[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zur kontinuierlichen Trennung von
Feststoff-Flüssigkeitsgemischen sowie Gemischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher
Dichte, die mit einer Einlaßkammer für die zu trennenden Phasen sowie mit Auslässen
für den Austrag der getrennten Phasen versehen ist.
[0002] Bei den bekannten Zentrifugen, die normalerweise für die Abscheidung derartiger Aufgabemischungen
eingesetzt werden, handelt es sich um Rohrmantel-Tellerzentrifugen und Dreiphasen-Vollmantel-Schneckenzentrifugen.
Alle diese bekannten Zentrifugentypen sind nur mit zwei Hauptkammern ausgestattet,
und zwar mit einer Flüssigkeits- bzw. Wasserkammer und einer Trennkammer, in die die
Aufgabemischung eingeführt wird. Beide Kammern werden durch ein im Austragsbereich
der Zentrifuge angeordnetes Ablenkblech bzw. eine Trennwand gebildet, die mit dem
äußeren Rand bis etwa in den Grenzschichtbereieh der voneinander zu trennenden Flüssigkeitsphasen
hineinragt. Im Betrieb dieser bekannten Zentrifugen ist jedoch nicht zu vermeiden,
daß aufgrund von Abweichungen im Niveau der Grenzschichten zwischen den Flüssigkeitsphasen
sowie aufgrund von Veränderungen der Flüssigkeitsdichten bzw. Viskositäten es im Austragsbereich
der Zentrifuge zu einer Vermischung der im Trennraum der Zentrifuge bereits voneinander
getrennten Phasen kommt, und zwar durch Umgehung bzw. Umströmung der Trennwand, die
die beiden Kammern bildet. Mit diesen bekannten Zentrifugen können daher die einzelnen,
in den Zentrifugen voneinander getrennten Phasen nicht in schwankenden Betriebszuständen
immer in reiner Form aus den Zentrifugen abgeführt und gewonnen werden.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zentrifugenkonstruktion zu schaffen,
die trotz Veränderungen in der Flüssigkeitsdichte, der Viskosität und der Durchflußmenge
der einen oder anderen Phase die Gewinnung der in der Zentrifuge voneinander getrennten
Phasen in möglichst reiner Form ermöglicht..Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
im Austragsbereich der Zentrifuge mit Abstand voneinander Trennwände angeordnet sind,
die für die einzelnen Phasen eigene Kammern bilden, welche mit den entsprechenden
Auslässen bzw. Überlaufwehren in offener Verbindung stehen. In diesen von den erfindungsgemäßen
Trennwänden gebildeten Kammern, in denen sich der Spiegel der flüssigen Phasen nach
Art kommunizierender Gefäße einstellt, können sich die einzelnen Phasen ungestört
sammeln, von wo sie durch entsprebhende Auslässe nach außen abgeführt werden. Bei
den Auslässen handelt es sich hierbei sehr vorteilhaft um Überläufe. Durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen wird daher sehr vorteilhaft - trotz von im Betrieb der Zentrifuge auftretenden
Abweichungen in der Flüssigkeitsdichte, der Viskosität und der Durchflußmenge der
einen oder anderen Flüssigkeitsphase - eine verhältnismäßig stabile Lage der Grenzschichten
zwischen den Flüssigkeitsphasen erreicht, wodurch bereits im Trennraum Vermischungen
der in der Zentrifuge voneinander getrennten Phasen weitgehend vermieden werden.
[0004] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Trennwände
in ihrer Eintauchtiefe in die voneinander zu trennenden Phasen verstellbar angeordnet.
Auf diese Weise können sehr vorteilhaft die Trennwände auf die im Betrieb sich jeweils
einstellenden Grenzflächenschichten der voneinander zu trennenden Phasen eingestellt
werden. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn mit starken Abweichungen
in der Flüssigkeitsdichte, der Viskosität und/oder der Durchflußmenge der einen oder
anderen Flüssigkeitsphase des Aufgabegutes zu rechnen ist.
[0005] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennwand an der Peripherie
mit Ausnehmungen versehen. Auf diese Weise wird der Übertritt der jeweils abgetrennten
Phase von der einen Kammer in die Sammelkammer begünstigt.
[0006] Bei einer Zentrifuge mit Schneckenaustrag sind gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung die Trennwände in den Schneckengängen und/oder an den
Schneckenwendeln angeordnet. Hierdurch können sehr vorteilhaft sowohl Feststoff-Flüssigkeitsgemische
als auch Gemische von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte gleichzeitig voneinander
getrennt werden.
[0007] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind für den Austrag
der einzelnen Phasen als Auslässe Rohre vorgesehen, die von den Kammern ausgehend,
etwa radial und/oder axial nach außen geführt sind. Auf diese Weise wird ein besonders
störungsfreier Austrag der flüssigen Phasen aus der Zentrifugentrommel erreicht. Auch
können sehr vorteilhaft die Auslässe bzw. Überlaufwehre in ihrer Höhe verstellbar
angeordnet sein.
