Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen

Abstract

 Um bei einer Trennvorrichtung mit Zentrifugentrommel sowohl eine kurze Filtrationsdauer als auch eine kurze Trockenschleuderzeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, aus getrennten seitlichen Ringkammern der Zentrifugentrommel das Mantelfiltrat und das Seitenfiltrat abzuführen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 26 03 610 bekannt.

[0002] Bei Trommelzentrifugen zum Trennen von Suspensionen ist es bekannt ( DE-OS 26 03 610 ), eine Ringkammer seitlich am Trommelboden anzuordnen, welche mit einem seitlichen Filtermittel in Verbindung steht.'Alternativ hierzu kann die Ringkammer auch mit dem Filtermittel des Trommelmantels in Verbindung stehen ( DE-AS 11 51 764 ). In jedem Falle wird die seitliche Ringkammer durch ein achsparallel zur Trommelachse schwenkbar gelagertes Schälrohr entleert.

[0003] Bei Verwendung einer Ringkammer für Seitenfiltrat ( DE-OS 26 03 610 ) läßt sich zu Beginn der Hauptfilterung die über dem Filterkuchen befindliche Flüssigkeit relativ rasch entfernen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die für die Entfernung der Restflüssigkeit erforderliche Mantelfiltration ( sog. Trockenschleudervorgang ) nur relativ langsam erfolgt, wenn das Filtermittel für die Mantelfiltration und die nach dem Austragen des Feststoffes darauf verbliebene Restschicht nicht regeneriert werden. Eine solche Regeneration läßt sich bei Verwendung einer Ringkammer für Mantelfiltrat ( DE-AS 11 51 764 ) dadurch erzielen, daß in die Ringkammer Rückspülflüssigkeit eingefüllt wird, welche in Gegenrichtung bezüglich des Mantelfiltrates durch das Filtermittel hindurchfließt. Dieser Vorteil wird jedoch dadurch erkauft, daß die über dem Filterkuchen befindliche Flüssigkeit nur sehr langsam durch den Filterkuchen und die sich darauf ablagernde Sedimentschicht zum Filtermittel hindurchdringt, wodurch die Filtrationsdauer entsprechend groß ist.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Trennvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen,welche sowohl eine kurze Filtrationsdauer als auch eine kurze Trockenschleuderzeit ermöglicht.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungs gemäβ durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0007] Die Erfindung beruht auf der überlegung, zwei getrennte seitliche Ringkammern vorzusehen, welche erstmalig die Möglichkeit der Rückspülung beider Filtermittel mit der Möglichkeit des Abzugs von Seitenfiltrat während der Hauptfiltration vereinigt. In besonders günstiger Weise kann dabei für das Trockenschleudern ein Syphoneffekt dadurch erzeugt werden, daß der FlUssigkeitsspiegel in der Ringkammer für Mantelfiltrat soweit abgesenkt wird, daß eine zusätzliche Druckdifferenz zur Beschleunigung der Filtration wirksam wird. Die größte Wirkung läßt sich dann erzielen, wenn der Sammelraum für das Mantelfiltrat zwischen Trommelmantel und Filtermittel an einen Raum geringeren Druckniveaus ( z.B. Atmosphärendruck ) angeschlossen und das allseits abgedichtete Zentrifugengehäuse mit einem gasförmigen Druckmedium von z.B. 2 bis 4 bar Überdruck beaufschlagt wird.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend an der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die untere Hälfte eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel, wobei zur Vereinfachung die zweite Ringkammer für das Mantelfiltrat weggelassen ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III - III in Fig. 2;

Fig. 4 ein Detail der Ringkammer für das Seitenfiltrat, das in Fig. 2 mit einem strichpunktierten Kreis IV markiert ist;

Fign. 5 und 7 Detailschnitte durch Ausführungsformen für Filtermittel für das Seitenfiltrat, und

Fign. 6 und 8 Draufsichten auf die Filtermittel gemäß Fig. 5 bzw. 7.

