EP4237157B1 - Separator - Google Patents

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EP4237157B1
EP4237157B1 EP21802259.8A EP21802259A EP4237157B1 EP 4237157 B1 EP4237157 B1 EP 4237157B1 EP 21802259 A EP21802259 A EP 21802259A EP 4237157 B1 EP4237157 B1 EP 4237157B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge
opening
intermediate phase
phase
discharge device
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.)
Active
Application number
EP21802259.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4237157A1 (de
Inventor
Andreas Hölscher
Andrej MICHEL
Angelika Voltmann
Kathrin Quiter
Thomas Bathelt
Thomas Kleimann
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 Westfalia Separator Group GmbH
Original Assignee
GEA Westfalia Separator Group 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 GEA Westfalia Separator Group GmbH filed Critical GEA Westfalia Separator Group GmbH
Publication of EP4237157A1 publication Critical patent/EP4237157A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4237157B1 publication Critical patent/EP4237157B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B04B1/10—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with discharging outlets in the plane of the maximum diameter of the bowl
    • B04B1/14—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with discharging outlets in the plane of the maximum diameter of the bowl with periodical discharge
    • 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
    • B04B11/04—Periodical feeding or discharging; Control arrangements therefor

Definitions

  • the invention relates to a self-emptying separator for the centrifugal separation of a suspension S into at least one light liquid phase LP, one heavy solid phase SP and one medium-heavy intermediate phase IP, which has a centrifugal drum rotatable about a rotational axis D according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 17.
  • discontinuous self-draining separators In addition to one or more continuous outlets for one or more liquid phases, generic discontinuous self-draining separators have a discharge system with a piston valve that can be moved alternately into an open and a closed position by a fluid, particularly with liquid as the fluid.
  • the piston valve opens (open position) and closes (closed position) one or more solids discharge openings in the drum wall. In the open position, a solid phase is ejected from the centrifugal drum and thus removed from the drum. In the closed position, the solids discharge openings are closed, preventing this from happening.
  • an incoming suspension is separated in the drum into a lighter or less dense liquid phase, a medium-heavy or medium-dense intermediate phase that is usually still flowable, and a heavier (possibly also still flowable) or denser solid phase.
  • the light phase is the least dense phase
  • the medium-heavy phase is a phase with a relatively higher density
  • the heavy phase is one with an even higher density.
  • the mechanically acting opening and closing means of the first discharge device is a piston slide arranged in or on the outside of the centrifugal drum, in particular a hydraulically controllable piston slide, which can be moved into different positions in order to open the one or more solids discharge openings in an open position or to close them in a closed position.
  • the mechanically acting opening and closing means of the first discharge device has at least one or more electrically or fluidically controllable valves, in particular piston valves, which are assigned to the respective solids discharge opening(s) in order to open them or to close them in a closed position.
  • the mechanically acting opening and closing means of the second discharge device is a piston slide which is arranged on the outside of the centrifugal drum and is in particular hydraulically controllable and which can be moved into different positions in order to open the one or more discharge openings for the intermediate phase IP in an open position or to close them in a closed position, or it can be provided that the mechanically acting opening and closing means of the second discharge device has at least one or more electrically or fluidically controllable valves, in particular piston valves, which are assigned to the respective discharge opening(s) for the intermediate phase IP in order to open them or to close them in a closed position.
  • the mechanically acting opening and closing means of the first discharge device is a piston slide arranged in the centrifugal drum, in particular a hydraulically controllable piston valve
  • the mechanically acting opening and closing means of the second discharge device is at least one controllable piston valve which is assigned to the respective discharge openings for the intermediate phase IP in order to open them or to close them in a closed position.
  • the mechanically acting opening and closing means of the first discharge device has controllable piston valves which are assigned to the respective solids discharge openings in order to open them or to close them in a closed position
  • the mechanically acting opening and closing means of the second discharge device has controllable piston valves which are assigned to the respective discharge openings for the intermediate phase IP in order to open them or to close them in a closed position.
  • radius R3 is smaller than radius R2, where the solid discharge openings are located, but larger than radius R1, where the liquid phase LP is discharged. This advantageously results in a defined discharge of each phase, largely eliminating mixing with the other phases.
  • a paring disc can be assigned to the liquid discharge.
  • the liquid discharge can also be implemented in other ways.
  • the discharged solid phase SP is expelled through the at least one solid discharge opening into a first annular space serving as a solids catcher.
  • the first annular space is arranged in a hood-like housing and has a nozzle arranged radially on the first annular space for connecting a hose or a line for further discharge of the solid phase SP.
  • the discharged intermediate phase IP passes through the at least one discharge opening into a further annular space arranged in the hood-like housing and having a nozzle arranged radially on the further annular space for connecting a hose or a line for further discharge of the intermediate phase IP.
  • the light liquid phase LP which flows radially inward from the disc pack 7, flows into a paring disc chamber 10, which rotates with the centrifugal drum 1.
  • a paring disc 11 is arranged in the paring disc chamber 10. This paring disc 11 is non-rotatable in the paring disc chamber 10, i.e., is arranged stationary.
  • the paring disc 11 - also referred to as a gripper - which operates as a centripetal pump
  • the liquid phase LP is diverted from the centrifugal field forming in the operating centrifugal drum 1 on a radius R1 and guided or directed out of the centrifugal drum 1 via the liquid discharge 9, the annular space 9', and the nozzle 9".
  • the discharge of the liquid phase LP thus takes place continuously.
  • a fluidically and/or electrically - here fluidically - controllable and mechanically acting opening and closing means is provided, which is designed here as an - inner - piston slide 12 arranged in the centrifugal drum 1.
  • the inner piston valve 12 is provided for opening and closing at least one solids discharge opening 13.
  • several of the solids discharge openings 13 can be circumferentially distributed in the region of the largest diameter—on a radius R2—of the centrifugal drum 1.
  • the discharged solid phase SP passes into a first solids trap-like annular space 14, which is arranged in the housing 2 and can have a nozzle 14' arranged radially on the first annular space 14 for connecting a hose or a line for further discharge of the solid phase SP.
  • a first discharge device 15 For discharging the solid phase SP, a first discharge device 15 is provided, which comprises a mechanically acting opening and closing means that can be fluidically actuated by actuators to carry out opening and closing movements.
  • the first discharge device 15 can comprise an injection chamber 16 for opening fluid and an injection chamber 17 for closing fluid, to which a fluid, in particular water, for activating the opening and closing movements of the inner piston slide 12 can be supplied via an opening fluid supply 18 and a closing fluid supply 19, in which a first opening fluid valve V1 and a first closing fluid valve V2 are arranged.
  • the closing process of the solids discharge openings 13, i.e., in this case, a lifting of the inner piston slide 12, can be achieved by closing fluid, which is injected into a chamber below the inner piston slide 12.
  • the closing fluid is metered via the closing fluid valve V2.
  • the chamber is connected to piston valves 20, which are arranged in the wall of the centrifugal drum 1 in such a way that they can be closed by the centrifugal force prevailing in the centrifugal drum 1 when in operation.
  • the opening process of the solids discharge openings 13, i.e., the lowering of the inner piston slide 12, is achieved by opening fluid, which opens the piston valves 20, which in turn allows the closing fluid below the inner piston slide 12 to escape from the chamber.
  • opening fluid which opens the piston valves 20, which in turn allows the closing fluid below the inner piston slide 12 to escape from the chamber.
  • a small amount of opening fluid is briefly fed through a supply line via an opening fluid injection chamber 16 into connecting lines in the drum base 3.
  • the opening fluid ensures the buildup of all-round fluid pressure, which moves a closing piston against the centrifugal force in a radial direction toward the rotational axis D, thus opening the piston valve 20 of the centrifugal drum 1.
