WO2006133804A1 - Drei-phasen-vollmantel-schneckenzentrifuge und verfahren zur regelung des trennprozesses - Google Patents

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WO2006133804A1
WO2006133804A1 PCT/EP2006/005172 EP2006005172W WO2006133804A1 WO 2006133804 A1 WO2006133804 A1 WO 2006133804A1 EP 2006005172 W EP2006005172 W EP 2006005172W WO 2006133804 A1 WO2006133804 A1 WO 2006133804A1
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WO
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drum
phase
screw centrifuge
disc
solid bowl
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Application number
PCT/EP2006/005172
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Wolf-Diethard Sudhues
Tore Hartmann
Ulrich Horbach
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Westfalia Separator Ag
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Priority to DK06754000.5T priority patent/DK1901849T3/en
Priority to US11/922,144 priority patent/US8523749B2/en
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    • 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
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/02—Continuous feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • 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
    • B04B11/08—Skimmers or scrapers for discharging ; Regulating thereof
    • B04B11/082—Skimmers for discharging liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B13/00—Control arrangements specially designed for centrifuges; Programme control of centrifuges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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 three-phase solid bowl screw centrifuge (three-phase decanter) according to the preamble of claim 1 and a method for controlling the separation process with such a centrifuge.
  • US Pat. No. 3,623,656 shows a three-phase decanter with which two liquid phases and one solid phase can be discharged from the drum.
  • the liquid outlets can be adjusted by a conversion of the machine when the machine stops.
  • WO 03/074 185Al shows a three-phase decanter, with which also two liquid phases and one solid phase can be derived from the drum. With a weir, the flow rate of the heavier liquid phase can be adjusted.
  • DE 38 22 983 A1 shows a three-phase decanter, with which also two liquid phases and one solid phase can be derived from the drum, one liquid phase being diverted through a weir and the other through a paring disc.
  • DE 195 00 600 C1 and DE 102 23 802 A1 show two-phase decanters in which the liquid is discharged from a chamber by means of a paring disc.
  • WO 02/062483 A1 shows a method for operating a solid-bowl slug centrifuge.
  • DE 26 17 692 A1 discloses a solid bowl screw centrifuge with a plurality of disk packs from separating discs and a plurality of screw portions.
  • Conversion parts are generally available for adapting to the respective product properties or for adapting the process to the respective conditions in the case of three-phase separating decanters.
  • the invention has the object of reducing the design effort to create a slightly changed in itself product properties adaptable three-phase decanter and specify an advantageous method for its operation.
  • the invention initially provides a three-phase solid bowl screw centrifuge comprising: a rotatable drum and a screw disposed in the drum, at least one solids discharge at one axial end of the drum and at least two or more liquid outlets at the other axial end thereof various dense liquid phases - a lighter liquid phase and a heavier liquid phase - the one liquid outlet being one in ner peeling chamber arranged peeling disk and wherein the other liquid outlet is formed like an overflow, wherein the peeling disk two Regulierusionn preferably the same inner diameter are connected upstream, extending radially from outside to inside and between which a siphon dives in the peeling chamber of the inner circumference extends to the outside, so that between the siphon disc and the paring disc as axial boundaries, the inner radius of the lighter liquid phase in this axial region and the inner shell in the peeling chamber in operation, an annular chamber is formed in the at least one fluid line to change the pressure in the Ring chamber opens, via or through which the pressure in the annular chamber is variable to change the separation zone
  • the annular chamber as means for changing the pressure in the annular chamber on a fluid line for supplying a fluid, in particular a gas in the annular chamber.
  • the overflow for the other phase can be realized by radial discharge pipes, which pass through the drum shell or lid.
  • This basic structure can be realized in particular in two variants: in one, the heavier liquid phase is diverted through the discharge tube and the lighter one through the paring disc and the other the lighter liquid phase through the discharge tube and the heavier one through the paring disc. Both variants allow a good control of the process, but lead to different rule characteristics.
  • the invention also provides a method of operating a three-phase solid bowl screw centrifuge according to any one of the preceding claims, wherein the control of the separation process in the drum in the simplest way by changing the pressure in the annular chamber as a control variable. This variant is preferred because a simple and good control of the separation process is possible.
  • the regulation of the separation process in the drum takes place as a controlled variable as a function of the concentration in the solid phase or in one or both of the liquid phases derived.
  • the invention is also particularly suitable for phase separation in the recovery of hydrometals such as e.g. Cobalt, nickel, copper.
  • the formation of emulsions during the extraction can not be avoided.
  • the extraction and the emulsion consist of three phases, an organic phase, an aqueous phase and solids.
  • the open settling tanks of the extraction are susceptible to contamination from the air. These different dust concentrations lead to a density difference of the individual phases in the emulsion.
  • the decanter according to the invention provides a remedy.
  • the separation diameter within the decanter can be adjusted online by applying pressure to the annulus. This separates the emulsion cleanly into the three phases.