[0009] Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Zentrifugentrommel ist mit ihrer Welle 11 um eine horizontale Achse 12 drehbar gelagert. Am Trommelmantel 13 sowie am Trommelboden 14 sind Filtermittel 15 bzw. 17 so angebracht, daß zwischen Trommelboden 14 und Filtermittel 17 ein Sammelraum 16 sowie zwischen Trommelmantel 13 und Filtermittel 15 ein Sammelraum 18 vorhanden ist.

[0010] An der dem Trommelboden 14 gegenüberliegenden Stirnseite weist die Zentrifugentrommel 10 eine öffnung 28 auf, welche zur Befüllung mit Suspension vor dem Beginn der Filtration sowie zum Austragen der von den Filtermitteln 15, 17 zurückgehaltenen Feststoffenach erfolgter Filtration dient. In Fig. 1 ist der Zustand bei Beginn der Filtration dargestellt: Die aus Filtratflüssigkeit 20 und Feststoffen 21 bestehende Suspension wird fast bis zur Höhe B ( Fig. 2 ) des Bordrandes 19 zwischen Trommelmantel 13 und Trommelöffnung 28 eingefüllt, wobei die Zentrifugentrommel 10 mit hoher Drehzahl um die Achse 12 rotiert wird. Bei der dann einsetzenden Hauptfiltration fließt die Filtratflüssigkeit 20 im wesentlichen durch das seitliche Filtermittel 17 in den dahinter befindlichen Sammelraum 16. Ein weiterer Teil der FiltratflUssigkeit 20 tritt durch die als Filterkuchen bezeichnete Schicht aus Feststoffen 21 hindurch und fließt durch das mantelseitige Filtermittel 15 in den darunter befindlichen Sammelraum 18. Da sich auf dem Filterkuchen sehr rasch feinkörniges Sediment aus der darüber befindlichen Filtratflüssigkeit 20 abscheiden kann, wird der Weg der Filtratflüssigkeit 20 durch den Filterkuchen hindurch u.U. zusätzlich erschwert.

[0011] Aus Vorstehendem erkennt man, daß praktisch nur der mit Filtratflüssigkeit 20 in Berührung stehende Teil des seitlichen Filtermittels 17 bei dem Hauptschleudervorgang wirksam ist. Andererseits besteht die Gefahr, daß die noch mit Sediment behaftete FiltratflUssigkeit 20 bereits während der Befüllung der Trommel 10 durch die seitlichen Filtermittel 16 hindurchläuft, so daß sich sedimentiertes Seitenfiltrat in dem Sammelraum 16 befinden würde. Aus diesem Grund hat man bisher davon abgesehen, die seitlichen Filtermittel 17 außerhalb des Filterkuchens zu positionieren. Eine solche, in Fig. 1 vorgesehene Positionierung der seitlichen Filtermittel 17 wird dadurch ermöglicht, daß der Sammelraum 16 in noch näher zu erläuternder Weise während der Befüllung der Trommel 10 mit Surspension absperrbar ist. Damit läßt sich die radial äußere Kante des seitlichen Filtermittels 17 in einem radialen Abstand zum mantelseitigen Filtermittel 15 positionieren. Dieser in Fig. 2 mit "H" bezeichnete radiale Abstand liegt im Bereich von etwa 20% bis etwa 60% der Höhe B des Bordrandes 19.

[0012] Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich ist, befinden sich seitlich neben dem Trommelboden 14 eine Ringkammer 22 für Seitenfiltrat und eine Ringkammer 24 für Mantelfiltrat. In Fig. 2 ist die Ringkammer 24 zur Vereinfachung weggelassen. Die Ringkammer 22 ist dabei näher am Trommelboden 14 angeordnet als die Ringkammer 24, derart, daß sich der Boden der Ringkammer 22 radial innerhalb des Bodens der Ringkammer 24 befindet. Unter "radial" wird vorliegend stets der Bezug zur Rotationsachse 12 der Trommel 10 verstanden.