  • the opening fluid is dosed via the opening fluid valve V1.
  • the closing fluid escapes into a second annular space 21, which is arranged in the housing 2 and can have a nozzle 21' arranged radially on the second annular space 21 for connecting a hose or a line for further discharge of the fluid.
  • the outer, second piston valve 22 is arranged below the centrifugal drum 1 on its outer side.
  • the piston valve 22 is intended to close or open the discharge openings 25 so that the intermediate phase IP can be discharged from the discharge openings 25.
  • the piston valve 22 is movable in the axial direction.
  • the piston valve 22 is movably guided in a support ring 22'.
  • the support ring 22' has lines 27, 28, and possibly an overflow bore 32, which can be supplied with opening or closing fluid as required, which will be described in more detail below.
  • the intermediate phase IP can be discharged through nozzle-like pipes 23, which are mounted in bores in the inner piston valve 12 distributed around the circumference and whose length is adjusted so that it extends into the layer of the intermediate phase IP that forms during rotation of the centrifugal drum 1, which is characterized here by a radius R3.
  • the intermediate phase IP reaches at least one, preferably several, discharge openings 25 distributed around the circumference of the centrifugal drum 1, which can be closed or opened by the outer piston valve 22.
  • the radius R3 is smaller than a larger radius R2 on which the inlets of the heavy solids discharge openings 13 are arranged, but larger than the radius R1 on which the light liquid phase LP is discharged by the paring disc 11.
  • a discontinuously operating second discharge device 26 is provided, which comprises the mechanical opening and closing means, which can be fluidically actuated by actuators to carry out opening and closing movements.
  • piston valves 31 are provided, each of which serves or is used for a controlled discharge of the fluid used to carry out the opening and closing movements of the outer piston slide 22.
  • the closing fluid escapes through the piston valves 31 into a fourth annular space 34, which is arranged in the housing 2 and can have a nozzle 34' arranged radially on the fourth annular space 34 for connecting a hose or a line for further discharge of the fluid.
  • the actuation of the inner piston slide 12 and the actuation of the outer piston slide 22 can be controlled independently of each other by a control unit (not shown here).
  • the control unit can also be a central control unit for controlling the separator, which, in addition to controlling the two Piston slide 12, 22 is also intended for other control and/or regulation tasks of the centrifuge.
  • FIG. 2 Another separator is shown.
  • the basic structure largely corresponds to that of the separator of the Fig. 1 .
  • the following mainly describes deviations and/or additions to the design variant of the Fig. 1 described.
  • a first opening fluid valve V5 is provided here to supply opening fluid and a first closing fluid valve V6 is provided to supply closing fluid.
  • the discharge of the intermediate phase IP takes place according to the design variant of the Fig. 2 initially again through nozzle-like pipes 23, which are mounted in initially radially extending bores in the inner piston slide 12, which merge into axial bores 24 in the drum base 3 or with which they correspond, and whose length is adapted so that they reach into the layer of the intermediate phase IP that forms upon rotation of the centrifugal drum 1, here characterized by a radius R3.
  • the radius R3 is smaller than the radius R2, on which the solids discharge openings 13 are arranged, but larger than the radius R1, on which the liquid phase LP is discharged by the paring disc 11.
  • the actuation of the inner piston slide 12 and the actuation of the controllable piston valves 35 can be controlled independently of each other by a control unit (not shown here).
  • the control unit can also be a central centrifuge control unit, which, in addition to controlling the inner piston slide and the piston valves 35, is also intended for other control and regulation tasks of the centrifuge.
  • the intermediate phase IP is controlled by at least one, preferably several piston valves 35, which are distributed around the circumference of the centrifugal drum 1 - as already described for the embodiment according to Fig. 2 described - derived from the centrifugal drum 1.
  • the piston valves 35 here are the opening and closing means of the discontinuously operating, second discharge device 26, which serves to discharge the intermediate phase IP from the centrifugal drum 1.
  • the solid phase SP is also Fig. 3 by at least one, preferably several piston valves 38, which are distributed around the circumference of the centrifugal drum 1, from the centrifugal drum 1.
  • the piston valves 38 are here the opening and closing means of the discontinuously operating, first discharge device 15, which serves to discharge the solid phase SP from the centrifugal drum 1.
  • both the solid phase SP and the intermediate phase IP reach the respective piston valves 35, 38, which are mounted at different heights (relative to a bottom of the centrifugal drum 1 or the drum base 3) in the outer wall of the drum base 3 of the centrifugal drum 1.
  • the radius R3, on which the inlet opening of the pipe 23 for discharging the intermediate phase IP is arranged, is smaller than the radius R2, on which the solid discharge openings 13 are arranged, but larger than the radius R1, on which the liquid phase LP is discharged by the paring disc 11.
  • the first discharge device 15 comprises an opening fluid supply 39 for fluidically actuating the respective piston valve 38, via which control fluid can be supplied to the respective piston valve 38.
  • the control fluid can open the respective piston valve 38 when the solid phase SP is to be discharged from the centrifuge drum 1.
  • the second discharge device 26 also includes an opening fluid supply 36 for fluidic actuation of the respective piston valve 35, via which control fluid can be supplied to the respective piston valve 35.
  • the control fluid can open the respective piston valve 35 when the intermediate phase IP is to be discharged from the centrifuge drum 1.
  • the opening time of the respective piston valves 35, 38 can be adjusted by the duration of the control fluid supplied.
  • the piston valves 35, 38 are each arranged in the wall of the drum base 3 of the centrifugal drum 1 in such a way that they are closed by centrifugal force.
  • the opening fluid for the piston valves 35, 38 is metered via corresponding opening fluid valves V8, V9, which are each inserted into opening fluid supplies 17, 18.
  • the discharge openings 13, 25 arranged at different heights in the wall of the drum base 3 for the intermediate phase IP and for the solid phase SP, respectively, are assigned annular spaces 37, 14, so that both the solid phase SP and the intermediate phase IP can be discharged separately.
  • Each annular space 37, 14 has a nozzle 37', 14' arranged radially on the respective annular space 37, 14.
  • the respective nozzle 37', 14' is intended for connecting a hose or line for further discharge of the respective phase.
  • valves V1 to V9 of the various embodiments are preferably designed as controllable valves, in particular as electrically controllable valves, which can be connected to the control device.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen selbstentleerenden Separator zur zentrifugalen Trennung einer Suspension S in wenigstens eine leichte Flüssigkeitsphase LP, eine schwere Feststoffphase SP und eine mittelschwere Zwischenphase IP, der eine um eine Drehachse D drehbare Schleudertrommel aufweist nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 17.
  • Gattungsgemäße diskontinuierlich selbstentleerende Separatoren verfügen neben einem oder mehreren kontinuierlichen Ablauf/Abläufen für eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen über ein Entleerungssystem mit einem Kolbenschieber, der fluidbetätigt, insbesondere mit Flüssigkeit als Fluid, abwechselnd in eine Öffnungs- und in eine Schließstellung bewegbar ist, wodurch der Kolbenschieber eine oder mehrere Feststoffaustragsöffnungen in der Trommelwandung freigibt (Öffnungsstellung) und verschließt (Schließstellung). In der Öffnungsstellung wird eine Feststoffphase aus der Schleudertrommel ausgestoßen und somit aus der Trommel abgeleitet. In der Schließstellung sind die Feststoffaustragsöffnungen verschlossen, so dass dieses nicht möglich ist.