  • hydrometals such as e.g. Cobalt, nickel, copper thus offers considerable advantages.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a portion of the Vollmantel
  • 3 is a schematic sectional view of a portion of the solid shell
  • Fig. 4 is a diagram for illustrating the performance
  • FIG. 1 Controllability of separation and clarification processes with the solid bowl centrifuge according to the invention from FIG. 1; 5 is a sectional view of a second three-phase
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a portion of the solid shell
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a partial region of the solid bowl centrifuge from FIG. 5 in a second operating state
  • Fig. 8 is a diagram for illustrating the performance and the
  • Fig. 1 and 5 show parts of three-phase solid bowl screw centrifuges, which has a rotatably mounted (bearing 17) drum 1 - here with a horizontal axis of rotation - and arranged in the drum 1 rotatable screw 2 with a screw body 3, on which a circumferential Schneckenblatt 4 is arranged.
  • the drum 1 and the screw 2 rotate at different speeds n, m about the same axis of rotation (at the diameter D 0 ).
  • a bearing 16 is arranged between drum 1 and screw body 3.
  • the second bearing of the screw is located on the solid side (not shown here).
  • both the drum 1 and the screw 2 for example conical, taper at one end.
  • a solids discharge 24 is arranged for the solid phase S transported by the screw to this end of the drum 1, whereas two liquid phases LL and FIL separable from each other in the centrifugal field - a lighter and a heavier liquid phase - Area of the opposite cylindrical end of the drum 1, which is closed by a drum cover 5, are derived from the drum 1.
  • a baffle plate 18 may for example be arranged on the worm body 3 in the transition region to the tapering section.
  • An inlet pipe 19 here extends, for example, from the cylindrical end of the drum 1 into the drum 1. It opens into a distributor 20, via which the product is passed into the drum 1.
  • the drum cover 5 has several openings or openings 21, 22 which pass axially through the drum cover. Preferably, between four and eight such openings on a circle of a predetermined diameter circumferentially distributed in the drum cover 5 are formed.
  • first openings 21 - A portion of these openings - hereinafter referred to as first openings 21 - is formed in the manner of one-sided closed recesses (or in the manner of blind holes) and serves to drain the heavier liquid phase HL and a portion of these openings - hereinafter referred to as second openings 22 - serves to discharge the lighter liquid phase LL.
  • FIGS. 1 and 5 are the same.
  • the regions of the decanter 1 arranged downstream of the first and second openings are arranged, as it were, "reversed", or the separating rifle is located in front of the openings leading to the paring disc 9.
  • the heavier-fluid phase-gathering radially further outward-via the cutting-off rifle 6 on the drum cover is guided in each case into a chute which adjoins the cutting-off rifle 6 over a part of the circumference of the cutting rifle 6.
  • tion space 7 - here formed by the openings 21 itself - directed.
  • discharge spaces 7 each projecting the drum shell passing discharge pipes 8, wherein the inner radius to which the respective discharge pipe 8 extends, also miter the drain radius for the heavier liquid phase HL.
  • This discharge radius for the heavier phase HL is not variable during operation or during a running process, but it can be changed or set at a standstill of the drum 1 by exchanging the discharge tube 8 and the tube against one with a different length.
  • the derivative of the lighter liquid phase LL takes place after passing through the second openings 22 by means of a paring disc 9, which is arranged in a peel chamber 10 upstream of the drum shell, which connects axially to the drum interior and whose inner diameter is equal to or - preferably - smaller than that Inner diameter of the drum 1 in its cylindrical portion.
  • the light liquid phase LL is discharged through this peeling disk 9 and a subsequent discharge channel 23 from the drum.
  • the peeling disk 9 are connected to the interior of the drum - see also Figs. 2 and 3 - in the peeling chamber 10 axially upstream two regulating disks 11, 12 of the same inner diameter, which extend radially from outside to inside and between which a siphon disk 13 dives extends in the peeling chamber 10 from the inner circumference to the outside and whose outer diameter is at a larger radius relative to the axis of rotation D of the drum 1 than the inner diameter of the two Regulierusionn 11, 12th
  • the regulating blade 11 facing the cutting-edge gun provides an overflow diameter for the easy liquid phase LL.
  • annular chamber 14 thus forms during operation.
  • this annular chamber 14 opens a fluid supply line 15 through which a fluid, such as a gas can be passed from the outside into the annular chamber 14. It is thus possible to change the pressure in the annular chamber 14, which also causes a change in the radius of the lighter liquid phase and thus reacts on the separation diameter in the drum 1. This makes it possible in a simple way, these two sizes - pond depth (inner radius drum minus the radius at the line D mirror level, eg in Fig. 3) and separation zone between light and heavy phase - during operation only by changing the pressure in the annular chamber 14 to influence or change.
  • a fluid such as a gas
  • the overflow diameter of the lighter phase can be preset.
  • the layer thickness of the lighter phase becomes larger and the outflow velocity smaller (longer sedimentation time).
  • the degree of clarification of the lighter phase is thus increased or better.
  • the crossed hatching indicates a mixed phase or separation zone region.
  • the drain pressure of the lighter phase can be largely varied independently of the chamber pressure.
  • the pressure in the annular chamber 14 is increased in order to move the separation zone in the interior of the drum further outwards to a larger radius. This usually causes a greater layer thickness and a better degree of clarification of the lighter phase or a better phase separation.
  • the diagram of Figure 4 shows the behavior at a constant speed.
  • the liquid filling in the drum 1 is not constant due to the change in pressure.