[0013] Im Bereich ihres Bodens ist die Ringkammer 22 über eine Bohrung 23 in dem Trommelboden 14 mit dem Sammelraum 16 verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, ist innerhalb der Bohrung 23 ein aus Ventilkugel 29 und Ventilsitz 30 bestehendes Ventil zum Absperren des Sammelraums 16 während der Befüllung der Trommel 10 mit Suspension angeordnet. Das Ventil 29/30 ist hydrostatisch in der Weise steuerbar, daß in die Ringkammer 22 Flüssigkeit eingefüllt wird, wobei der Spiegel dieser Sperrflüssigkeit über der radial inneren Kante des seitlichen Filtermittels 16 liegt, so daß der hydrostatische Druck der Sperrflüssigkeit gegen das Filtermittel 17 größer ist als der hydrostatische Druck der Suspension. Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, sind zwischen Ringkammer 22 und Sammelraum 16 weitere Bohrungen 34 Sammelraum 16 vorhanden sind, durch welche die oberste, praktisch sedimentfreie Schicht der FiltratflUssigkeit 20 ( Fig. 1 ) über das Filtermittel 17 in die Ringkammer 22 fließen kann. Wesentlich ist, daß diese zusätzlichen Bohrungen 34, wie in Fig. 4 gezeigt, an radial weniger tiefen Stellen in die Ringkammer 22 einmünden als die mit dem Ventil 29/30 versehene Bohrung 23, welche an der radial tiefsten Stelle der Ringkammer 22 mündet.

[0014] Zum Entleeren der Ringkammer dient ein Schälrohr 26, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 der Trommel 10 schwenkbar gelagert ist und mit seinem vorderen Mundstück 26a in die Ringkammer 22 eingeschwenkt oder aus der Ringkammer 22 herausgeschwenkt werden kann. Über das Schälrobr 26 läßt sich auch Flüssigkeit in die Ringkammer 22 eintragen; besser ist es jedoch, wenn hierfür ein gesondertes Rohr 25 ( Fig. 2) vorgesehen wird, welches achsparallel zur Rotationsachse 12 geführt ist und mit seinem abgekröpften Ausgußende in die Ringkammer 22 hineinragt. Ober das Rohr 25 läßt sich außer der schon erwähnten Sperrflüssigheit auch Spülflüssigkeit in die Ringkammer 22 und von dort durch die geöffnete Bohrung 23 gegen das Filtermittel 17 einbringen, um nach Abschluß des Filtrationsvorganges, wenn der Filterkuchen von den Filtermitteln 15, 17 entfernt ist, das Filtermittel 17 rückzuspülen.

[0015] Die Ringkammer 24 für das Mantelfiltrat ist über eine Bohrung 25a im Trommelmantel 13 oder, wie durch den gestrichelten Verlauf angedeutet ist, durch eine Bohrung 25b im Trommelboden 14 mit dem Sammelraum 18 hinter dem mantelseitigen Filtermittel 15 verbunden. Die Bohrung 25b verläuft im wesentlichen parallel zum Trommelmantel 13 und mündet im gezeigten Beispielsfall an einer radial relativ hohen Stelle in die Ringkammer 24, da die Ringkammer 24 wegen der alternativ vorgesehenen Bohrung 25a ihre radial tiefste Stelle unterhalb des Trommelmantels 13 hat. Eine derart tiefliegende Positionierung der Ringkammer 24 ist im Falle der Bohrung 25b nicht erforderlich; vielmehr kann in diesem Ausführungsfalle.die Ringkammer 24 so positioniert werden, daß die Bohrung 25b am Boden der Ringkammer 24 mündet.