[0008] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Figuren 1. 2. 3A und 3B
schematische Darstellungen von an sich bekannten Zentrifugentypen im Längsschnitt,
Figuren 4 und 5
zum besseren Verständnis der Wirkungsweise trog- und U-förmig ausgebildete Vorrichtungen
im Längsschnitt,
Figuren 6 bis 9
schematische Darstellungen von Vorrichtungen gemäß der Erfindung in unterschiedlichen
Ausführungsstufen im Längsschnitt,
Figuren 10A und 10B
eine perspektivische Darstellung sowie eine Draufsicht auf die in Figur 7 dargestellte
Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 11
die Anordnung von erfindungsgemäßen Trennwänden zwischen den Wendeln eines Schneckenförderers
einer Schneckenzentrifuge,
Figuren 12 und 13
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Rohrmantelzentrifuge und
eine Tellerzentrifuge,
Figuren 14A und 14B
Trennwände mit an der Peripherie angeordneten Ausnehmungen gemäß der Erfindung,
Figur 14C
eine weitere trogförmige Ausführungsform gemäß der Erfindung im Längsschnitt,
Figuren 15 und 16
weitere bevorzugte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung bei im Längsschnitt dargestellten
Schneckenzentrifugen zur Trennung von zwei flüssigen Phasen und einer Feststoffphase,
Figur 17A
die Anordnung von Trennwänden gemäß der Erfindung zwischen den Wendeln der in Figur
16 dargestellten Schneckenzentrifuge,
Figuren 17B und 17C
einen Schnitt nach der Linie X - X und Y - Y gemäß Figur i7A.
[0009] Bei den in den Figuren 1, 2, 3A und 3B schematisch dargestellten Zentrifugen handelt
es sich um an sich bekannte, unterschiedliche Ausführungsformen zur kontinuierlichen
Trennung von Gemischen aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, zum Beispiel Öl
und Wasser. Diese Zentrifugen bestehen im wesentlichen aus einem Rotationsbehälter
1, dem das zu trennende Flüssigkeitsgemisch in Pfeilrichtung 2 von außen zugeführt
wird. Der Innenraum des Rotationsbehälters 1 ist im Austragsbereich durch eine ringscheibenförmig
ausgebildete Trennwand 3 in eine Kammer A und eine Einlaßkammer C aufgeteilt. Die
äußere bzw. untere Kante der Trennwand 3 reicht bis unterhalb der sich im Betrieb
einstellenden Grenzflächenschicht 3' hinein.
[0010] Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Zentrifugentypen stehen die Kammern
A und C mit nach obenhin gerichteten Auslässen 4 für die schwerere und 5 für die leichtere
Flüssigkeitsphase in offener Verbindung. Die Auslässe 4 und 5 sind an ihren Enden
mit ringförmig ausgebildeten Überlaufwehren 6 und 7-versehen. Der Auslaß 5 mit dem
Wehr 7 ist hierbei der Oberfläche 3" der leichteren Phase angepaßt, während der Auslaß
4 mit dem Wehr 6 der Flüssigkeitsoberfläche der schwereren Phase angepaßt ist.
[0011] Der Einfachheit halber sind die in den Figuren dargestellten Zentrifugenteile und
Kammern mit gleichen Bezugsziffern und Buchstaben versehen.
[0012] Bei der in Figur 3A dargestellten Zentrifuge sind als Auslässe 4 für die schwerere
Flüssigkeit und 5 für die leichtere Phase ein oder mehrere Rohre vorgesehen, die in
radialer Richtung nach außen führen. Bei dem in Figur 3B dargestellten Zentrifugentyp
ist nur der Auslaß 5 für die leichtere Phase als Rohr ausgebildet, während der Austrag
für die schwerere Flüssigkeit über ein an der Zentrifuge angeordnetes Überlaufwehr
6 erfolgt.
[0013] Der Betrieb der in den Figuren 1, 2, 3A und 3B dargestellten bekannten Zentrifugen
ist am verständlichsten, wenn man sich einen gravimetrischen Trennbehälter i gemäß
Figur 4 sowie ein U-Rohr 1' gemäß Figur 5 vorstellt. Die Funktion der Trennung einer
Öl- und Wassermischung wird nachfolgend beschrieben, wobei die Dichte des Öls niedriger
liegt als die des Wassers. Das Öl-Wassergemisch wird in Pfeilrichtung 2 der Einlaßkammer
C des Trennbehälters 1 aufgegeben. Die Ölphase mit der geringeren Dichte schwimmt
in dieser Kammer auf der Wasserphase und wird durch den als Rohr ausgebildeten Auslaß
5, der gleichzeitig als Überlaufwehr dient, ausgetragen. Das Wasser fließt unter der
Trennwand 3 in die Austragskammer A, von wo es über ein ebenfalls als Überlaufwehr
dienendes Wasseraustragsrohr-4 ausgetragen wird. Die Tiefe der Ölschicht H
o (Figuren 4,5) in der Kammer C ist von den Höhen bzw. Höhendifferenzen der Öl- und
Wasser- überlaufwehre abhängig. Das Gleichgewicht der Öl- und Wasserphase entspricht
nachfolgender Gleichung:

oder
Ho = Höhe der Ölschicht über der Öl-Wasser-Grenzfläche in der Kammer C,
D = Öldichte 0
Hw = Höhe der Wasserschicht in der Kammer A über dem Niveau der Öl-Wasser-Grenzfläche
in der Kammer C
DW = Wasserdichte
ΔH = Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Wassers in der Kammer A und der
Oberfläche des Öls in der Kammer C.
