
Mit der Erfindung wird auch ein einfaches Verfahren zum Betreiben der erfin- dungsgemäßen Zentrifuge geschaffen. Dieses ist im Anspruch 14 angegeben.
Wird dem Separationsraum, d.h. dem Raum in dem die Trennung oder Klärung erfolgt, ein Druck überlagert, der vom Umgebungsdruck abweicht, wird sich in Abhängigkeit von dieser Abweichung im konischen Austragsraum ein Innendurch- messer des Feststoffes einstellen, denn der Flüssigkeitsaustrag ist derart hermetisch gegen den Umgebungsdruck abgedichtet, dass - im Zusammenspiel mit der Stauscheibe - der Innendurchmesser des Teiches im Bereich des Separationsraumes bei einer Druckerhöhung im stationären Betrieb unverändert bleibt. Dies ist bei der gattungsgemäßen US 3,885,734 nicht der Fall, denn hier steht der Separationsraum am Flüssigkeitsaustrag nach Art kommunizierender Röhren mit dem Umgebungsdruck in Verbindung, so dass sich bei Druckerhöhung der Flüssigkeitsspiegel im Separationsraum verschiebt, was zur Folge hat, dass der Feststoffaustrag nicht dauerhaft im Betrieb verbessert wird. Bei der Erfindung erfolgt die Abdichtung des Flüssigkeitsaustrages dagegen über eine Schälscheibe oder über eine andere Ab- dichtung - beispielsweise eine Hydrohermetikkammer, die so ausgestaltet ist, dass die Druckbeauschlagung nicht zu einer Spiegelverschiebung im Separationsraum führt.
Ist dieser Innendurchmesser kleiner als der Feststoffaustragsdurchmesser der Trommel, wird auch niedrigviskoser Feststoff aus der Trommel gefördert. Ist er größer, erfolgt kein Feststoffaustrag. Um derart Feststoff abzuführen, ist es in der Regel lediglich notwendig, den Separationsraum mit einem Druck von 0 bis 10 bar, insbesondere 0,5 bar oder mehr, insbesondere 0,5 bis 5 bar, zu beaufschlagen.
Vorzugsweise weist die Einrichtung zur Beaufschlagung des Separationsraumes mit einem Gas eine Zuleitung in den Separationsraum auf, die im Betrieb auf einem Radius in den Separationsraum mündet, der kleiner ist als der Radius des Flüssigkeitsspiegels im Betrieb.
Bei dem Gas kann es sich um Druckluft (insbesondere auch Sterilluft) oder z.B. um Stickstoff handeln.
Vorteilhaft ergänzt wird die Erfindung durch eine optionale Messung des Drehmoments zwischen Trommel und Schnecke, das ein Maß für den Feststoff-Füllgrad im Dekanter darstellt. Dieses Signal wird der Drucksteuereinheit zugeführt und als Steuersignal für einen Sollwert des Überlagerungsdruckes ausgewertet und verwendet. Die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel bleibt dabei konstant. Damit kann auf einen Sekundärantrieb zur Veränderung der Differenzdrehzahl verzichtet werden. Diese bleibt vielmehr konstant. Die eigentliche Steuerung des Prozesses erfolgt dagegen auf einfache Weise durch eine Variation des Druckes im Separationsraum.
Besonders bevorzugt wird der Druck im Separationsraum über eine weitere Leitung gemessen.
In Weiterbildung bzw. Variation der Erfindung wird mittels Variation des Druckes im Separationsraum die Feststoffaustragsmenge auf einfache Weise gesteuert oder geregelt.
Besondere Vorteile der Erfindung in ihren Varianten sind damit: - Eine kontrollierte Dosierung der Feststoff-Förderung im Dekanter auch bei
Feststoffmassen, die sich mechanisch nicht oder nur schwer fördern lassen. Eine mögliche Kosteneinsparung durch Wegfall des Sekundärantriebes. Kein Einfluss der Feststoff-Förderung durch das sogenannte Leerlauf- Drehmoment, das von der hohen Differenzdrehzahl abhängig ist. Die Differenzdrehzahl und damit auch das Leerlauf-Drehmoment können vielmehr vorzugsweise konstant gehalten werden.
Es ist ein Feststoffabzug auf kleinem Durchmesser realisierbar. Die Beaufschlagung des Separationsraumes mit einem Gas bietet eine einfache und optionale Möglichkeit zur Überlagerung des Sedimentationsteiches mit einem Schutzgas.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Vollmantel-Schneckenzentrifuge; und
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Scherverhaltens von Feststoffmassen.