[0016] Durch die in Fig. 1 gezeigte Positionierung der Ringkammer 24 wird ein Syphon gebildet,wobei die Bohrung 25a im Trommelmantel 13 unter einem Winkel von 30° bis 60° zur Rotationsachse 12 verläuft und am tiefliegenden Boden der Ringkammer 24 mündet. Um einen Syphoneffekt zu erzielen, muß in der Ringkammer ein Flüssigkeitsspiegel in der gezeigten Weise vorhanden sein, welcher die Mündung der schräg verlaufenden Bohrung 25a gerade noch vollständig bedeckt hält. Die radiale Differenz zwischen diesem Flüssigkeitsspiegel und der Oberfläche des mantelseitigen Filtermittels 15 wirkt als zusätzliche Druckdifferenz zur Beschleunigung der Filtration beim Trockenschleudern. Das Trockenschleudern beginnt, sobald der Spiegel der Filtratflüssigkeit 20 in den Filterkuchen ( Schicht von Feststoffen 21 ) eingetreten ist, was dann der Fall ist, wenn die Filtratflüssigkeit 20 als Seitenfiltrat über das Filtermittel 17 und als Mantelfiltrat ( in wesentlich geringerem Umfang als das Seitenfiltrat) über das Filtermittel 15 abgetrennt worden ist. Die beim Trockenschleudern abfließende Filtratflüssigkeit gelangt im wesentlichen als Mantelfiltrat in die Ringkammer 24. Zum Entleeren der Ringkammer 24 und zur Steuerung des für den Syphoneffekt wesentlichen FlUssigkeitsspiegels in der Ringkammer 24 ist achsparallel zur Rotationsachse 12 ein weiteren Schälrohr 27 schwenkbar gelagert, welches mit seinem Mundstück 27a in die Ringkammer 24 hineingeschwenkt oder aus der Ringkammer 24 herausgeschwenkt werden kann. In gleicher Weise wie für die Ringkammer 22 kann über das Schälrohr 27 eine Spülflüssigkeit in die Ringkammer 24 nach Abschluß der Filtration eingebracht werden, um das mantelseitige Filtermittel 15 rückzuspülen.

[0017] Die in Fig. 1 dargestellte bauliche Vereinigung zweier Ringkammern 22, 24 gestattet somit eine optimale Gestaltung der Filtration mit minimalen Zeiten für die Hauptfiltration (Abzug der Flüssigkeit 20) und den Trockenschleudervorgang. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel gegenüber Zentrifugentrommeln nach dem Stand der Technik die Hauptfiltrationsdauer von etwa 7500s auf 250s verkürzen läßt, wenn der Filterkuchen einen großen Widerstand hat.

[0018] Die für die Seitenfiltration vorgesehenen Filtermittel 17 sind, wie die Figuren 3 bis 6 zeigen, vorzugsweise als Ronden ausgebildet, welche im Falle von Fig. 3 in gleichmäßiger Verteilung kreisförmig auf dem Trommelboden 14 angeordnet sind. Jede Ronde besteht, wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist, aus einem Tragrahmen 31, welcher radförmig mit einer zentralen Nabe 31a ausgebildet ist. Durch die Nabe 31a ist eine Schraube 33 hindurchgeführt, welche in eine Gewindebohrung 14a des Trommelbodens 14 eingeschraubt ist. Der Tragrahmen 31 ist über einen eingelegten Dichtring 35 an seinem Umfangsbereich gegen den Trommelboden 14 abgedichtet. Die Rahmenkonstruktion des Trangrahmens 31 läßt vier Segmentfenster entstehen, in welchen das Filtermittel 17 entsprechend segmentförmig angesetzt ist. Dabei ist zwischen jedem Filtersegment und der Oberfläche des Trommelbodens 14 ein gewelltes Stützgitter 32 angebracht, wodurch die Aufblähung des Filtermittels 17 beim Rückspülen in Grenzen gehalten wird und gleichzeitig ein ungehinderter Abfluß des Seitenfiltrats in die Ringkammer 22 gewährleistet wird.