H
o darf nicht so groß sein, daß das Öl unter dem unteren Rand der Trennwand 3 in die
Wasserkammer A einfließt. Die Höhe der Auslässe 4, 5 wird üblicherweise mechanisch
eingestellt, und zwar durch Änderung des Ringdammes der Wehrplatte oder der radialen
Tiefe des Ablaufrohrs. Die Tiefe der Ölschicht und die örtliche Lage der Öl-Wasser-Grenzfläche
können jedoch nicht direkt kontrolliert werden. Die örtliche Lage der Öl-Wasser-Grenzfläche
ändert sich, wenn sich das Verhältnis der Flüssigkeitsdichten zueinander . ändert.
Beim Betrieb der Zentrifugen ändert sich die effektive Höhe der Austragswehre in Abhängigkeit
vom Flüssigkeitsstrom, der über das Wehr fließt.
[0014] Gemäß der Erfindung wird, wie Figur 6 zeigt, eine zusätzliche, bis über die Flüssigkeitsoberflächen
reichende Trennwand 8 in die Kammer C des in Figur 4 dargestellten Trennbehälters
1 eingebaut, so daß eine zusätzliche Kammer B entsteht.
[0015] Die Trennwand 8 trennt die Kammer C von den Kammern A und B, so daß hierdurch für
die verschiedenen flüssigen Phasen eigene Kammern gebildet werden, in denen sich die
flüssigen Phasen ungestört sammeln können, und von wo sie über die Auslässe 4 und
5 nach außen abgeführt werden. Wenn das Flüssigkeitsgemisch in die Kammer C eintritt,
steigt in dieser der Spiegel der leichten Phase und die Flüssigkeitsgrenzfläche 3'
fällt, bis sie die untere Kante der Trennwand 8 erreicht hat, von wo die leichte Phase
aus der Kammer C in die Kammer B übertritt. Der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer
B und der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer A bleiben hierbei durch den Einsatz der
Trennwand 8 unverändert. Das gleiche gilt auch für die Flüssigkeitsgrenzfläche in
der Kammer B. Bei Änderungen der Dichte zwischen den Flüssigkeiten ändert sich entsprechend
auch die Höhe des Spiegels in der Kammer C, um die hydraulische Balance zwischen der
leichteren Schicht in der Kammer C und der Flüssigkeitssäule in der Kammer A wieder
herzustellen. Diese Dichteänderungen zwischen der leichteren und der schwereren Flüssigkeit
in der Kammer C führen auch zu einer Änderung der Flüssigkeitsgrenzfläche in der Kammer
B, und zwar im entsprechenden Verhältnis zu den veränderten Flüssigkeitsdichten, da
die Spiegel der Schichten in den Kammern B und A durch die Überlaufwehre der Auslässe
4 und 5 bestimmt werden. Andererseits führen Änderungen der effektiven Höhe der Austragswehre
der Auslässe 4 und 5 auch zu Veränderungen in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in
der Kammer C. Nicht verändert wird die Lage der Flüssigkeitsgrenzfläche, da die leichtere
Phase immer unter der Trennwand 8 hindurch in die Kammer B überfließt. Daher ist diese
in Figur 6 dargestellte Vorrichtung in der Lage, sowohl eine konstante Flüssigkeitsgrenzfläche
als auch ein verhältnismäßig konstantes Volumen der leichteren Phase in der Kammer
C aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig von den Änderungen der Dichten zwischen
der leichteren und der schwereren Phase und auch unabhängig von Auswirkungen der Überlaufhöhen
an den Auslässen.
[0016] Die in Figur 6 dargestellte Abscheidvorrichtung kann jedoch, wie Figur 7 zeigt, sehr
leicht durch den Einbau einer weiteren Trennwand 9 in der Kammer C verbessert werden.
Die Trennwand 9 ist hierbei in der Kammer C so angeordnet, daß die obere Kante mit
geringem Abstand unter der Oberfläche endet, während ihre Unterkante über die Phasen-Grenzschichtfläche
3' hinaus in die Schicht der schwereren Phase hineinragt.