  • Zum Gewährleisten einer präzisen Funktion eines solchen Trommelentleerungssystems mit einem Kolbenschieber kann dieser zur Ansteuerung der Bewegung des Kolbenschiebers in die Schließstellung und die Öffnungsstellung ein Fluid-Zufuhr- und Ablasssystem aufweisen. Dieses kann wiederum mit einem oder mehreren Ventilen versehen sein. Das oder die Ventile dienen dazu, eine Steuerkammer am Kolbenschieber mit Fluid - eine Flüssigkeit oder ein Gas - zu füllen und es dient dazu, für eine Entleerung von Feststoffen Fluid aus einer Kammer am Kolbenschieber abzulassen, so dass sich der Kolbenschieber in eine andere Stellung bewegen kann. So kann bei einem Separator mit vertikaler Drehachse beispielsweise Fluid unterhalb eines Kolbenschiebers entweichen, so dass das Produkt in der Trommel den Kolbenschieber nach dem Ablassen des Fluides vertikal nach unten drückt. Das Ventil zum Füllen der Steuerkammer wird auch Steuerwasserventil genannt, das Ventil zum Entleeren der Steuerkammer wird auf Grund seines bevorzugten Aufbaus auch Kolbenventil genannt.
  • Die DE 26 09 663 offenbart einen Separator mit einer Trommel, bei der die abgetrennte schwere Phase (Konzentrat) direkt über einzelne umfangsverteilte Kolbenventile aus dem Feststoffraum abgeleitet wird. Die Kolbenventile werden hierbei über ein gemeinsames Ringventil angesteuert, d.h. geschlossen oder geöffnet.
  • Bei der zentrifugalen Verarbeitung eines Produktes in drei Phasen wird eine zulaufenden Suspension in der Trommel in eine leichtere bzw. weniger dichte Flüssigkeitsphase, eine in der Regel noch fliessfähige mittelschwere bzw. mitteldichte Zwischenphase und eine schwerere (ggf. ebenfalls noch fliessfähige) bzw. dichtere Feststoffphase aufgetrennt.
  • Die Zwischenphase wird nach dem Stand der Technik beispielsweise über einen weiteren kontinuierlichen Flüssigkeitsaustrag wie eine Schälscheibe oder dgl. ausgetragen. Alternativ kann die Zwischenphase zusammen mit dem Feststoff bei einer Entleerung ausgetragen werden.
  • Die EP 2 348 894 B2 offenbart beispielsweise einen Separator mit einer Trommel, bei der die leichte Phase über einen Greifer oder eine Schälscheibe, die schwerere Feststoffphase mittels eines Kolbenschiebers und die Zwischenphase über einen Scheideteller und einen weiteren Greifer oder eine weitere Schälscheibe abgeführt wird. Die Zwischenphase wird hierbei allerdings kontinuierlich ausgetragen. Bei Bedarf wird der Ablauf der Zwischenphase in den Einlauf rezirkuliert.
  • Ein wesentliches Problem der Lösungen nach dem Stand der Technik ist, dass die Zwischenphase nur kontinuierlich ausgetragen wird und sich oftmals nicht verlustfrei bzw. verlustarm austragen lässt. Verlustfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die ausgetragene Zwischenphase keinen Anteil der leichten und/oder der schweren Phase enthält. Verlustarm bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die ausgetragene Zwischenphase nur einen geringen Anteil der leichten und/oder der schweren Phase enthält.
  • Einen gattungsgemäßen Stand der Technik offenbart die US 10 6554 0050 B! Eine selbstentleerende Schleudertrommel ist zudem aus der DE 36 44 098 A1 bekannt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst verlustfreies Austragen der Zwischenphase konstruktiv vorteilhaft umzusetzen.
  • Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
  • Geschaffen wird nach Anspruch 1 ein selbstentleerender Separator zur zentrifugalen Trennung einer Suspension S in wenigstens eine leichte Flüssigkeitsphase LP, eine schwere Feststoffphase SP und eine mittelschwere Zwischenphase IP, der wenigstens folgendes aufweist:
    1. a) eine um eine Drehachse drehbare Schleudertrommel, in welche die zu verarbeitende Suspension S einleitbar ist,
    2. b) wenigstens einen Flüssigkeitsaustrag für die leichte Flüssigkeitsphase LP,
    3. c) wenigstens eine oder mehrere diskontinuierlich wirkende Feststoffaustragsöffnung(en) für die schwere Feststoffphase SP, der wenigstens eine erste ansteuerbare Austragseinrichtung zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine oder mehreren Feststoffaustragsöffnung(en) diskontinuierlich öffenbar und wieder verschließbar ist/sind, und
    4. d) wenigstens eine oder mehrere diskontinuierlich wirkende Austragsöffnung(en) für die Zwischenphase IP, dem wenigstens eine zweite ansteuerbare Austragseinrichtung zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine oder mehrere Austragsöffnung(en) für die Zwischenphase IP diskontinuierlich öffenbar und wieder verschließbar ist/sind,
    5. e) wobei die zweite Austragseinrichtung unabhängig von der ersten Austragseinrichtung ansteuerbar ist, so dass der Austrag der Zwischenphase IP vom Austrag der Feststoffphase SP zeitlich unabhängig erfolgen kann.
  • Somit ist die zweite Austragseinrichtung unabhängig von der ersten Austragseinrichtung ansteuerbar, so dass der Austrag der Zwischenphase IP vom Austrag der Feststoffphase SP entkoppelt ist. Mit den beiden unabhängig voneinander ansteuerbaren bzw. "arbeitenden" Austragseinrichtungen ist es vorteilhaft möglich, die Feststoffphase und die Zwischenphase jeweils zeitlich genau nur dann und genau in dem Umfang auszutragen, der bei der zentrifugalen Trennung erforderlich ist. So kann im Versuch vorab mit einem oder mehreren Sensoren aus dem Verhalten der Trommel bestimmt werden, wann welche Phase wie lange auszutragen ist. Diese Messung wird gespeichert. Sodann kann im Betrieb durch Vergleich mit diesen Messungen jeweils der geeignete Zeitpunkt und die Dauer zum Austrag der jeweiligen Phase ermittelt werden. Dies alles kann von einer Steuerungseinrichtung gesteuert werden. Insbesondere kann derart auch die Zwischenphase definiert und verlustfrei bzw. verlustarm durch die zweite Austragseinrichtung ausgetragen werden.
  • Konstruktiv ist nach Anspruch 1 weiter vorgesehen, dass an oder in die Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP stutzenartige Rohre gesetzt sind, deren Länge so ausgelegt ist, dass sie radial bis auf einen Radius R3 in eine sich bei Rotation der Schleudertrommel in dieser radial ausbildende Schicht der Zwischenphase IP reichen, so dass auf dem Radius R3 der Austrag der Zwischenphase IP aus der Schleudertrommel erfolgt.
  • Anzumerken ist, dass die leichte Phase die am wenigstens dichte Phase, die mittelschwere Phase eine Phase mit einer relativ dazu größeren Dichte und die schwere Phase eine solche mit einer nochmals größeren Dichte ist.
  • Nach einer ersten, bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung umfasst
    • die erste Austragseinrichtung wenigstens ein fluidisch, insbesondere hydraulisch, oder elektrisch (insbesondere elektromechanisch oder elektromagnetisch) ansteuerbares, mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel, mit der die wenigstens eine oder die mehreren Feststoffaustragsöffnung(en) öffenbar und verschließbar ist/sind, und
    • die zweite Austragseinrichtung wenigstens ein fluidisch, insbesondere hydraulisch, oder elektrisch ansteuerbares, mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel, mit der die wenigstens eine oder mehreren Austragsöffnung(en) für die Zwischenphase IP öffenbar und verschließbar ist.
  • Diese Ausgestaltung ist konstruktiv einfach auf verschiedene Weise umzusetzen, was nachfolgend beispielhaft erläutert wird.