  • D in each case the diameter in the drum on both sides of the axis of rotation is designated.
  • the diameter D pipes (diameter drain pipes) and D cutting gun are kept constant during operation, although they are per se changeable (by replacement). Constant are also the inner diameter of the drum and the inner diameter of the solids discharge, which are usually not changeable by conversion.
  • the diameter on which the separation zone lies increases with the pressure.
  • the liquid level D level of the mirror in contrast, decreases in inverse proportion to the pressure.
  • FIGS 2 and 3 show schematically the conditions in the drum at two different pressures.
  • control range is smaller in this type of control and can only be used if a change in the drum speed during operation is permitted at all.
  • the diameter of the separation zone then increases with the speed (not shown here).
  • FIG. 5 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 5.
  • the heavier liquid phase is discharged via the regulating disk arrangement and the peeling disk 9, and the lighter liquid phase via the discharge pipe 8, which is achieved in that here the dividing disk-like separating gun in each case before the continuous, second openings open on both sides 26 is arranged.
  • the Scheidewehr 6 thus directs the heavy liquid phase HL to the peeling disc, whereas the light phase in about the discharge pipes 8 is discharged into the blind hole-like or first openings 25 closed at one end.
  • control variable for example - preferably - the concentration distribution of any of the derived phases is used.
  • the pressure of the heavy liquid phase in the light increases, the pressure is reduced to further shift the separation zone in the interior of the drum to a larger radiance. This usually causes a greater layer thickness and a better degree of clarification of the lighter phase.
  • FIG. 8 The corresponding control behavior is illustrated in FIG. 8 by means of an example analogous to FIG. 4.
  • the various diameters are impressed as a function of the pressure in the annular chamber 14.

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Abstract

Eine Drei-Phasen-Vollmantel-Schneckenzentrifuge weist eine drehbare Trommel (1) und eine in der Trommel (1) angeordnete Schnecke (2) auf . Dabei sind an dem einen axialen Ende der Trommel (1) wenigstens ein Feststof faustrag und an ihrem anderen axialen Ende sind wenigstens zwei oder mehr Flüssigkeitsauslasse für verschieden dichte Flüssigkeitsphasen - eine leichtere Flüssigkeitsphase und eine schwerere Flüssigkeitsphase - angeordnet. Der eine Flüssigkeitsauslass weist ferner eine Schälscheibe auf und der andere Flüssigkeitsauslass ist als Überlaufwehr ausgebildet, wobei der Schälscheibe zwei Regulierscheiben (11, 12) gleichen Innendurchmessers vorgeschaltet sind, die sich von radial von außen nach innen hin erstrecken und zwischen die eine Siphonscheibe (13) taucht, die sich in der Schälkammer (10) von deren Innenumfang aus nach außen erstreckt. Derart wird eine Ringkammer (14) ausgebildet, der eine Einrichtung zur Veränderung des Druckes in der Ringkammer (14) zugeordnet ist.

Description

Drei-Phasen-Vollmantel-Schneckenzentrifuge und Verfahren zur Regelung des Trennprozesses
Die Erfindung betrifft eine Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge (Drei- Phasen-Dekanter) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Regelung des Trennprozesses mit einer derartigen Zentrifuge.
Zum Stand der Technik werden die US 3 623 656, die WO 03/074 185Al, die DE 195 00 600 Cl, die DE 102 23 802 Al, die DE 38 22 983 Al, die WO 02/062483 Al und die DE 26 17 692 Al genannt.
Die US 3 623 656 zeigt einen Drei-Phasen-Dekanter, mit dem zwei Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase aus der Trommel ableitbar sind. Die Flüssigkeitsauslasse sind bei einem Stopp der Maschine durch Umbau einstellbar.
Die WO 03/074 185Al zeigt einen Drei-Phasen-Dekanter, mit dem ebenfalls zwei Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase aus der Trommel ableitbar sind. Mit einem Wehr kann die Ablaufmenge der schwereren Flüssigkeitsphase eingestellt werden.
Die DE 38 22 983 Al zeigt einen Drei-Phasen-Dekanter, mit dem ebenfalls zwei Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase aus der Trommel ableitbar sind, wobei die eine Flüssigkeitsphase durch ein Wehr und die andere durch eine Schälscheibe abgeleitet wird.
Die DE 195 00 600 Cl und die DE 102 23 802 Al zeigen Zwei-Phasen-Dekanter, bei welchen die Flüssigkeit aus einer Kammer mittels einer Schälscheibe abgeleitet wird.
Die WO 02/062483 Al zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Vollmantel- S chneckenzentrifuge .
Die DE 26 17 692 Al offenbart eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit mehreren Tellerpakten aus Trenntellern und mehreren Schneckenbereichen. . Bei Drei-Phasen-Trenndekantern stehen zur Anpassung an die jeweiligen Produkteigenschaften bzw. zur Anpassung des Prozesses an die jeweiligen Gegebenheiten in der Regel Umbauteile zur Verfügung.