[0017] Ferner ist die Trennwand 9 mit einem relativ geringen Abstand von der Trennwand 8
angeordnet, so daß zwischen diesen beiden Wänden ein Überströmkanal D für die leichtere
Phase gebildet wird. Dies ermöglicht-sehr vorteilhaft ein Überströmen von sehr reiner
Phase über die obere Kante der Trennwand 9 in den Kanal D und von dort unter der Trennwand
8 in die Kammer B, von wo die leichte Phase zum Überlaufwehr gelangt und durch das
Austragsrohr 5 ausgetragen wird. Während die leichte Phase hierbei vom Kanal D unter
der unteren Kante der Trennwand 8 in die Kammer B fließt, wird sie aufgrund der Oberflächenspannung
kaum mit der schwereren Phase vermischt, die sich im unteren Teil der Kammer B befindet
und durch die die leichtere Phase hindurchfließen muß.
[0018] In vielen Fällen, in denen z.B. eine Mischung von Öl, Wasser und Feststoffen vorliegt,
die voneinander in die einzelnen Phasen getrennt werden müssen, existiert wenigstens
eine Phase in dieser Aufgabemischung, deren Dichte zwischen der des Öls und der des
Wassers liegt. Hierbei handelt es sich also um eine Phase, die.sich zwischen der Öl-
und Wasserschicht ausbildet und die aus verschiedenen Substanzen bestehen kann. So
kann es sich bei dieser Zwischenphase zum Beispiel um eine Emulsion von Öl und Wasser,
um Kunststoff-oder Holzteilchen sowie um sonstige Feststoffe handeln, die an der Grenzfläche
zwischen Öl und Wasser schwimmen. Dieses als Zwischenphase bezeichnete Grenzflächenmaterial
kann zu einer Verlagerung der Grenzschicht der Ölphase oder auch der Wasserphase führen,
derart, daß dieses Grenzflächenmaterial zusammen mit der Ölphase über die Trennwand
9 oder zusammen mit der Wasserphaseunter der Trennwand 9 hindurchströmt. Eine Anhäufung
von Grenzflächenmaterial in der Zentrifuge führt zu einer erheblichen Verschlechterung
der Trennleistung.
[0019] Aufgrund weiterer erfindungsgemäßer Maßnahmen kann sich jedoch das Grenzflächenmaterial
in der Kammer C nicht zu stark ansammeln und wahlweise mit dem Öl, mit dem Wasser
separat oder mit den Feststoffen ausgetragen werden.
[0020] Fließt das Grenzflächenmaterial mit dem Ölstrom aus der Kammer C unter der Trennwand
8 oder unter der Trennwand 9 in die Kammer B, so wird es zusammen mit dem Öl ausgetragen.
In diesem Fall wird eine reine Wasserphase und eine mit Grenzflächenmaterial vermischte
Ölphase gewonnen, die gegebenenfalls einer nachfolgenden Trennung unterworfen werden
kann.
[0021] Wenn dagegen ein reines Ölprodukt gewonnen werden soll, kann dies sehr leicht durch
den Einbau einer entsprechend geformten Trennwand 9, gemäß Figur 8, bewerkstelligt
werden.
[0022] Die Flüssigkeitsgrenzfläche in der Kammer C wird hierbei von der Eintauchtiefe der
Trennwand 8 bestimmt, die den Kanal D von der Kammer B trennt. Die Trennwand 9 ist
hierbei mit einem Bodenteil 9' versehen, der von der untersten Kante ausgehend, schräg
nach oben in Richtung zur Trennwand 3 hin verläuft und mit dieser verbunden ist oder
etwas darüber hinausragt. Der untere Teil der Trennwand 9 liegt ein wenig tiefer als
die untere Kante der Trennwand 8.Dää sich in der Kammer C ansammelnde Grenzflächenmaterial
fließt unter der Bodenwandung 9' entlang und gelangt von dort in die Kammer A, von
wo es mit der Flüssigkeit durch das Rohr 4 ausgetragen wird. Die Trennleistung in
der Kammer C wird durch die verhältnismäßig geringe Ansammlung von Grenzflächenmaterial
nicht beeinträchtigt, so daß eine sehr reine, von Grenzflächenmaterial freie Ölphase
aus der Kammer B durch das Austragsrohr 5 ausgetragen und gewonnen werden kann. Die
Trennwand 3 ist hierbei mit einer Öffnung a versehen, durch die zwar reines Wasser,
jedoch kein Grenzflächcnmaterial in die Kammer B eindringen kann, damit sich in dieser
Kammer die Grenzflächenschicht ungestört ausbilden kann.