  • So kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung ein in der oder außen an der Schleudertrommel angeordneter, insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber ist, der in verschiedene Stellungen bewegbar ist, um die eine oder mehreren Feststoffaustragsöffnungen in einer Öffnungsstellung zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  • Es kann aber auch einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung wenigstens eines oder mehrere elektrisch oder fluidisch ansteuerbare Ventile, insbesondere Kolbenventile, aufweist, die der oder den jeweiligen Feststoffaustragsöffnungen zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung ein außen an der Schleudertrommel angeordneter und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber ist, der in verschiedene Stellungen bewegbar ist, um die eine oder mehreren Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP in einer Öffnungsstellung zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen oder es kann vorgesehen sein, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung wenigstens eines oder mehrere elektrisch oder fluidisch ansteuerbare Ventile, insbesondere Kolbenventile, aufweist, die der oder den jeweiligen Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  • Besonders bevorzugt, da konstruktiv einfach umsetzbar und einfach und im Betrieb gut verlustarm betreibbar sind folgende Varianten:
    Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung ein in der Schleudertrommel angeordneter insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber und das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung ein außen an der Schleudertrommel angeordneter weiterer insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber.
  • Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung ein in der Schleudertrommel angeordneter insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber und das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung wenigstens ein ansteuerbares Kolbenventil, das der jeweiligen Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  • Nach einer dritten bevorzugten Ausgestaltung weist das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung ansteuerbare Kolbenventile auf, die den jeweiligen Feststoffaustragsöffnungen zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen und das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung weist ansteuerbare Kolbenventile auf, die den jeweiligen Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Kombinationen aus einem Kolbenschieber und Kolbenventilen sind denkbar.
  • Es ist dabei vorgesehen, dass Radius R3 kleiner ist als ein Radius R2, auf dem die Feststoffaustragsöffnungen angeordnet sind, jedoch größer ist als ein Radius R1, auf dem die Flüssigkeitsphase LP ausgetragen wird. Dadurch ergibt sich vorteilhaft jeweils eine definierte Austragung der jeweiligen Phase, bei dem eine Vermischung mit den jeweils anderen Phasen weitestgehend ausgeschlossen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann dem Flüssigkeitsaustrag eine Schälscheibe zugeordnet sein. Der Flüssigleitsautrag kann aber auch auf andere Weise realisiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die ausgetragene Feststoffphase SP durch die wenigstens eine Feststoffaustragsöffnung in einen ersten Ringraum als Feststofffänger ausgestoßen, der in einem haubenartigen Gehäuse angeordnet ist und einen radial an dem ersten Ringraum angeordneten Stutzen zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Feststoffphase SP aufweist. Dadurch kann die Feststoffphase SP konstruktiv einfach und damit vorteilhaft unabhängig von der Zwischenphase IP abgeleitet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gelangt die ausgetragene Zwischenphase IP durch die wenigstens eine Austragsöffnung in einen weiteren Ringraum, der im haubenartigen Gehäuse angeordnet ist und einen radial an dem weiteren Ringraum angeordneten Stutzen zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Zwischenphase IP aufweist. Dadurch kann die Zwischenphase IP konstruktiv einfach und damit vorteilhaft unabhängig von der Feststoffphase SP abgeleitet werden.
  • Die Aufgabe wird auch durch das Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1 - 3
    jeweils Schnittansichten verschiedener Varianten von Separatoren, jeweils mit einer Schleudertrommel sowie mit Komponenten eines Entleerungsmechanismus der Schleudertrommel für eine Feststoffphase und für eine Zwischenphase.
  • In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden drei Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Begriffe wie "oben", "unten", "rechts", "links", "außen" oder "innen" beziehen sich auf die jeweilige dargestellte Position in den Figuren.
  • Fig. 1 zeigt einen ersten Separator mit einer drehbaren Schleudertrommel 1. Die Schleudertrommel 1 kann eine vertikale Drehachse D aufweisen. Die Schleudertrommel 1 kann durch ein im Betrieb der Zentrifuge nicht bewegtes, also stationär angeordnetes, haubenartiges Gehäuse 2 eingehaust sein. Weitere Komponenten wie ein Drehantrieb oder eine Steuerungseinrichtung sind nicht dargestellt.
  • Die Schleudertrommel 1 kann vorzugsweise einfach und/oder wie hier doppelt konisch (unten und/oder oben sowie insbesondere innen) ausgelegt sein. Diese Form begünstigt das Sammeln der abgetrennten Feststoffphase in einem definierten Bereich der Trommel. Die Schleudertrommel 1 ist vorzugsweise für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt, bei dem eine kontinuierlich zulaufende Suspension S kontinuierlich zentrifugal verarbeitet wird und in eine leichte Flüssigkeitsphase LP, eine mittelschwere Zwischenphase IP und eine schwere Feststoffphase SP getrennt wird. Die Schleudertrommel 1 kann ein Trommelunterteil 3 und ein Trommeloberteil 4 aufweisen. Diese Trommelteile 3, 4 können jeweils außen und/oder innen konisch ausgebildet sein und auf verschiedene Weise, so mit einem Verschlussring 5 miteinander verbunden sein.
  • Ein Zulaufrohr 8 dient zur Zuleitung einer zu verarbeitenden Suspension S in die Schleudertrommel 1.
  • Das Zulaufrohr 8 kann wie hier als sich im Betrieb nicht drehendes, stillstehendes Element ausgebildet sein. Es kann aber auch rotierend ausgebildet sein. Es erstreckt sich hier konzentrisch zur Drehachse D in die Schleudertrommel 1. Zudem durchgreift es hier das Gehäuse 2 oberhalb der Schleudertrommel 1.
  • In der Schleudertrommel 1 können ein Verteiler 6 zur Produktzuleitung in die Trommel und ein Tellerpaket 7 aus Trenntellern angeordnet sein. Die Trennteller 7 können auf einem Verteilerschaft des Verteilers 6 angeordnet sein.
  • Nach Fig. 1 bis 3 ragt das Zulaufrohr 8 in bevorzugter - aber nicht zwingender - Ausgestaltung von oben in die Schleudertrommel 1. Es kann sich aber auch von unten in die Schleudertrommel 1 erstrecken (nicht dargestellt).
  • Die Schleudertrommel 1 weist einen Flüssigkeitsaustrag 9 auf, durch den die leichte Flüssigkeitsphase LP aus der Trommel 1 leitbar ist. Der Flüssigkeitsaustrag 9 ist hier durch eine Schälscheibe 11 realisiert. Er kann aber auf andere Weise ausgebildet sein.
  • Der Flüssigkeitsaustrag 9 mündet innen in einen Ringraum 9', der wiederum in einen radialen Stutzen 9" münden kann, der für einen Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur Ableitung der Flüssigkeitsphase LP vorgesehen ist.
  • Die aus dem Tellerpaket 7 innen radial nach innen hin ablaufende leichte Flüssigkeitsphase LP strömt in eine Schälscheibenkammer 10, die sich mit der Schleudertrommel 1 dreht. In der Schälscheibenkammer 10 ist eine Schälscheibe 11 angeordnet. Diese Schälscheibe 11 ist in der Schälscheibenkammer 10 nicht drehbar, also stationär angeordnet. Durch die Schälscheibe 11 - auch als Greifer bezeichnet - die als Zentripetalpumpe arbeitet, wird die Flüssigkeitsphase LP aus dem sich in der in Betrieb befindlichen Schleudertrommel 1 bildenden Zentrifugalfeld auf einem Radius R1 abgebleitet und über den Flüssigkeitsaustrag 9, dem Ringraum 9' und dem Stutzen 9" aus der Schleudertrommel 1 geführt bzw. geleitet. Der Austrag der Flüssigphase LP erfolgt somit kontinuierlich.