Ändern sich beispielsweise beim Prozess der Olivenölgewinnung in einem Drei- Phasenverfahren die Produkteigenschaften der Olive vom Beginn bis zum Ende der Ernte, kann es erforderlich sein, den Verarbeitungsprozess zu stoppen, den Rotor auszubauen und andere Regulierscheiben und/oder Regulierrohre einzubauen. Dies ist zeitaufwendig und kostenintensiv.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die schwerere Phase mittels einer außerhalb der Trommel angeordneten, nicht rotierende Drosselscheibe zu regeln und die leichtere Phase mit einer Schälscheibe auszuleiten. Diese Konstruktion hat sich zwar bewährt, sie erfordert aber aus konstruktiver Sicht zumindest den Einsatz einer verschieblichen Drosselscheibe.
Durch eine Variation des Androsselns an der Schälscheibe allein ist der Prozess dagegen nicht genügend auf die Produkteigenschaften einstellbar, um einen Umbau zu vermeiden.
Die Erfindung hat demgegenüber die Aufgabe, den konstruktiven Aufwand zur Schaffung eines leicht an sich veränderte Produkteigenschaften anpassbaren Drei-Phasen- Dekanters zu verringern und ein vorteilhaftes Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung schafft zunächst eine Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge, die folgendes aufweist: eine drehbare Trommel und eine in der Trommel angeordnete Schnecke, an dem einen axialen Ende der Trommel wenigstens einen Feststoffaustrag und an deren anderen axialen Ende wenigstens zwei oder mehr Flüssigkeitsauslasse für verschieden dichte Flüssigkeitsphasen - eine leichtere Flüssigkeitsphase und eine schwerere Flüssigkeitsphase - wobei der eine Flüssigkeitsauslaß eine in ei- ner Schälkammer angeordnete Schälscheibe aufweist und wobei der andere Flüssigkeitsauslaß überlaufartig ausgebildet ist, wobei der Schälscheibe zwei Regulierscheiben vorzugsweise gleichen Innendurchmessers vorgeschaltet sind, die sich radial von außen nach innen hin erstrecken und zwischen die eine Siphonscheibe taucht, die sich in der Schälkammer von deren Innenumfang aus nach außen erstreckt, so dass zwischen der Siphonscheibe und der Schälscheibe als axialen Begrenzungen, dem inneren Radius der leichteren Flüssigkeitsphase in diesem axialen Bereich und dem Innenmantel in der Schälkammer im Betrieb eine Ringkammer ausgebildet ist, in die wenigstens eine Fluidleitung zur Veränderung des Druckes in der Ringkammer mündet, über bzw. durch die der Druck in der Ringkammer veränderlich ist, um die Trennzone und/oder die Teichtiefe in der Trommel zu verändern. Es können auch eine Zu- und eine Ableitung für Fluid in und aus der Kammer vorgesehen sein.
Durch eine Veränderung des Druckes in der Ringkammer - ggf. in Verbindung mit einer Androsselung der Schälscheibe - lässt sich die Trennzone in der Trommel auf einfache Weise verschieben, was auch zu einer Veränderung des Flüssigkeitsspiegels fuhrt. Ein durch Änderungen der Eigenschaften des Produktes ansonsten eigentlich erforderlicher Umbau kann durch Ausnutzung des gegebenen Regelbereiches in der Regel entfallen. Der konstruktive Aufwand zur Schaffung der Ringkammer ist gering.
Bevorzugt weist die Ringkammer als Einrichtung zur Veränderung des Druckes in der Ringkammer eine Fluidleitung zur Zuleitung eines Fluids, insbesondere eines Gases in die Ringkammer auf.
Der Überlauf für die andere Phase kann durch radiale Ableitungsrohre realisiert werden, die den Trommelmantel oder -deckel durchsetzen.
Dieser Grundaufbau ist insbesondere in zwei Varianten realisierbar: Bei der einen wird die schwerere Flüssigkeitsphase durch das Ableitungsrohr und die leichtere durch die Schälscheibe und bei der anderen die leichtere Flüssigkeitsphase durch das Ableitungsrohr und die schwerere durch die Schälscheibe abgeleitet. Beide Varianten erlauben eine gute Steuerung des Prozesses, fuhren aber zu unterschiedlichen Regelcharak- teristiken. Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Regelung des Trennvorganges in der Trommel in einfachster Weise durch ein Verändern des Druckes in der Ringkammer als Stellgröße erfolgt. Diese Variante wird bevorzugt, da eine einfache und gute Regelung des Trennvorganges möglich ist.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Regelung des Trennvorganges in der Trommel durch ein Verändern der Drehzahl der Trommel als Stellgröße erfolgt.
Besonders bevorzugt erfolgt die die Regelung des Trennvorganges in der Trommel in Abhängigkeit von der Konzentration in der Feststoffphase oder in einer oder beiden abgeleiteten Flüssigkeitsphasen als Regelgröße.
Die Erfindung eignet sich insbesondere auch zur Phasentrennung bei der Gewinnung von Hydrometallen wie z.B. Kobalt, Nickel, Kupfer.
Gerade bei der Gewinnung von Hydrometallen wie Kobalt, Nickel, Kupfer ist die E- mulsionsbildung bei der Extraktion nicht zu vermeiden. Die Extraktion sowie die E- mulsion bestehen aus drei Phasen, einer organischen Phase, wässrige Phase und Fest- Stoffen. Die offenen Absetzbecken der Extraktion sind anfallig für Verunreinigungen aus der Luft. Diese unterschiedlichen Staubkonzentrationen führen zu einem Dichteunterschied der einzelnen Phasen in der Emulsion. Hier schafft der erfindungsgemäße Dekanter Abhilfe.