[0019] Eine weitere Ausbildung des Filtermittels 17 ist in den Figuren 7 und 8 veranschaulicht. Auch hier ist ein aus gieß- oder spritzbarem Kunststoff gefertigter Tragrahmen 31 vorgesehen, welcher segmentartige Aussparungen unterschiedlicher Form aufweist, in denen in gleicher Weise wie bei den Ronden gemäß Fign 5 und 6 die Filtermittel 17 eingesetzt sind, die sich wiederum auf Stützgittern 32 abstützen. Zur Befestigung der auf einer Ringzone aneinandergrenzend angeordneten Tragrahmen 31 ist in dem Trommelboden 14 eine Ringnut 14b ausgebildet, in welche die Tragrahmen 31 bündig zur Oberfläche des Trommelbodens 14 eingesetzt sind. Ferner sind Befestigungsschrauben 33 vorgesehen, welche jeden Tragrahmen 31 an zwei verbreiterten Stellen durchsetzen und in zugeordnete Bohrungen des Trommelbodens 14 eingeschraubt sind. Die Abdichtung der Tragrahmen 31 erfolgt mittels Dichtwülste 35a, welche zwischen den Stirnflächen des Tragrahmens 31 und den Flanken der Nut 14b eingelegt sind. Auf solche Dichtwülste kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn die Tragrahmen 31 aus einem Material hoher Elastizität hergestellt sind.

[0020] Für die Bemessung der Filtermittel 17 in den Segmenten des Tragrahmens 31 gilt die Faustregel, daß die Gesamtfläche der Filtermittel 17 relativ zur Gesamtfläche des Trommelmantels 13 im Bereich zwischen etwa 1:20 und etwa 1:60 liegt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Trennen von Suspensionen, mit einer Zentrifugentrommel, welche an ihrer Mantelfläche und zumindest einem Bereich ihrer Seitenfläche mit Filtermitteln versehen ist, durch welche ein Mantelfiltrat bzw. ein Seitenfiltrat hindurchfließen kann, dadurch gekennzeichnet , daß das Mantelfiltrat und das Seitenfiltrat aus getrennten seitlichen Ringkammern (22, 24) der Zentrifugentrommel (10) abführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abführen des Mantel- bzw. Seitenfiltrates achsparallel zur Zentrifugentrommel (10) schwenkbar gelagerte Schälrohre (26, 27) vorgesehen sind, welche in die jeweils zugeordnete seitliche Ringkammer (22 bzw. 24) mit einem vorderen Mündstück (26a, 27a) einschwenkbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ringkammern (22, 24) am Boden (14) der Zentrifugentrommel (10) ange'- ordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die. Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat näher am Trommelboden (14) angeordnet ist als die Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat, wobei sich der Boden der Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat radial innerhalb des Bodens der Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat befindet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (24) für das Mantelfiltrat mit einem zwischen Trommelmantel (13) und zugeordnetem Filtermittel (15) vorhandenen Sammelraum (18) durch wenigstens eine Bohrung (25a bzw. 25b) verbunden ist, welche entweder im wesentlichen parallel zum Trommelmantel (13) oder in einem Winkel hierzu unter Erzeugung eines Syphoneffektes verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer (22) der Ringkammern (22, 24) eine Spülflüssigkeit zur Rückspülung des mit der betreffenden Ringkammer (22) in Verbindung stehenden Filtermittels (17) einbringbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (23) zwischen der Ringkammer (22) für das Seitenfiltrat und einem zwischen Trommelboden (14) und seitlichem Filtermittel (17) angeordneten weiteren Sammelraum (16) ein unter hydrostatischem Druck verschließbares Ventil (29, 30) angeordnet ist, wobei die betreffende Bohrung (23) in den radial tiefsten Bereich der Ringkammer (22) mündet (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Filtermittel (17) für die Seitenfiltration und dem Filtermittel (15) für die Mantelfiltration ein radialer Abstand (H) vorhanden ist, welcher im Bereich zwischen etwa 20 v.H. und etwa 60 v.H. der Höhe (B) eines zwischen Trommelmantel (13) und seitlicher Befüllungsöffnung (28) befindlichen Bordrings (19) liegt.(Fig. 2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Filtermittel (17) für die Seitenfiltration relativ zur Gesamtfläche des Trommelmantels (13) im Bereich zwischen etwa 1:20 und 1:60 liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel (17) für die Seitenfiltration in einem Tragrahmen (31) unter Ausbildung mehrerer Filtersegmente gehaltert sind (Fign. 5 bis 8).

Zeichnung