  • Zum Austragen einer schweren Feststoffphase SP ist ein fluidisch und/oder elektrisch - hier fluidisch - ansteuerbares sowie mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel vorgesehen, dass hier als ein in der Schleudertrommel 1 angeordneter - innerer - Kolbenschieber 12 ausgeführt ist.
  • Der innere Kolbenschieber 12 ist zum Öffnen und Verschließen von wenigstens einer Feststoffaustragsöffnung 13 vorgesehen. Vorzugsweise können mehrere der Feststoffaustragsöffnungen 13 umfangsverteilt im Bereich des größten Durchmessers - auf einem Radius R2- der Schleudertrommel 1 ausgebildet sein. Durch die Feststoffaustragsöffnungen 13 gelangt die ausgetragene Feststoffphase SP in einen ersten feststofffängerartigen Ringraum 14, der im Gehäuse 2 angeordnet ist und einen radial an dem ersten Ringraum 14 angeordneten Stutzen 14' zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Feststoffphase SP aufweisen kann.
  • Zum Austragen der Feststoffphase SP ist eine erste Austragseinrichtung 15 vorgesehen, die ein mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel umfasst, das durch Stellglieder fluidisch zur Ausführung von Öffnungs- und Schließbewegungen aktuierbar ist.
  • Die erste Austragseinrichtung 15 kann zu diesem Zweck eine Einspritzkammer 16 für Öffnungsfluid und eine Einspritzkammer 17 für Schließfluid umfassen, denen über eine Öffnungsfluidzuführung 18 und eine Schließfluidzuführung 19, in denen ein erstes Öffnungsfluidventil V1 und ein erstes Schließfluidventil V2 angeordnet sind, ein Fluid, insbesondere Wasser, zur Aktivierung der Öffnungs- und Schließbewegungen des inneren Kolbenschiebers 12 zugeleitet werden kann.
  • Der Schließvorgang der Feststoffaustragsöffnungen 13, d.h. hier ein Anheben des inneren Kolbenschiebers 12, kann durch Schließfluid erfolgen, welches in eine Kammer unter dem inneren Kolbenschieber 12 gespritzt wird. Das Schließfluid wird über das Schließfluidventil V2 dosiert. Die Kammer steht in Verbindung mit Kolbenventilen 20, die so in der Wand der Schleudertrommel 1 angeordnet sind, dass sie durch die in Betrieb befindlichen Schleudertrommel 1 herrschende Zentrifugalkraft geschlossen werden können.
  • Der Öffnungsvorgang der Feststoffaustragsöffnungen 13, d.h. das Absenken des inneren Kolbenschiebers 12, erfolgt durch Öffnungsfluid, welches die Kolbenventile 20 öffnet, was wiederum das Schließfluid unter dem inneren Kolbenschieber 12 aus der Kammer entweichen lässt. Hierzu wird eine geringe Menge an Öffnungsfluid kurzzeitig durch eine Zuleitung über eine Öffnungsfluid-Einspritzkammer 16 in Verbindungsleitungen im Trommelunterteil 3 geleitet. Das Öffnungsfluid sorgt für einen Aufbau eines allseitigen Flüssigkeitsdrucks, der einen Verschlusskolben entgegen der Zentrifugalkraft in radialer Richtung zur Drehachse D bewegt und somit das Kolbenventil 20 der Schleudertrommel 1 öffnet.
  • Das Öffnungsfluid wird über das Öffnungsfluidventil V1 dosiert.
  • Durch die geöffneten Kolbenventile 20 entweicht das Schließfluid in einen zweiten Ringraum 21, der im Gehäuse 2 angeordnet ist und einen radial an dem zweiten Ringraum 21 angeordneten Stutzen 21' zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung des Fluids aufweisen kann.
  • Zur Ableitung einer Zwischenphase IP ist ein weiteres elektrisch oder fluidisch ansteuerbares sowie mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel vorgesehen. Dieses ist nach Fig. 1 als ein außen an der Schleudertrommel 1 angeordneter - äußerer- und somit hier zweiter Kolbenschieber 22 ausgeführt.
  • Dieser kann vorteilhaft wie nachfolgend dargestellt ausgebildet sein. Er kann aber auch konstruktiv anders realisiert werden.
  • Der äußere, zweite Kolbenschieber 22 ist hier unterhalb der Schleudertrommel 1 an ihrer Außenseite angeordnet. Der Kolbenschieber 22 ist dazu vorgesehen, die Austragsöffnungen 25 zu verschließen oder freizugeben, so dass die Zwischenphase IP aus den Austragsöffnungen 25 ausgetragen werden kann. Dazu ist der Kolbenschieber 22 in axialer Richtung beweglich. Der Kolbenschieber 22 ist dazu in einem Tragring 22' beweglich geführt. Um den Kolbenschieber 22 in axialer Richtung bewegen zu können, weist der Tragring 22' Leitungen 27, 28, und evtl. eine Überlaufbohrung 32 auf, die je nach Anforderung mit Öffnungs- bzw. Schließfluid beaufschlagt werden können, was im Folgenden noch genauer beschreiben wird.
  • Die Ableitung der Zwischenphase IP kann durch stutzenartige Rohre 23 erfolgen, die in Bohrungen im inneren Kolbenschieber 12 umfangsverteilt montiert sind und deren Länge so angepasst ist, dass sie in die sich bei Rotation der Schleudertrommel 1 ausbildende Schicht der Zwischenphase IP reicht, was hier durch einen Radius R3 gekennzeichnet ist. Über korrespondierende, in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 24 in einer Wand des Trommelunterteils 3 gelangt die Zwischenphase IP zu wenigstens einer, vorzugsweise mehreren am Umfang der Schleudertrommel 1 verteilten Austragsöffnungen 25, die durch den äußeren Kolbenschieber 22 verschlossen bzw. geöffnet werden können.
  • Der Radius R3 ist kleiner als ein größerer Radius R2, auf dem die Eintritte der schweren Feststoffaustragsöffnungen 13 angeordnet sind, jedoch größer als der Radius R1, auf dem die leichte Flüssigkeitsphase LP durch die Schälscheibe 11 ausgetragen wird.
  • Zum Austragen der Zwischenphase IP ist eine diskontinuierlich arbeitende, zweite Austragseinrichtung 26 vorgesehen, die das mechanische Öffnungs- und Verschlussmittel umfasst, das hier durch Stellglieder fluidisch zur Ausführung von Öffnungs- und Schließbewegungen aktuierbar ist.
  • Die zweite Austragseinrichtung 26 umfasst zu diesem Zweck eine Einspritzleitung 27 für Öffnungsfluid und eine Einspritzleitung 28 für Schließfluid, denen über eine Öffnungsfluidzuführung 29 und eine Schließfluidzuführung 30, in denen ein zweites Öffnungsfluidventil V3 und ein zweites Schließfluidventil V4 angeordnet sind, Fluid, insbesondere Wasser, zur Aktivierung der Öffnungs- und Schließbewegungen zugeleitet werden kann.
  • Es sind mehrere Kolbenventile 31 vorgesehen, die jeweils eine gesteuerte Ableitung des zur Durchführung der Öffnungs- und Schließbewegungen des äußeren Kolbenschiebers 22 genutzten Fluids dienen bzw. verwendet werden.
  • Der Schließvorgang, d.h. das Anheben des äußeren Kolbenschiebers 22, erfolgt hier durch ein Schließfluid, das in eine Kammer im Tragring 22' unterhalb des äußeren Kolbenschieber 22 gespritzt wird. Das Schließfluid wird über ein zweites Schließfluidventil V4 dosiert. Die Kammer im Tragring 22' des äußeren Kolbenschiebers 22 weist optional die Überlaufbohrung 32 auf, so dass die maximale Füllmenge dieser Kammer (und somit die maximale Schließkraft des äußeren Kolbenschiebers 22) definierbar ist. Die Kammer steht in Verbindung mit den Kolbenventilen 31, die so in einer Wand des äußeren Kolbenschiebers 22, der mit der Schleudertrommel 1 umläuft, angeordnet sind, dass sie durch die in Betrieb befindlichen Schleudertrommel 1 herrschende Zentrifugalkraft geschlossen werden.