Um diesen dynamischen Prozessanforderungen gerecht zu werden, kann der Trenndurchmesser innerhalb des Dekanters online mit Hilfe einer Aufschlagung von Druck in die Ringkammer angepasst werden. Dadurch wird die Emulsion sauber in die drei Phasen voneinander getrennt. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zentrifuge bei der Emulsionstrennung bei der Gewinnung von Hydrometallen wie z.B. Kobalt, Nickel, Kupfer bietet damit erhebliche Vorteile.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen Dreiphasen-
Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht eines Teilbereiches der Vollmantel-
Zentrifuge aus Fig. 1 in einem ersten Betriebszustand; Fig. 3 eine schematisierte Schnittansicht eines Teilbereiches der Vollmantel-
Zentrifuge aus Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Betriebsverhaltens und der
Regelbarkeit von Trenn- und Klärprozessen mit der erfindungsgemäßen Vollmantel-Zentrifuge aus Fig. 1 ; Fig. 5 eine Schnittansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Dreiphasen-
Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
Fig. 6 eine schematisierte Schnittansicht eines Teilbereiches der Vollmantel-
Zentrifuge aus Fig. 5 in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 7 eine schematisierte Schnittansicht eines Teilbereiches der Vollmantel- Zentrifuge aus Fig. 5 in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Betriebsverhaltens und der
Regelbarkeit von Trenn- und Klärprozessen mit der erfindungsgemäßen Vollmantel-Zentrifuge aus Fig. 5.
Fig. 1 und 5 zeigen Teile von Dreiphasen- Vollmantel-Schneckenzentrifugen, die eine drehbar gelagerte (Lager 17) Trommel 1 - hier mit horizontaler Drehachse - und eine in der Trommel 1 angeordnete drehbare Schnecke 2 mit einem Schneckenkörper 3 aufweist, auf dem ein umlaufendes Schneckenblatt 4 angeordnet ist. Im Betrieb drehen sich die Trommel 1 und die Schnecke 2 mit unterschiedlichen Drehzahlen n, m um dieselbe Drehachse (am Durchmesser D0). Zwischen Trommel 1 und Schneckenkörper 3 ist ein Lager 16 angeordnet. Das zweite Lager der Schnecke befindet sich auf der Feststoffseite (hier nicht dargestellt).
An ihrem einen Ende verjüngen sich in der Regel sowohl die Trommel 1 als auch die Schnecke 2, z.B. konisch. Am sich verjüngenden Ende der Trommel 1 ist ein Fest- stoffaustrag 24 für die von der Schnecke zu diesem Ende der Trommel 1 transportierte Feststoffphase S angeordnet, wohingegen zwei voneinander im Zentrifugalfeld trennbare flüssige Phasen LL und FIL - eine leichtere und eine schwerere flüssige Phase - im Bereich des gegenüber liegenden zylindrischen Endes der Trommel 1, die von ei- nem Trommeldeckel 5 verschlossen ist, aus der Trommel 1 abgeleitet werden. Auf dem Schneckenkörper 2 kann beispielsweise im Übergangsbereich zu dem sich verjüngenden Abschnitt eine Stauscheibe 18 auf dem Schneckenkörper 3 angeordnet sein.
Ein Einlaufrohr 19 erstreckt sich hier beispielhaft vom zylindrischen Ende der Trommel 1 her in die Trommel 1. Es mündet in einen Verteiler 20, über den das Produkt in die Trommel 1 geleitet wird.
Der Trommeldeckel 5 weist mehrere den Trommeldeckel axial durchsetzende Durch- brüche bzw. Öffnungen 21, 22 auf. Vorzugsweise sind zwischen vier und acht derartiger Öffnungen auf einem Kreis eines vorgegebenen Durchmessers umfangsverteilt im Trommeldeckel 5 ausgebildet.
Ein Teil dieser Öffnungen - nachfolgend erste Öffnungen 21 genannt - ist nach Art von einseitig geschlossenen Ausnehmungen (bzw. nach Art von Sacklöchern) ausgebildet und dient zum Ableiten der schwereren Flüssigkeitsphase HL und ein Teil dieser Öffnungen - nachfolgend zweite Öffnungen 22 genannt - dient zum Ableiten der leichteren Flüssigkeitsphase LL.
Um dies zu realisieren, ist einem Teil der Öffnungen - den ersten Öffnungen 21 - ein scheidetellerähnliches Scheidewehr 6 vorgeschaltet, das jeweils derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass über den äußeren Radius dieses Scheidewehrs 6 in allen vorgesehenen Betriebszuständen nur die schwere Phase abgeleitet wird. Die zweiten Öffnungen 22 weisen dagegen kein derartiges Scheidewehr auf.
Insoweit gleichen sich die Konstruktionen der Fig. 1 und 5.
Nach Fig. 1 und 5 sind dagegen die den ersten und zweiten Öffnungen nachgeordneten Bereiche des Dekanters 1 quasi „vertauscht" angeordnet bzw. das Scheidewehr befin- det sich vor den Öffnungen, die zur Schälscheibe 9 führen.