[0023] Falls erwünscht, kann, wie Figur 9 zeigt, das Grenzflächenmaterial auch sehr vorteilhaft
getrennt von der flüssigen Phase ausgetragen werden, was besonders
b.ei festen Schwimmstoffen sehr vorteilhaft ist. Durch den Einbau eines Rohrstutzens
15, der das Flüssigkeitsaustragsrohr 4 mit Abstand bis in eine bestimmte Tiefe vollständig
umgibt, kann das sich in der Kammer A ansammelnde Grenzflächenmaterial in Pfeilrichtung
16, z.B. mit der Förderschnecke oder in anderer Weise ausgetragen werden.
[0024] Eine bevorzugte Ausführung der in Figur 9 dargestellten Abscheidevorrichtung zeigen
die Figuren 10A (in perspektivischer Darstellung) und 10B (in Draufsicht). Bei dieser
in den Figuren 10A und 10B dargestellten Vorrichtung ergibt sich folgende Wirkungsweise:
Die sich in der Kammer C ansammelnde leichtere Phase fließt über die Oberkante der
Trennwand 9b in den Kanal D und von dort unter der Trennwand 8 hindurch in die Kammer
B, von wo sie in vorbekannter Weise.ausgetragen wird. Die Höhe der Flüssigkeitsgrenzfläche
in der Kammer C wird von der Tiefe des Bodens der Trennwand 8 bestimmt. Die Trennwand
3 ist hierbei deutlich tiefer gesetzt, bzw. reicht tiefer in die Flüssigkeit hinein
als die Trennwand 8, um dadurch ein Entweichen der leichteren Phase aus dem Kanal
D oder der Kammer B in die Kammer A zu verhindern. Die schwerere Phase fließt aus
der Kammer C unter der Bodenkante der Trennwand 9a, die tiefer als die Bodenkante
der Trennwand 8 gesetzt ist hindurch und gelangt in die Kammer A.
[0025] Grenzflächenmaterial, das sich in der Kammer C ansammelt, kann unter die Trennwand
9a in die Kammer A getragen werden. Dieses Grenzflächenmaterial kann jedoch nicht
in den Kanal D oder in die Kammer B eintreten, weil die Bodenkanten der Trennwände
9b und 3 erheblich tiefer liegen als der untere Rand der Trennwand 9a.
[0026] Diese in den Figuren 10A und 10B dargestellte Ausführungsform kann besonders mit
Vorteil bei Vollmantelschneckenzentrifugen angewandt werden. Bei Schneckenzentrifugen
werden die Trennwände, wie Figur 11 zeigt, einfach zwischen den mit Abstand nebeneinanderliegenden
Förderschneckenwendeln Fn und Fn + 1 montiert.
[0027] Die Figuren 12 und 13 zeigen die spezielle Anordnung der erfindungsgemäßen Maßnahmen
bei einer Rohrmantelzentrifuge und bei einer Tellerzentrifuge. Während die leichtere
Phase hierbei aus der Kammer C in den Kanal D und von dort unter der Trennwand 8 in
die Kammer B gelangt, muß es durch die Flüssigkeitsschicht der schwereren Phase im
unteren Teil der Kammer B fließen, bevor es die Phasenschicht im oberen Bereich der
Kammer B erreicht. Während dieses Durchlaufs kann die leichtere Phase etwas von der
schwereren Flüssigkeit mitnehmen. Dieser Vorgang kann jedoch, wie die Figuren 14A
und 14B zeigen, durch die Anordnung von Ausnehmungen 10 an der Peripherie der Trennwand
8 reduziert werden. Durch diese Ausnehmungen 10 kann die leichtere Phase sehr vorteilhaft
in Form eines kompakten Stromes hindurchtrcten, wodurch die Wiedervermischung von
Flüssigkeiten weitest- gehend vermieden wird. Alternativ zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen
kann, wie Figur 14C zeigt, die Trennwand 9 auch sehr vorteilhaft U-förmig ausgebildet
werden. Im unteren Bereich dieser Trennwand 9 ist jedoch eine kleine Öffnung 11 vorzusehen,
um zu gewährleisten, daß sich das hydrostatische Gleichgewicht in der Kammer B ungestört
ausbilden kann.
[0028] Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Trennwände bzw. Umlenkbleche gemäß der
Erfindung in den in den Zeichnungen aufgeführten Figuren im wesentlichen als ebene
Bleche dargestellt. Es versteht sich, daß jedoch die Form einer jeden Trennwand bzw.
eines jeden Umlenkbleches den entsprechenden Anforderungen der Zentrifugenform angepaßt
werden kann. So können auch Zubehörteile der Zentrifuge mit in die Trennwände einbezogen
werden. Beispielsweise können die in den Figuren dargestellten Trennwände 3, die bereits
in bestehenden Zentrifugen eingebaut sind, die Funktion der Trennwand 8 übernehmen
und eine neue Trennwand gemäß der Erfindung kann hinzugefügt werden.