  • Den Öffnungsvorgang, d.h. das Absenken des äußeren Kolbenschiebers 22, erfolgt durch ein Öffnungsfluid, dass die Kolbenventile 31 öffnet, was wiederum das Schließfluid unter dem äußeren Kolbenschieber 22 aus der Kammer entweichen lässt. Das Öffnungsfluid wird über ein entsprechendes zweites Öffnungsfluidventil V3 dosiert. Den Austragsöffnungen 25 in der Wand der Schleudertrommel 1 für die Zwischenphase IP ist ein dritter Ringraum 33 zugeordnet, so dass die Zwischenphase IP getrennt abgeleitet wird. Der dritte Ringraum 33 kann einen radial an dem dritten Ringraum 33 angeordneten Stutzen 33' zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Zwischenphase IP aufweisen.
  • Durch die Kolbenventile 31 entweicht das Schließfluid in einen vierten Ringraum 34, der im Gehäuse 2 angeordnet ist und einen radial an dem vierten Ringraum 34 angeordneten Stutzen 34' zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung des Fluids aufweisen kann.
  • Es ist nach Fig. 1 - hier durch den zweiten Kolbenschieber 22 - vorteilhaft möglich, die Zwischenphase IP definiert und sehr verlustarm aus der Schleudertrommel 1 auszutragen. Durch die separate, zweite Austragseinrichtung 26, die unabhängig von der ersten Austragseinrichtung 15 ansteuerbar ist, ist der Austrag der Zwischenphase IP durch den äußeren Kolbenschieber 22 vom Austrag der Feststoffphase SP durch den inneren Kolbenschieber 12 vorteilhaft vollständig entkoppelt. Dadurch ist die Zwischenphase IP unabhängig von der Feststoffphase SP aus der Schleudertrommel 1 austragbar.
  • Durch ein (hier nicht dargestelltes) Steuergerät kann die Betätigung des inneren Kolbenschiebers 12 und die Betätigung des äußeren Kolbenschiebers 22 unabhängig voneinander gesteuert werden. Das Steuergerät kann auch ein zentrales Steuergerät zur Steuerung des Separators sein, das neben der Steuerung der beiden Kolbenschieber 12, 22 auch für andere Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben der Zentrifuge vorgesehen ist.
  • In Fig. 2 ist ein weiterer Separator dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht zunächst weitgehend dem des Separators der Fig. 1. Nachfolgend werden vor allem Abweichungen und/oder Ergänzungen zur Ausführungsvariante der Fig. 1 beschrieben.
  • Die Austragung der Feststoffphase SP erfolgt nach Fig. 2 wie bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1 mit einem innen liegenden Kolbenschieber 12. Zur Versorgung mit Öffnungsfluid ist hier ein erstes Öffnungsfluidventil V5 und zur Versorgung mit Schließfluid ein erstes Schließfluidventil V6 vorgesehen.
  • Abweichend zu der Ausführungsvariante der Zentrifuge nach Fig. 1 weist die Ausführungsvariante der Zentrifuge nach Fig. 2 aber keinen äußeren Kolbenschieber 22 auf.
  • Der Austrag der Zwischenphase IP erfolgt nach der Ausführungsvariante der Fig. 2 zunächst wiederum durch stutzenartige Rohre 23, die in zunächst radial verlaufende Bohrungen im inneren Kolbenschieber 12 montiert sind welche in axiale Bohrungen 24 im Trommelunterteil 3 übergehen bzw. mit welche sie korrespondieren und deren Länge so angepasst ist, dass sie in die sich bei Rotation der Schleudertrommel 1 ausbildende Schicht der Zwischenphase IP reichen, hier durch einen Radius R3 gekennzeichnet. Der Radius R3 ist kleiner als der Radius R2, auf dem die Feststoffaustragsöffnungen 13 angeordnet sind, jedoch größer als der Radius R1, auf dem die Flüssigkeitsphase LP durch die Schälscheibe 11 ausgetragen wird.
  • Zum Austragen der Zwischenphase IP ist eine diskontinuierlich ansteuerbare arbeitende, zweite Austragseinrichtung 26 mit einem mechanisch wirkenden Öffnungs- und Verschlussmittel vorgesehen, dass hier eine Mehrzahl von Kolbenventilen 35 aufweist. Über die korrespondierenden, in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 24 in einer Wand des Trommelunterteils 3 gelangt die Zwischenphase IP zu mehreren am Umfang der Schleudertrommel 1 verteilten Austragsöffnungen 25, die hier jeweils durch eines der Kolbenventile 35 verschlossen bzw. geöffnet werden können. Die Kolbenventile 35 können so in der Wand des Trommelunterteils 3 der Schleudertrommel 1 angeordnet sein, dass die Austragsöffnungen 25 im Betrieb durch Zentrifugalkraft geschlossen sind. Durch hydraulische Ansteuerung mit einem Steuerfluid können sie hingegen geöffnet werden.
  • Die zweite Austragseinrichtung 26 umfasst hier ferner eine Öffnungsfluidzuführung 36, über die Steuerfluid den Kolbenventilen 35 zuführbar ist. Durch das Steuerfluid können die Kolbenventile 35 geöffnet werden, wenn die Zwischenphase IP aus der Schleudertrommel 1 ausgeleitet werden soll. Die Öffnungszeit der Kolbenventile 35 kann über die Zuleitungsdauer des zugeleiteten Öffnungsfluids eingestellt werden. Das Öffnungsfluid wird über ein entsprechendes Öffnungsfluidventil V7 dosiert.
  • Die Austragsöffnungen 25 für die Zwischenphase IP münden hier in einen zweiten Ringraum 37, so dass sowohl die Feststoffphase SP als auch die Zwischenphase IP getrennt voneinander abgeführt werden können. Der Ringraum 37 ist im Gehäuse 2 angeordnet und kann einen radial an diesem Ringraum 37 angeordneten Stutzen 37' zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Zwischenphase IP aufweisen.
  • Auch nach Fig. 2 ist es - hier durch die hydraulisch ansteuerbaren Kolbenventile 35-möglich, die Zwischenphase IP definiert und sehr verlustarm aus der Schleudertrommel 1 auszutragen.
  • Durch die auch hier separate, zweite Austragseinrichtung 26, die unabhängig von der ersten Austragseinrichtung 15 ansteuerbar ist, ist der Austrag der Zwischenphase IP durch die Kolbenventile 35 vom Austrag der Feststoffphase SP durch den inneren Kolbenschieber 12 vorteilhaft vollständig entkoppelbar. Dadurch ist die Zwischenphase IP unabhängig von der Feststoffphase SP aus der Schleudertrommel 1 austragbar.
  • Durch ein (hier nicht dargestelltes) Steuergerät kann die Betätigung des inneren Kolbenschiebers 12 und die Betätigung der ansteuerbaren Kolbenventile 35 unabhängig voneinander gesteuert werden. Das Steuergerät kann auch eine zentrale Zentrifugensteuerung sein, die neben der Steuerung des inneren Kolbenschiebers und der Kolbenventile 35 auch für andere Steuerungs- und Regelungsaufgaben der Zentrifuge vorgesehen ist.
  • In Fig. 3 ist ein dritter Zentrifugal-Separator dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht zunächst weitgehend dem des Separators der Fig. 1 und 2. Nachfolgend werden vor allem Abweichungen und/oder Ergänzungen zur Ausführungsvariante der Fig. 1 und 2 beschrieben.