Dies sei nachstehend näher erläutert.
Nach Fig. 1 wird die schwerere - sich radial weiter außen sammelnde - Flüssigkeits- phase über das Scheidewehr 6 am Trommeldeckel jeweils in einen sich an den Scheidewehr 6 über einen Teil des Umfanges des Scheidewehrs 6 anschließenden Ablei- tungsraum 7 - hier durch die Öffnungen 21 selbst gebildet - geleitet. In die Ableitungsräume 7 ragen jeweils den Trommelmantel durchsetzende Ableitungsrohre 8, wobei der innere Radius, bis zu dem sich das jeweilige Ableitungsrohr 8 erstreckt, auch den Ablaufradius für die schwerere Flüssigkeitsphase HL mitbestimmt.
Dieser Ableitungsradius für die schwerere Phase HL ist im Betrieb bzw. während eines laufenden Prozesses nicht variabel, er kann aber beim Stillstand der Trommel 1 durch einen Austausch des Ableitungsrohres 8 bzw. des Röhrchens gegen ein solches mit einer anderen Länge geändert bzw. voreingestellt werden.
Die Ableitung der leichteren Flüssigkeitsphase LL erfolgt dagegen nach Durchtreten der zweiten Öffnungen 22 mit Hilfe einer Schälscheibe 9, die in einer dem Trommelmantel vorgeschalteten Schälkammer 10 angeordnet ist, welche sich axial an den Trommelinnenraum anschließt und deren Innendurchmesser gleich oder - bevorzugt - kleiner ist als der Innendurchmesser der Trommel 1 in deren zylindrischem Bereich. Die leichte Flüssigkeitsphase LL wird durch diese Schälscheibe 9 und einen sich an diese anschließenden Ableitungskanal 23 aus der Trommel abgeleitet.
Der Schälscheibe 9 sind zum Trommelinnenraum hin - siehe auch Fig.- 2 und 3 - in der Schälkammer 10 axial zwei Regulierscheiben 11, 12 gleichen Innendurchmessers vorgeschaltet, die sich radial von außen nach innen hin erstrecken und zwischen die eine Siphonscheibe 13 taucht, die sich in der Schälkammer 10 von deren Innenumfang aus nach außen erstreckt und deren Außendurchmesser auf einem größeren Radius relativ zur Drehachse D der Trommel 1 liegt als der Innendurchmesser der zwei Regu- lierscheiben 11, 12.
Die zum Scheidewehr gewandte Regulierscheibe 11 gibt einen Überlaufdurchmesser für die leichte Flüssigkeitsphase LL vor.
Zwischen der Siphonscheibe 13 und der Schälscheibe 9 als den axialen Begrenzungen, dem inneren Radius der leichteren Flüssigkeitsphase in diesem axialen Bereich und dem Innenmantel bzw. der Innenwandung der Schälkammer 10 in diesem Bereich bildet sich damit im Betrieb eine Ringkammer 14 aus.
In diese Ringkammer 14 mündet eine Fluidzuleitung 15, durch die von außen ein Fluid, z.B. ein Gas in die Ringkammer 14 geleitet werden kann. Derart ist es möglich, den Druck in der Ringkammer 14 zu verändern, was auch eine Veränderung des Radius der leichteren Flüssigkeitsphase bewirkt und somit auf den Trenndurchmesser in der Trommel 1 rückwirkt. Damit ist es auf einfache Weise mög- lieh, diese beiden Größen - Teichtiefe (Innenradius Trommel minus dem Radius an der Linie D-Spiegelstand; z.B. in Fig. 3) und Trennzone zwischen leichter und schwerer Phase - während des Betriebes nur durch Änderung des Druckes in der Ringkammer 14 zu beeinflussen bzw. zu verändern.
Durch die Wahl des Durchmessers der Regulierscheiben 11, 12 bzw. durch deren Austausch lässt sich der Überlaufdurchmesser der leichteren Phase voreinstellen.
Wird der Druck in der Ringkammer 14 erhöht, steigt im Trommelinnenraum der Flüssigkeitsspiegel zum Zentrum (Teichtiefe). Analog hierzu schiebt sich der Trennzonen- durchmesser weiter nach außen (man vergleiche Fig. 2 und 3).
Damit wird die Schichtdicke der leichteren Phase (senkrecht gestrichelt) größer und die Abströmgeschwindigkeit kleiner (längere Sedimentationszeit). Der Klärgrad der leichteren Phase wird damit erhöht bzw. besser.
Da die Trennzone nach außen wandert, wird der Klärgrad der schwereren Phase (waagerecht gestrichelt) tendenziell damit eher schlechter. Mit der gekreuzten Schraffur ist ein Mischphasen- bzw. Trennzonenbereich bezeichnet.
Der Ablaufdruck der leichteren Phase (Schälscheibendruck) kann größtenteils unabhängig vom Kammerdruck variiert werden.
Nimmt beispielsweise die Konzentration der schweren Phase (oder Mischphase) zu, wird der Druck in der Ringkammer 14 erhöht, um die Trennzone im Trommelinnen- räum weiter nach außen auf einen größeren Radius zu verschieben. Dies bewirkt in der Regel eine größere Schichtdicke und einen besseren Klärgrad der leichteren Phase bzw. eine bessere Phasentrennung.