Fig. 1 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einer Trommel 3 mit einer horizontalen Drehachse D, in der eine Schnecke 5 angeordnet ist. Die Trommel 3 und u.U. auch die Schnecke weisen einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 3a und einen sich hier konisch verjüngenden Abschnitt 3b auf.
Ein sich axial erstreckendes zentrisches Einlaufrohr 7 dient zur Zuleitung des Schleudergutes P über einen hier zum Einlaufrohr 7 senkrechten Verteiler 9 in den Schleuderraum 11 zwischen der Schnecke 5 und der Trommel 3, wobei der Verteiler 9 einen Flüssigkeitszulauf 38 in den Schleuderraum 11 aufweist. Wird beispielsweise ein schlammiger Brei in die Trommel 3 geleitet, setzen sich an der Trommelwandung Feststoffpartikel ab. Weiter nach innen hin bildet sich eine Flüssigkeitsphase aus.
Die mit dem Lager 6 gelagerte Schnecke 5 rotiert mit einer etwas kleineren oder größeren Geschwindigkeit als die Trommel 3 und fördert den ausgeschleuderten Feststoff S zum konischen Abschnitt hin zu einem Feststoffaustrag 13.
Die Flüssigkeit L strömt dagegen zum größeren Trommeldurchmesser am hinteren Ende des zylindrischen Abschnittes der Trommel 3 und wird dort durch ein Wehr
15 in eine sich axial an den eigentlichen Schleuderraum anschließende Kammer 17 geleitet, in welcher eine Schälscheibe 19 zur Ableitung der Flüssigkeitsphase L angeordnet ist, die einen oder mehrere Ableitungskanal(kanäle) 21 aufweist, durch welchen die Flüssigkeitsphase L aus der Trommel 3 geleitet wird.
Die Schälscheibe 19 kann direkt auf dem im Betrieb stillstehenden Einlaufrohr 7 angeordnet sein, wobei zwischen Schälscheibe 19 und Einlaufrohr 7 z.B. eine abgedichtete spaltfreie Anordnung realisiert sein kann.
Der Flüssigkeitsaustrag ist damit gegen den Umgebungsdruck abgedichtet ausgebildet.
Vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen und dem konischen Abschnitt 3a, 3b weist die Schnecke 5 vor dem Feststoffaustrag 13 eine Tauchscheibe 23 auf, die sich von der Schnecke 5 aus radial nach außen in den
Schleuderraum 11 erstreckt und in den Flüssigkeitsspiegel Rl eintaucht.
Die Tauchscheibe 23 ist zweckmäßigerweise axial am feststoffseitigen Ende des zylindrischen Abschnittes der Trommel angebracht. Sie trennt den gesamten Trommelraum in einen Separationsraum 25 zwischen dem Flüssigkeitsaustrag (Schälscheibe 19) und der Tauchscheibe 11 und einen Austragsraum 27 zwischen dem Feststoffaustrag 13 und der Tauchscheibe 11.
Die Tauschscheibe 23 kann auch im konischen Abschnitt angebracht werden. We- sentlich ist, dass sie zwischen dem Feststoffaustrag 13 und dem Flüssigkeitszulauf
38 angeordnet wird.
Ihr Durchmesser bzw. Radius soll zudem größer sein als der Radius R4, bis zu dem sich der Feststoffaustrag 13 maximal erstreckt.
Die Außenkontur der Tauchscheibe 23 bildet mit der Innenwand der Trommel einen kreisringförmigen Spalt, den sog. Tauchscheibenspalt 29, durch den der Fest- stoff aus dem Separationsraum 25 zum Feststoffaustrag 13 gelangt. Das flüssig- keitsseitige Ende des Separationsraumes 25 ist gegen die Umgebung abgedichtet, was beispielsweise durch die innenliegende Schälscheibe 19 mit Ableitungsdurchmesser R3 oder eine Hydrohermetik (hier nicht dargestellt) realisierbar ist, um einen freien Gasaustausch zwischen dem Separationsraum 25 und der Umgebung zu verhindern. Durch die Kombination aus der Tauchscheibe 23 und dem abgedichteten Flüssigkeitsaustrag 19 wird der Separationsraum 25, in dem die Trennung erfolgt, damit hermetisch gegenüber der Umgebung bzw. der umgebenden Atmosphäre verschlossen.