  • Abweichend zu der Ausführungsvariante der Zentrifuge nach Fig. 1 oder 2 weist die Ausführungsvariante der Zentrifuge nach Fig. 3 weder einen inneren Kolbenschieber 12 noch einen äußeren Kolbenschieber 22 auf.
  • Bei der Ausführungsvariante der Zentrifuge nach Fig. 3 wird die Zwischenphase IP durch wenigstens eines, vorzugsweise mehrere Kolbenventile 35, die am Umfang der Schleudertrommel 1 verteilt sind - wie bereits zu der Ausführungsvariante nach Fig. 2 beschrieben - aus der Schleudertrommel 1 abgeleitet. Die Kolbenventile 35 sind hier die Öffnungs- und Verschlussmittel der diskontinuierlich arbeitenden, zweiten Austragseinrichtung 26, die dem Austrag der Zwischenphase IP aus der Schleudertrommel 1 dient.
  • Ebenso wird auch die Feststoffphase SP nach Fig. 3 durch wenigstens eines, vorzugsweise mehrere Kolbenventile 38, die am Umfang der Schleudertrommel 1 verteilt sind, aus der Schleudertrommel 1 abgeleitet. Die Kolbenventile 38 sind hier die Öffnungs- und Verschlussmittel der diskontinuierlich arbeitenden, ersten Austragseinrichtung 15, die dem Austrag der Feststoffphase SP aus der Schleudertrommel 1 dient.
  • Über die stutzenartigen Rohre 23 sowie damit korrespondierende in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 24 in einer Wand des Trommelunterteils 3 bzw. über Bohrungen 40 in der Wand des Trommelunterteils 3 der Schleudertrommel 1 gelangen sowohl die Feststoffphase SP als auch die Zwischenphase IP zu den jeweiligen Kolbenventilen 35, 38, welche auf unterschiedlichen Höhen (bezogen auf einen Boden der Schleudertrommel 1 bzw. des Trommelunterteils 3) in der Außenwand des Trommelunterteils 3 der Schleudertrommel 1 montiert sind. Der Radius R3, auf dem die Eintrittsöffnung des Rohres 23 zum Austrag der Zwischenphase IP angeordnet sind, ist kleiner als der Radius R2, auf dem die Feststoffaustragsöffnungen 13 angeordnet sind, jedoch größer als der Radius R1, auf dem die Flüssigkeitsphase LP durch die Schälscheibe 11 ausgetragen wird.
  • Die erste Austragseinrichtung 15 umfasst zur fluidischen Aktuierung des jeweiligen Kolbenventils 38 eine Öffnungsfluidzuführung 39, über die Steuerfluid dem jeweiligen Kolbenventil 38 zuleitbar ist. Durch das Steuerfluid kann das jeweilige Kolbenventil 38 geöffnet werden, wenn die Feststoffphase SP aus der Schleudertrommel 1 abgeleitet werden soll.
  • Die zweite Austragseinrichtung 26 umfasst zur fluidischen Aktuierung des jeweiligen Kolbenventils 35 ebenfalls eine Öffnungsfluidzuführung 36, über die Steuerfluid dem jeweiligen Kolbenventil 35 zuleitbar ist. Durch das Steuerfluid kann das jeweilige Kolbenventil 35 geöffnet werden, wenn die Zwischenphase IP aus der Schleudertrommel 1 abgeleitet werden soll.
  • Die Öffnungszeit der jeweiligen Kolbenventile 35, 38 kann über die Dauer des jeweils zugeleiteten Steuerfluids eingestellt werden. Die Kolbenventile 35, 38 sind jeweils so in der Wand des Trommelunterteils 3 der Schleudertrommel 1 angeordnet, dass sie durch die Zentrifugalkraft geschlossen werden.
  • Das Öffnungsfluid für die Kolbenventile 35, 38 wird über entsprechende Öffnungsfluidventile V8, V9 dosiert, die jeweils in Öffnungsfluidzuführungen 17, 18 eingesetzt sind.
  • Durch die separate, zweite Austragseinrichtung 26, die unabhängig von der ersten Austragseinrichtung 15 ansteuerbar ist, ist der Austrag der Zwischenphase IP durch die Kolbenventile 35 vom Austrag der Feststoffphase SP durch die Kolbenventile 38 vorteilhaft vollständig entkoppelt. Dadurch ist die Zwischenphase IP unabhängig von der Feststoffphase SP aus der Schleudertrommel 1 austragbar.
  • Den auf unterschiedlichen Höhen angeordneten Austragsöffnungen 13, 25 in der Wand des Trommelunterteils 3 für die Zwischenphase IP bzw. für die die Feststoffphase SP sind jeweils Ringräume 37, 14 zugeordnet, so dass sowohl die Feststoffphase SP als auch die Zwischenphase IP getrennt voneinander abgeführt werden können. Der jeweilige Ringraum 37, 14 weist einen Stutzen 37', 14' auf, der radial an dem jeweiligen Ringraum 37, 14 angeordnet ist. Der jeweilige Stutzen 37', 14' ist zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der jeweiligen Phase bestimmt.
  • Die Ventile V1 bis V9 der verschiedenen Ausführungsformen sind vorzugsweise als ansteuerbare Ventile ausgestaltet, insbesondere als elektrisch ansteuerbare Ventile, die mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein können.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Schleudertrommel
    2
    Gehäuse
    3
    Trommelunterteil
    4
    Trommeloberteil
    5
    Verschlussring
    6
    Verteiler
    7
    Tellerpaket
    8
    Zulaufrohr
    9
    Flüssigkeitsaustrag
    9'
    Ringraum
    9"
    Stutzen
    10
    Schälscheibenkammer
    11
    Schälscheibe
    12
    innerer Kolbenschieber
    13
    Feststoffaustragsöffnung
    14
    erster Ringraum
    14'
    Stutzen
    15
    erste Austragseinrichtung
    16
    Einspritzkammer
    17
    Einspritzkammer
    18
    Öffnungsfluidzuführung
    19
    Schließfluidzuführung
    20
    Kolbenventil
    21
    zweiter Ringraum
    21'
    Stutzen
    22
    äußerer Kolbenschieber
    22'
    ' Tragring
    23
    Rohr
    24
    Bohrung
    25
    Austragsöffnung
    26
    zweite Austragseinrichtung
    27
    Einspritzleitung
    28
    Einspritzleitung
    29
    Öffnungsfluidzuführung
    30
    Schließfluidzuführung
    31
    Kolbenventil
    32
    Überlaufbohrung
    33
    dritter Ringraum
    33'
    Stutzen
    34
    vierter Ringraum
    34'
    Stutzen
    35
    Kolbenventil
    36
    Öffnungsfluidzuführung
    37
    zweiter Ringraum
    37'
    Stutzen
    38
    Kolbenventil
    39
    Öffnungsfluidzuführungen
    40
    Bohrung
    D
    Drehachse
    S
    Suspension
    LP
    Flüssigkeitsphase
    SP
    Feststoffphase
    IP
    Zwischenphase
    R1
    Radius
    R2
    Radius
    R3
    Radius
    V1, V5
    erstes Öffnungsfluidventil
    V2, V6
    erstes Schließfluidventil
    V3
    zweites Öffnungsfluidventil
    V4
    zweites Schließfluidventil
    V7
    Öffnungsfluidventil
    V8
    Öffnungsfluidventil
    V9
    Öffnungsfluidventil

Claims (20)

  1. Selbstentleerender Separator zur zentrifugalen Trennung einer Suspension S in wenigstens eine leichte Flüssigkeitsphase LP, eine schwere Feststoffphase SP und eine mittelschwere Zwischenphase IP, der wenigstens folgendes aufweist:
    a) eine um eine Drehachse D drehbare Schleudertrommel (1), in welche die zu verarbeitende Suspension S einleitbar ist,
    b) wenigstens einen Flüssigkeitsaustrag (9) für die leichte Flüssigkeitsphase,
    c) wenigstens eine oder mehrere diskontinuierlich wirkende Feststoffaustragsöffnung(en) (13) für die schwere Feststoffphase SP, der wenigstens eine erste ansteuerbare Austragseinrichtung (15) zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine oder mehreren Feststoffaustragsöffnung(en) (13) diskontinuierlich öffenbar und wieder verschließbar ist/sind, und
    d) wenigstens eine oder mehrere diskontinuierlich wirkende Austragsöffnung(en) (25) für die Zwischenphase IP, dem wenigstens eine zweite ansteuerbare Austragseinrichtung (26) zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine oder mehrere Austragsöffnung(en) (25) für die Zwischenphase IP diskontinuierlich öffenbar und wieder verschließbar ist/sind,
    wobei die zweite diskontinuierlich wirkende Austragseinrichtung (26) unabhängig von der ersten diskontinuierlich wirkenden Austragseinrichtung (15) ansteuerbar ist, so dass der Austrag der Zwischenphase IP vom Austrag der Feststoffphase SP zeitlich unabhängig erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, dass
    e) in oder an die Austragsöffnungen (25) für die Zwischenphase IP stutzenartige Rohre (23) gesetzt sind, deren Länge so ausgelegt ist, dass sie radial bis auf einen Radius R3 in eine sich bei Rotation der Schleudertrommel (1) in dieser radial ausbildende Schicht der Zwischenphase IP reichen, so dass auf diesem Radius R3 der Austrag der Zwischenphase IP aus der Schleudertrommel (1) erfolgt.