Das vorstehend geschilderte tendenzielle Verhalten ist auch dem Diagramm der Fig. 4 zu entnehmen. In dem Diagramm sind die Durchmesser des Ablaufs für die leichte und die schwere Flüssigkeitsphase eingetragen sowie der Spiegelstand D Spiegelstand in der Trommel 1 und der Trenndurchmesser D Trenn in Abhängigkeit vom Druck in der Ringkammer 14.
Das Diagramm der Figur 4 zeigt das Verhalten bei einer konstanten Drehzahl. Die Flüssigkeitsfüllung in der Trommel 1 ist infolge der Veränderung des Druckes nicht konstant. Mit D ist jeweils der Durchmesser in der Trommel beidseits der Drehachse bezeichnet. Die Durchmesser D Rohre (Durchmesser Ableitungsrohre) und D Scheidewehr werden beim Betrieb jeweils konstant gehalten, obwohl sie an sich veränderlich sind (durch Austausch). Konstant sind ferner der Innendurchmesser der Trommel und der Innendurchmesser des Feststoffaustrages, die in der Regel auch nicht durch Umbau veränderlich sind. Der Durchmesser, auf welchem die Trennzone liegt (Trenndurchmesser) steigt mit dem Druck an. Der Flüssigkeitsspiegel D Spiegelstand sinkt dagegen umgekehrt proportional zum Druck.
Fig. 2 und 3 zeigen die Verhältnisse in der Trommel schematisch bei zwei verschiedenen Drücken.
Es ist auch möglich, während des Betriebes einen Druck in der Ringkammer 14 fest vorzugeben und dann allein durch Veränderung der Trommeldrehzahl eine Veränderung des Trenndurchmessers in der Trommel zu erreichen. Diese Veränderung der Drehzahl kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Konzentrationsmessung des Produktzu- oder -ablaufs erfolgen.
Der Regelbereich ist bei dieser Art der Regelung jedoch kleiner und kann auch nur eingesetzt werden, wenn ein Verändern der Trommeldrehzahl im Betrieb überhaupt zulässig ist. Der Durchmesser der Trennzone steigt dann mit der Drehzahl (hier nicht dargestellt).
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 5. Hier wird über die Regulierscheibenanordnung und die Schälscheibe 9 die schwerere Flüssigkeitsphase und über Ableitungsrohr 8 die leichtere Flüssigkeitsphase abgeleitet, was dadurch erreicht wird, dass hier das scheidetellerähnliche Scheidewehr jeweils vor den durchgehenden, beidseitig of- fenen zweiten Öffnungen 26 angeordnet ist. Das Scheidewehr 6 leitet damit hier die schwere Flüssigkeitsphase HL zur Schälscheibe, wohingegen die leichte Phase in über die Ableitungsrohre 8 in den sacklochartigen bzw. an einem Ende geschlossenen ersten Öffnungen 25 abgeleitet wird.
In der Ringkammer 14 wirkt der Druck damit auf die schwerere Flüssigkeitsphase ein.
Wird der Druck in der Ringkammer 14 bei dem Ausfiihrungsbeispiel erhöht, verschiebt sich auf der Trommelseite der Siphonscheibe 13 der Innendurchmesser der schwereren Phase zum Zentrum und der Trennzonendurchmesser verschiebt sich weiter nach innen hin bzw. wird verringert. Dies hat zur Folge, dass die Schichtdicke der leichteren Phase LL kleiner wird und dass sich die Abströmgeschwindigkeit erhöht. Der Klärgrad der leichteren Phase wird damit herabgesetzt. Fig. 6 zeigt den Zustand höheren Drucks und Fig. 7 den Zustand nach einer Druckabsenkung in der Ringkammer 14.
Da die Trennzone weiter nach innen wandert, wird dagegen der Klärgrad der schwereren Phase besser.
Als Regelgröße wird dabei beispielsweise - bevorzugt - die Konzentrationsverteilung irgendeiner der abgeleiteten Phasen verwendet.
Nimmt beispielsweise der Druck der Schweren Flüssigkeitsphase in der leichten zu, wird der Druck verringert, um die Trennzone im Trommelinnenraum weiter nach außen auf einen größeren Radis zu verschieben. Dies bewirkt in der Regel eine größere Schichtdicke und einen besseren Klärgrad der leichteren Phase.
Das entsprechende Regelverhalten veranschaulicht Fig. 8 anhand eines Beispiels analog zu Fig. 4. Augetragen sind wiederum die verschiedenen Durchmesser in Abhängigkeit vom Druck in der Ringkammer 14.
Es ist auch hier möglich, während des Betriebes einen Druck in der Ringkammer 14 fest vorzugeben und dann allein durch Veränderung der Trommeldrehzahl eine Veränderung des Trenndurchmessers in der Trommel zu erreichen. Diese Veränderung der Drehzahl kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Konzentrationsmessung des Produktzu- oder -ablaufs erfolgen. Der Regelbereich ist bei dieser Art der Regelung jedoch kleiner und kann auch nur eingesetzt werden, wenn ein Verändern der Trommeldrehzahl im Betrieb überhaupt zulässig ist.