[0029] Bei den in den Figuren 15 und 16 dargestellten Zentrifugen handelt es sich umDreiphasen-Vollmantelschneckenzentrifugen
mit innerhalb der rotierenden Zentrifugentrommel liegender Förderschnecke, die koaxial
in der Zentrifugentrommel angeordnet ist. Die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke
weicht hierbei ein wenig von der Drehgeschwindigkeit der Zentrifugentrommel 12 ab,
wodurch die sedimentierten Feststoffe von den Schneckenwendeln 12' erfaßt und an der
Innenwandung der Zentrifugentrommel entlang zum konischen Austragsende 12A transportiert
werden. Gemäß Fig. 15 werden die Feststoffe auf dem Konus von den Schneckenwendeln
12' über die Flüssigkeitsoberfläche in der Kammer A nach oben bewegt und durch den
Auslaß 14 ausgetragen. Um den Austrag der flüssigen Phasen (beispielsweise Öl und
Wasser) und der Feststoffe zu bewerkstelligen, sind in den Wendeln 12' der Förderschnecke
im Bereich der Austragsrohre 4 und 5 entsprechende Ausnehmungen vorhanden. Wahlweise
können hierbei auch andere an sich bekannte Austragsmöglichkeiten für den Abzug der
flüssigen Phasen benutzt werden. So können beispielsweise die flüssigen Phasen auch
mit Hilfe von an der Förderschnecke angeordneten Kanälen oder Rohrleitungen, oder
durch geeignete Greifervorriohtungen aus dem Zentrifugeninneren nach außen abgeführt
werden.
[0030] Wie ferner die Figur 16 zeigt, kann bei einer Dreiphasen-Vollmantelschneckenzentrifuge
durch Einbau einer weiteren Trennwand 15' auch sehr vorteilhaft eine neue Kammer E
zwischen den Kammern C und A gebildet werden, und zwar für den getrennten Austrag
der Zwischenphase, die sich z.B. in Form einer Emulsion in der Kammer C unter der
Ölschicht ansammelt. Die Zwischenphase wird hier unter der Trennwand 9 entlanggeführt,
von wo sie in die Kammer E gelangt und dort durch das Rohr 4' nach außen abgeführt
wird. Das Wasser wird hierbei mit den sedimentierten Feststoffen durch die Feststoffaustragsöffnung
14 ausgetragen. Die Figuren 17A, 17B und 17C zeigen weitere bevorzugte Anordnungen
der erfindungsgemäßen Trennwände, wie sie bereits in den Figuren 10A, 10B, 11 und
16 dargestellt sind.
[0031] In diesem Beispiel sind im Betrieb der Dreiphasen-Vollmantelschneckenzentrifuge zur
kontinuierlichen Trennung von Öl, Emulsion, Wasser und Feststoffen aus einer Mischung
derselben die Auslässe 4' und 5 bzw. ihre Überströmwehre so eingestellt, daß sie ein
wenig über die effektive Höhe der Feststoffaustragsöffnung 14' stehen. Die Oberkante
der Trennwand 9b wird ein wenig unterhalb der effektiven Höhe des Überströmwehres
5 eingestellt. Die Unterkante der Trennwand 8 wird so tief eingesetzt, wie es die
Ölschicht in der Abscheidekammer C erfordert. Die Unterkante der Trennwand 9a (Figur
17A) wird ein wenig unter der Unterkante der Trennwand 8 eingestellt. Die Unterkanten
der Trennwände 3, 9b und 15' werden tiefer gesetzt als die Unterkante der Trennwand
9a. Vor Einführung des Flüssigkeits-Feststoffgemisches ist der Zentrifuge so viel
Wasser zuzuführen, bis es nahezu die Feststoffaustragsöffnung 14' erreicht. Durch
Zufuhr der Öl-Emulsion-Wasser- und Feststoff mischung in die Kammer C wird das Wasser
verdrängt und fließt unter den Trennwänden entlang über die Feststoffaustragsöffnung
14' aus. Die Feststoffe, die sich am Behälterboden absetzen, werden von den Schneckenwendeln
12' erfaßt und zum Feststoffaustragsende hin transportiert, wo sie zusammen mit der
Wasserphase austreten. Das Öl sammelt sich in der Kammer C, bis es eine ausreichende
hydraulische Höhe erreicht hat, um die Trennwand 8 zu unterspülen. Das Öl fließt dann
aus der Kammer C über die Trennwand 9b in den Kanal D und von dort unter der Trennwand
8 hindurch in die Kammer B, von wo es in das Austragsrohr 5 gelangt und ausgetragen
wird. Die Tiefe der Ölschicht in der Kammer C wird mechanisch durch die Tiefe der
Trennwand 8 bestimmt. Die Schichttiefe des Öls in der Kammer B ist das Ergebnis der
effektiven Höhendifferenz von Überströmwehr des Rohres 5 und Wehrhöhe der Feststoffaustragsöffnung
14' sowie das Ergebnis der Dichteverhältnisse zwischen der Ölphase und der Wasserphase.