  2. Selbstentleerender Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die erste Austragseinrichtung (15) wenigstens ein fluidisch, insbesondere hydraulisch, und/oder elektrisch ansteuerbares sowie mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel umfasst, mit der die wenigstens eine oder die mehreren Feststoffaustragsöffnung(en) (13) öffenbar und verschließbar ist/sind, und
    - die zweite Austragseinrichtung (26) wenigstens ein fluidisch, insbesondere hydraulisch, und/oder elektrisch ansteuerbares sowie mechanisch wirkendes Öffnungs- und Verschlussmittel umfasst, mit der die wenigstens eine oder mehreren Austragsöffnung(en) (25) für die Zwischenphase IP öffenbar und verschließbar ist/sind.
  3. Selbstentleerender Separator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung (15) ein in der oder außen an der Schleudertrommel (1) angeordneter und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber (12) ist, der in verschiedene Stellungen bewegbar ist, um die eine oder mehreren Feststoffaustragsöffnungen (13) in einer Öffnungsstellung zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  4. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung (15) wenigstens eines oder mehrere elektrisch oder fluidisch ansteuerbare Ventile, insbesondere Kolbenventile (38), aufweist, die der oder den jeweiligen Feststoffaustragsöffnungen (13) zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  5. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung (26) ein außen an der Schleudertrommel (1) angeordneter und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber (22) ist, der in verschiedene Stellungen bewegbar ist, um die eine oder mehreren Austragsöffnungen (25) für die Zwischenphase IP in einer Öffnungsstellung zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  6. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung (26) wenigstens eines oder mehrere elektrisch oder fluidisch ansteuerbare Ventile, insbesondere Kolbenventile (35), aufweist, die der oder den jeweiligen Austragsöffnungen (25) für die Zwischenphase zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  7. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung ein in der Schleudertrommel (1) angeordneter und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber (12) ist und dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung (26) ein außen an der Schleudertrommel (1) angeordneter weiterer und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber (22) ist.
  8. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 - 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der der ersten Austragseinrichtung ein in der Schleudertrommel (1) angeordneter und insbesondere hydraulisch ansteuerbarer Kolbenschieber (12) ist und dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung (26) hydraulisch oder elektrisch ansteuerbare Kolbenventile (35), aufweist, die den jeweiligen Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  9. Selbstentleerender Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 - 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der ersten Austragseinrichtung hydraulisch oder elektrisch ansteuerbare Kolbenventile (38), aufweist, die den jeweiligen Feststoffaustragsöffnungen zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen und dass das mechanisch wirkende Öffnungs- und Verschlussmittel der zweiten Austragseinrichtung (26) weitere hydraulisch oder elektrisch ansteuerbare Kolbenventile (35) aufweist, die den jeweiligen Austragsöffnungen für die Zwischenphase IP zugeordnet sind, um diese zu öffnen oder in einer Schließstellung zu verschließen.
  10. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die stutzenartigen Rohre (23) auf dem Umfang eines Trommelunterteils (3) verteilt sind.
  11. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche 1bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stutzenartigen Rohre (23) auf dem Umfang des inneren Kolbenschiebers (12) verteilt sind.
  12. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R3 kleiner ist als ein Radius R2, auf dem die Feststoffaustragsöffnungen (13) angeordnet sind, jedoch größer ist als ein Radius R1, auf dem die Flüssigkeitsphase LP ausgetragen wird.
  13. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem Flüssigkeitsaustrag (9) eine Schälscheibe (11) zugeordnet ist.
  14. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zu verarbeitende Suspension S durch ein Zulaufrohr (8) und einen Verteiler (6) in die Schleudertrommel (1) einleitbar ist.
  15. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetragene Feststoffphase SP durch die wenigstens eine Feststoffaustragsöffnung (13) in einen ersten Ringraum (14) gelangt, der in einem haubenartigen Gehäuse (2) angeordnet ist und einen radial an dem ersten Ringraum (14) angeordneten Stutzen (14') zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Feststoffphase SP aufweist.
  16. Selbstentleerender Separator nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetragene Zwischenphase IP durch die wenigstens eine Austragsöffnung (25) in einen weiteren Ringraum (33, 37) gelangt, der in dem haubenartigen Gehäuse (2) angeordnet ist und einen radial an dem weiteren Ringraum (33, 37) angeordneten Stutzen (33', 37') zum Anschluss eines Schlauchs oder einer Leitung zur weiteren Ableitung der Zwischenphase IP aufweist.
  17. Verfahren zum Betrieb eines selbstentleerenden Separators nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Bereitstellen des in Betrieb befindlichen selbstentleerenden Separators sowie einer Suspension S,
    b) Einleiten der Suspension S in ein Zentrifugalfeld einer Schleudertrommel (1) des Separators durch ein Zulaufrohr (8) und einen Verteiler (6),
    c) Austragen wenigstens einer Flüssigkeitsphase LP durch den Flüssigkeitsaustrag (9),
    d) Diskontinuierliches Austragen einer Feststoffphase SP durch wenigstens eine Feststoffaustragsöffnung (13), der eine erste Austragseinrichtung (15) zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine Feststoffaustragsöffnung (13) diskontinuierlich öffenbar und verschließbar ist,
    e) Diskontinuierliches Austragen einer Zwischenphase IP durch die wenigstens eine Austragsöffnung (25) für die Zwischenphase IP, der die zweite Austragseinrichtung (26) zugeordnet ist, mit der die wenigstens eine Austragsöffnung (25) für die Zwischenphase IP diskontinuierlich öffenbar und verschließbar ist,
    f) wobei die zweite Austragseinrichtung (26) unabhängig von der ersten Austragseinrichtung (15) ansteuerbar ist und angesteuert wird, so dass der Austrag der Zwischenphase IP vom Austrag der Feststoffphase SP entkoppelbar ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b) bis f) zeitlich parallel ablaufen.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte d) und e) periodisch oder aperiodisch ablaufen.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte d) und e) eine unterschiedliche Periodendauer aufweisen.
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