Bezugszeichen
Trommel 1
Schnecke 2
Schneckenkörper 3
Schneckenblatt 4
Trommeldeckel 5
Scheidewehr 6
Ableitungsraum 7
Ableitungsrohr 8
Schälscheibe 9
Schälkammer 10
Regulierscheiben 11, 12
Siphonscheibe 13
Ringkammer 14
Fluidzuleitungen 15
Lager 16, 17
Stauscheibe 18
Einlaufrohr 19
Verteiler 20
Öffnungen 21, 22
Ableitungskanal 23
Feststoffauslass 24
Öffnungen 25, 26
Flüssigkeitsphasen LL5 HL
Feststoffphase S
Drehzahlen n, m

Claims

Ansprüche
1. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge, die folgendes aufweist: a. eine drehbare Trommel (1) und eine in der Trommel (1) angeordnete
Schnecke (2), b. an dem einen axialen Ende der Trommel (1) wenigstens einen Feststoff- austrag und an ihrem anderen axialen Ende wenigstens zwei oder mehr Flüssigkeitsauslasse für verschieden dichte Flüssigkeitsphasen - eine leichtere Flüssigkeitsphase (LL)und eine schwerere Flüssigkeitsphase
(HL), c. wobei der eine Flüssigkeitsauslaß eine in einer Schälkammer (10) angeordnete Schälscheibe (9) aufweist und wobei der andere Flüssigkeitsauslaß überlaufartig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass d. der Schälscheibe (9) zwei Regulierscheiben (11, 12) vorzugsweise gleichen Innendurchmessers vorgeschaltet sind, die sich radial von außen nach innen hin erstrecken und zwischen die eine Siphonscheibe (13) taucht, die sich in der Schälkammer (10) von deren Innenumfang aus nach außen erstreckt, e. so dass zwischen der Siphonscheibe (13) und der Schälscheibe (9) als axialen Begrenzungen, dem inneren Radius der leichteren Flüssigkeitsphase in diesem axialen Bereich und dem Innenmantel in der Schälkammer (10) im Betrieb eine Ringkammer (14) ausgebildet ist, f. in die wenigstens eine Fluidleitung zur Veränderung des Druckes in der
Ringkammer mündet, über die der Druck in der Ringkammer veränderlich ist, um die Trennzone und/oder die Teichtiefe in der Trommel zu verändern.
2. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch erste und zweite axiale Öffnungen (21, 22; 25, 26) im Trommeldeckel, wobei den ersten oder den zweiten Öffnungen ein scheide- tellerartiges Scheidewehr zugeordnet ist.
3. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Öffnungen - die ersten oder zweiten Öff- nungen (21, 22; 25, 26) sacklochartig an einem axialen Ende geschlossen kammerartig ausgebildet sind.
4. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auslegung des Scheidewehrs (6) derart, dass die schwerere Flüssigkeitsphase über das scheidetellerartige Scheidewehr (6) in wenigstens einen Ableitungsraum (7) leitbar ist, in den als Überlauf wenigstens ein den Trommelmantel durchsetzendes Ableitungsrohr (8) eingesetzt ist.
5. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anordnung des Scheidewehrs derart, dass die leichtere Flüssigkeitsphase im Betrieb zur Schälscheibe (9) geleitet wird.
6. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet durch eine Anordnung des Scheidewehrs (6) derart, dass die leichtere Flüssigkeitsphase in den Ableitungsraum (7) leitbar ist, in den als Überlauf ein den Trommelmantel durchsetzendes Ableitungsrohr (8) eingesetzt ist.
7. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anordnung des Scheidewehrs derart, dass die schwerere Flüssigkeitsphase im Betrieb zur Schälscheibe (9) gelei- tet wird.
8. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schälscheibe (9) in der Schälkammer (10) angeordnet ist, welche sich axial an den Trommelinnenraum anschließt und deren Innendurchmesser gleich oder vorzugsweise kleiner ist als der Innendurchmesser der Trommel (1) in deren zylindrischem Bereich und dass die zwei Regulierscheiben (11, 12) und die Siphonscheibe (13) der Schälscheibe (9) in der Schälkammer (10) vorgeschaltet sind.
9. Drei-Phasen- Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere vier bis acht, erste und zweite Öffnungen (21, 22) im Trommeldeckel auf einem gedachten Kreis umfangsverteilt angeordnet sind, wobei jeder zweiten Öffnung eines der Scheidewehre zugeordnet ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Drei-Phasen- Vollmantel-
Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Trennvorganges in der Trommel durch ein Verändern des Druckes in der Ringkammer (14) erfolgt.
11. Verfahren zum Betreiben einer Drei-Phasen- Vollmantel-
Schneckenzentrifuge, die nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Trennvorganges in der Trommel durch ein Verändern der Drehzahl der Trommel erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Trennvorganges in der Trommel in Abhängigkeit von der Konzentrationsverteilung in wenigstens einer der abgeleiteten Phasen erfolgt.
13. Verwendung einer Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Drei-Phasentrennung einer Emulsion, die bei der Gewinnung von Hydrome- tallen wie z.B. Kobalt, Nickel, Kupfer entsteht.
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