Die Emulsion sammelt sich in der Kammer C direkt unter der Ölschicht, und zwar so
lange, bis daß sie eine bestimmte Schichthöhe erreicht hat und unter der Trennwand
9a in die Kammer E eintritt. Die sich in der Kammer E ansammelnde Emulsion tritt dann
über das Überströmwehr des Rohres 4' aus. Die Tiefe der Emulsionsschicht in der Kammer
E ist das Ergebnis der effektiven Höhendifferenz vom Überlaufwehr des Austragsrohres
4' und der Feststoffaustragsöffnung 14' sowie das Ergebnis des Dichteverhältnisses
zwischen der Emulsionsphase und der Wasserphase.
[0032] Die Vorteile der erfindungsgemäß ausgebildeten Dreiflüssigkeitsphasen-Zentrifuge
sind am besten durch den Vergleich eines Ölgewinnungsverfahrens unter Einsatz dieser
Zentrifuge mit bestehenden Verfahren zu verstehen, bei denen oftmals zwei in Reihe
geschaltete Zentrifugen benötigt werden. Zur besseren Veranschaulichung wird ein Vergleich
bei der Gewinnung von Öl aus Teersand herangezogen. Der Einsatz der erfindungsgemäß
ausgebildeten Dreiflüssigkeits-Vollmantelschneckenzentrifuge beschränkt sich natürlich
nicht auf diese Vergleichsbeispiele sondern die Zentrifuge gemäß der Erfindung eignet
sich auch für jede andere Mehrphasen-Flüssigkeits-Feststoff-Trennung.
[0033] Bei den bisher bekannten Verfahren wurde eine Mischung aus Öl, Emulsion, Wasser,Ton
und feinem Sand in eine normale Vollmantelschneckenzentrifuge gegeben, die den IIauptanteil
an feinem Sand entfernt. Dieser Sand ist mit einem erhebliehen Anteil an wertvollem
Öl behaftet, das damit verloren geht. Obwohl es wünschenswert ist, den maximal mögliehen
Anteil an Ton und Schlamm in der Vollmantelschnekkenzentrifuge zu entfernen, um die
anschließende Trennung der Flüssigkeitsphasen zu vereinfachen, würde das intensive
Ausschleudern weiterer feiner Feststoffpartikel in der Standardzentrifuge den Ölverlust
in der Wasserphase erhöhen. Die Mischung von Öl, Emulsion, Wasser und feinen Feststoffen
(Schlamm) wird in der Zentrifuge bei hoher Drehzahl intensiven Schubbeanspruchungen
ausgesetzt und führt zu vermehrten Emulsionsprodukten, die eine anschließende Trennung
der Öl- und Wasserphasen erschweren. Die Öl-, Emulsions-, Wasser- und Restschlamm-Mischung
wird dann in einer Düsentellerzentrifuge zentrifugiert, welche drei Phasen austrägt,
nämlich Schlamm, Wasser und eine Mischung von Öl und Emulsion. Der Ton und die feinen
festen Begleitstoffe im Aufgabematerial führen zu hohen Wartungs- kosten dieser zweiten
Zentrifugationsstufe. Die Düsen dieser Tellerzentrifuge müssen verhältnismäßig groß
sein, um ein Blockieren durch zurückbleibende grobe Partikel nach der ersten Schleuderstufe
zu verhindern. Die großen Düsen erfordern eine erhebliche-Erhöhung der Leistung wie
auch eine entsprechende voluminöse Erhöhung der Wasserdurchströmung durch die Düse.
[0034] Beim Einsatz der Dreiflüssigkeitsphasen-Vollmantelschnekkenzentrifuge gemäß der Erfindung
werden viele der obengenannten Nachteile verringert oder vollständig ausgeschaltet.
Es bildet sich bei dieser Konstruktion keine Ölschicht am Feststoffaustragsende der
Zentrifuge, die eine erneute Verschmutzung der bereits sedimentierten Feststoffe verursachen
würde. Die Feststoffe werden aus einer Wasserphase ausgetragen und nicht mit einer
Oberschicht von viskosem Öl gesättigt. Da die Feststoffe im allgemeinen mit Abwasser
wieder aufgeschlämmt und in Schlammteiche gepumpt werden, ist es unter Umständen nicht
erforderlich, sie zu entwässern. In diesem Falle ist es wünschenswert, Feststoffe
und Wasser zusammen auszutragen, um das Pumpen in den Schlammteich-zu erleichtern.
Die mechanische Belastung des Schneckenförderers der erfindungsgemäß ausgebildeten
Zentrifuge wird reduziert, wenn die Feststoffe nicht über die Flüssigkeitsoberfläche
hinaus gehoben und zur Entfernung der Oberflächenflüssigkeit entlang einer Trockenstrecke
transportiert werden.