Die Einrichtung zur Beaufschlagung des Separationsraumes 25 mit einem Gas weist eine von außen in die Zentrifuge führende Zuführleitung 31 - hier z.B. eine Bohrung parallel zum Einlaufrohr 7 an dessen Außenumfang auf, die das Zuleiten eines Gases z.B. aus einer Drucksteuereinheit 33 in den Separationsraum 25 ermöglicht. Eine weitere Leitung 35 ermöglicht eine Messung des Druckes P im Separationsraum 25 mittels einer geeigneten Messeinrichtung, die in die Drucksteuereinheit 33 integriert sein kann. Die Drucksteuereinheit 33 ist wiederum mit einer Steuerungs- oder Regeleinrichtung 37 zur Steuerung oder Regelung des Dekanters verbunden. Die Zuführleitung 31 ermöglicht auf einfachste Weise eine Variation des Druckes im Separationsraum 25 der Trommel.
Das System im Betrieb ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Im Separationsraum
25 bildet sich ein ringförmiger Suspensionsteich aus. Der Flüssigkeitsaustrag ist damit derart hermetisch gegen den Umgebungsdruck abgedichtet, dass der Innendurchmesser Rl des Teiches im Bereich des Separationsraumes 25 bei einer Druckerhöhung unverändert bleibt. Er entspricht im Wesentlichen dem Regulier- durchmesser. Im konischen Austragsraum 27 ist dagegen der Umgebungsdruck gegeben.
Wird jetzt der Separationsraum 25 über die Leitung 31 mit einem Druck beaufschlagt, der vom Umgebungsdruck abweicht, wird sich in Abhängigkeit von dieser Abweichung im konischen Austragsraum 27 ein Innendurchmesser R2 der Feststoffphase einstellen. Ist dieser Innendurchmesser R2 kleiner als der Feststoffaus- tragsdurchmesser R4 (also der Durchmesser, auf dem die Feststoffaustragsöffhun- gen liegen), erfolgt ein Feststoffaustrag auch einer sehr niedrigviskosen Flüssigkeitsphase.
Der Konizitätswinkel α zwischen der Längsachse (bzw. angenähert der Drehachse D) der Trommel und dem konischen Abschnitt 3b beträgt vorzugsweise 10° bis 90°, vorzugsweise mehr 15°, insbesondere mehr als 30° beträgt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist bei konischer Auslegung also ein relativ großer Konizi- tätswinkel vorteilhaft bzw. möglich, was den Vorteil hat, dass die Trommel axial sehr kurz baut. Im Grenzfall von 90° würde aus der abschnittsweise konischen eine ganz zylindrische Trommel, die hier als Grenzfall mit unter den Wortlaut der Ansprüche zu fassen ist. Bezugszeichenliste
Vollmantel-Schneckenzentrifüge 1
Lager 2
Trommel 3 zylindrischer Abschnitt 3a verjüngender Abschnitt 3b
Schnecke 5
Einlaufrohr 7
Verteiler 9
Schleuderraum 11
Feststoffaustrag 13
Wehr 15
Kammer 17
Schälscheibe 19
Ableitungskanal 21
Tauchscheibe 23
Separationsraum 25
Austragsraum 27
Tauchscheibenspalt 29
Zufuhrleitung 31
Drucksteuereinheit 33
Messleitung 35
Messeinrichtung 37
Flüssigkeitszulauf 38
Flüssigkeitsspiegel R1, R2, R3, R4
Schleudergut P
Flüssigkeitsphase L
Feststoffphase S
Drehachse D
Druck P

Claims

Ansprüche
1. Vollmantel-Schneckenzentrifüge mit a) einer drehbaren Trommel (3) mit einer horizontalen Drehachse, die einen
Schleuderraum (11) umgibt, der sich vorzugsweise zumindest abschnittsweise verjüngt, b) einer in der Trommel (3) angeordneten, mit einer Differenzdrehzahl zur
Trommel (3) drehbaren Schnecke (5), c) wenigstens einem Feststoffaustrag (13), vorzugsweise im sich verjüngenden Bereich der Trommel, und d) einer Tauchscheibe (23) auf der Schnecke (5), die zwischen dem Flüssigkeitszulauf (38) und dem Feststoffaustrag (13) liegt und den Trommelinnenraum bzw. Schleuderraum (11) in einen Austragsraum (27) zwi- sehen der Tauchscheibe (23) und dem Feststoffaustrag und einen Separationsraum (25) zwischen der Tauchscheibe (23) und dem Flüssigkeits- austrag (19) unterteilt, und mit e) einer Einrichtung (31, 33) zur Beaufschlagung des Separationsraumes (25) mit einem Gas, dadurch gekennzeichnet, dass der f) Flüssigkeitsaustrag (19) gegen die Umgebung so abgedichtet ist, dass der Innendurchmesser Rl des Teiches im Bereich des Separationsraumes (25) bei einer Druckbeaufschlagung unverändert bleibt.