[0035] Aus diesem Grunde ist die Feststoff-Transportleistung der Zentrifuge gemäß der Erfindung
höher als die bisher bekannter Zentrifugen. Ferner ermöglichen die erfindungsgemäß
ausgebildeten Zentrifugen die Gewinnung einer Ölphase in möglichst reiner Form. Auch
die Enulsionsphase enthält nur einen geringen Feststoffgehalt. Die Emulsionsphase
kann mit einem Demulgator behandelt werden, um das restliche Wasser zu entfernen,
ohne große Mengen an Demulgator zu benötigen, was erforderlich wäre, wenn das gesamte
Öl mit der Enulsion vermischt wäre. Als Alternativlösung könnte jedoch die Emulsion
einer Teller-Zentrifuge aufgegeben werden, die viel kleiner sein kann als die, die
für die bisher bestehenden Verfahren benötigt wird, da es nicht erforderlich wäre,
die großen Volumen an Öl und Wasser aufzubereiten, die bei den bestehenden Verfahren
anfallen, und die abrasiven Partikel wären zum allergrößten Teil bereits entfernt.
[0036] Schwankungen im Verhältnis zwischen leicht verdünnbarem Öl und Rohbitumen verursachen
Unterschiede in der Dichte von Öl- und Emulsionsphasen. Die Dichte der Emulsionsphase
hängt ebenfalls vom Verhältnis der Anteile von verdünntem Bitumen und Wasser ab. Änderungen
im Dichteverhältnis der verschiedenen Phasen haben nachteilige Auswirkungen auf die
Leistung der vorhandenen Tellerzentrifugen. Diese nachteiligen Auswirkungen können
in starkem Maße durch Einbau zusätzlicher Trennwände bzw. Ablenkbleche, wie beispielsweise
in Figur 13 dargestellt, reduziert werden.
[0037] Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
beschränkt. So kann die Erfindung beispielsweise in gleicher Weise bei Tellerzentrifugen
mit am Umfang angeordneten Düsen für den kontinuierlichen Austrag der Feststoffe als
auch bei Tellerzentrifugen in offener Mantelausführung angewandt werden. Darüberhinaus
läßt sich die Erfindung auch bei jedem anderen Zentrifugentyp mit einer oder mehreren
zentripetalen Pumpen oder Abstreifvorrichtungen und getrennten Austrägen für die Flüssigkeitsphasen
vorteilhaft anwenden. Auch für den getrennten Austrag der entwässerten Feststoffe
gibt es noch verschiedene Möglichkeiten, die innerhalb der erfindungsgemäßen Maßnahmen
liegen.
1. Zentrifuge zur kontinuierlichen Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen sowie
Gemischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die mit einer Einlaßkammcr (C)
für die zu trennenden Phasen sowie mit Auslässen (4,5) für den Austrag der getrennten
Phasen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Austragsbereich der Zentrifuge
(1) mit Abstand voneinander Trennwände (3,8); (3,8,15') angeordnet sind, die für die
einzelnen Phasen eigene Kammern (A,D); (A,B,E) bilden, welche mit den entsprechenden
Auslässen (4,4',5,14,14') in offener Verbindung stehen.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (3,8,15')
scheibenförmig ausgebildet und vom Zentrifugeninneren etwa radial nach außen gerichtet
.sind und bis in die jeweilige Grenzflächenschicht der voneinander zu trennenden Phasen
hineinragen.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (3,8,15')
in ihrer Eintauchtiefe in die voneinander zu trennenden Phasen verstellbar angeordnet
sind.
4. Zentrifuge nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kammer
(B) für die leichtere Phase und der Einlaßkammer (C) eine zusätzliche Trennwand (9)
zur Bildung eines Überströmkanals (D) angeordnet ist.
5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Wandbereiche
der Trennwände (3,9) durch eine Bodenplatte (9') miteinander verbunden sind.
6. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) mit wenigstens einer Öffnung (a)
versehen ist.
7. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennwand (9) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und die Trennwand (8) mit
Abstand umgibt.
8. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) mit wenigstens einer Öffnung (11)
versehen ist.
9. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennwand (8) an der Peripherie mit Ausnehmungen (10) versehen ist.
10. Zentrifuge mit Schneckenaustrag nach einem der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennwände (3,8,15') in den Schneckengängen und/oder an den
Schneckenwendeln angeordnet sind.
11. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
für den Austrag der einzelnen Phasen als Auslässe Überlaufwehre und/oder Rohre (4,4',5,14,14')
vorgesehen sind, die von den Kammern (A,B,E) ausgehend etwa radial und/oder axial
nach außen geführt sind.
12. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslässe (4,4',5,14,14') in ihrer Höhe verstellbar angeordnet sind.
13. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Austragsrohr (4) der Kammer (A) mit Abstand von einem in die schwere Flüssigkeitsphase
eintauchenden Rohr (15) umgeben ist.