2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Beaufschlagung des Separationsraumes (25) mit einem Gas eine Zuleitung (31) in den Separationsraum (25) aufweist, die im Betrieb auf einem Radius in den Separationsraum (25) mündet, der kleiner ist als der Radius der Flüssigkeitsspiegels (Radius Rl).
3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Beaufschlagung des Separationsraumes (25) mit einem Gas eine Drucksteuereinrichtung (33) aufweist, welche an die Zuleitung (31) angeschlossen ist.
4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Beaufschlagung des Separationsraumes mit einem Gas eine Messeinrichtung zugeordnet ist, welche über eine weitere Leitung oder Bohrung (35) in den Separationsraum (25) eine Messung des Druckes im Separationsraum (25) ermöglicht.
5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchscheibe (23) auf der Schnecke (2) zwischen dem Feststoffaustrag (13) und dem Flüssigkeitszulauf (38) in den Schleuderraum (11) angeordnet ist.
6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchscheibe (23) auf der Schnecke (2) im Ü- bergangsbereich zwischen dem konischen und dem zylindrischen Abschnitt der Trommel (3) angeordnet ist.
7. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchscheibe (23) einen Radius aufweist, der größer ist als der Radius (R4), bis zu dem sich der Feststoffaustrag (13) maximal erstreckt.
8. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkeitsseitige Ende des Separationsraumes (25) gegen die Umgebung abgedichtet ist.
9. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsaustrag mittels wenigstens einer
Schälscheibe (19) erfolgt.
10. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flüssigkeitsaustrag eine Hydrohermetikkam- mer vorgeschaltet ist.
11. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Abschnitt konisch ausgebildet ist.
12. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konizitätswinkel (α) zwischen der Längsachse der Trommel und dem konischen Abschnitt (3b) 10° bis 90°, vorzugsweise mehr 15°, insbesondere mehr als 30° beträgt.
13. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im konischen Austragsraum (27) der Umgebungsdruck gegeben ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer drehbaren Trommel (3) mit einer horizontalen Drehachse, die einen Schleuderraum (11) umgibt, einer in der Trommel (3) angeordneten, mit einer Differenzdrehzahl zur Trommel (3) drehbaren Schnecke (5), wenigstens einem gegen die Umgebung abgedichteten Flüssigkeitsaustrag (19), wenigstens einem Feststoff- austrag (13), vorzugsweise im sich verjüngenden Bereich der Trommel, und mit einer Tauchscheibe (23) auf der Schnecke (5), die zwischen dem Flüssigkeitszulauf (38) und dem Feststoffaustrag (13) liegt und den Trommelinnenraum bzw. Schleuderraum (11) in einen Austragsraum (27) zwischen der Tauchscheibe (23) und dem Feststoffaustrag (13) und einen Separationsraum (25) zwischen der Tauchscheibe (23) und dem Flüssigkeitsaustrag (19) unter- teilt, und mit einer Einrichtung (31, 33) zur Beaufschlagung des Separationsraumes (25) mit einem Gas, insbesondere Verfahren zum Betreiben einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separationsraum (25) bei der Verarbeitung des Schleudergutes über die Leitung (31) mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei der Innendurchmesser Rl des Teiches im Bereich des Separationsraumes (25) unverändert bleibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Separationsraum (25) über die Leitung (31) mit einem Druck beaufschlagt wird, der vom Umgebungsdruck abweicht.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Separationsraum (25) über die Leitung (31) mit einem Druck zwischen 0 und 10 bar beaufschlagt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der
Separationsraum (25) über die Leitung (31) mit einem Druck zwischen 0,5 und 5 bar beaufschlagt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Separationsraum (25) über die weitere Leitung (25) gemessen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Separationsraum (25) derart eingestellt wird, dass der Innen- durchmesser (R2) der Feststoffphase im Austragsraum (27) kleiner ist als der
Feststoffaustragsdurchmesser (R4), auf dem der F eststof faustrag (13) aus der Trommel (3) liegt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung des Drehmoments zwischen Trommel (3) und Schnecke (5) erfolgt, welches als Maß für den Feststoff-Füllgrad in der Trommel verwendet wird, wobei dieses Signal der Drucksteuereinheit als Steuersignal für einen Sollwert des Überlagerungsdruckes ausgewertet und verwendet wird, wobei die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke (5) und Trommel (3) konstant gehalten wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Variation des Druckes im Separationsraum (25) die Feststoffaustrags- menge gesteuert oder geregelt wird.
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