[0001] Die vorliegende Erfindung Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem
stationären Außengehäuse, einer im Außengehäuse vertikal angeordneten Schleudertrommel,
einer Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, einer Suspensionszuführung, einer
Abführung für die klassierte Suspension, einer Reinigungsvorrichtung und einer Abführung
für die bei der Reinigung entstehende, das Sediment enthaltende redispergierte Suspension.
[0002] Eine derartige Naßklassiereinrichtung ist bekannt. Sie findet beispielsweise zur
Abtrennung des Grobanteils von Pulvern, wie Titandioxid, Verwendung. So finden heutzutage
immer mehr ultrafeine Materialien mit einer Partikelgröße zwischen 0,1-5 µm Verwendung.
Derartige Partikelgrößen können durch Feinmahlen von Rohsubstanzen erzielt werden,
was jedoch mit relativ hohen Betriebskosten verbunden ist, da hierzu sehr viel Energie
verbraucht wird, Kühlsysteme benötigt werden, eine relativ starke Verschmutzung der
Umwelt gegeben ist und ein großer Anteil von Partikeln mit Untergröße erzeugt wird
etc. Derartige Probleme treten bei Naßklassierzentrifugen nicht auf. Hierbei wird
der Feststoff (Pulver) mit einer Flüssigkeit (üblicherweise Wasser) in einem Vormischtank
vermischt, um eine Suspension zu erhalten. Die Suspension wird, falls erforderlich,
in einem nachfolgenden Verdünnungstank verdünnt und dann in die als Zentrifuge ausgebildete
Naßklassiereinrichtung eingeführt. Innerhalb der rotierenden Schleudertrommel werden
die schwereren und gröberen Partikel schneller als die leichteren und feineren der
Suspension radial nach außen gegen die Trommelwand geführt, wo sie sich als Sediment
absetzen. Das Sediment wird in Reinigungsphasen der Naßklassiereinrichtung von der
Trommelwand gelöst, wobei hierzu, je nach Ausführungsform, Reinigungsflüssigkeiten,
mechanische Reinigungseinrichtungen, wie Messer etc., eingesetzt werden. Das in der
Reinigungsflüssigkeit redispergierte Sediment wird schließlich aus der Schleudertrommel
abgeführt und beispielsweise einer getrennt angeordneten Kugelmühle zugeführt, in
der der Grobanteil der redispergierten Suspension gemahlen wird. Die aufbereitete
Suspension kann dann erneut in das System eingeführt werden, beispielsweise dem Vormischtank
zugeführt werden.
[0003] Die klassierte Suspension wird während dem Klassiervorgang kontinuierlich von der
Naßklassiereinrichtung abgezogen und der weiteren Verwendung zugeführt.
[0004] Wie vorstehend erläutert, ist bei dieser Vorgehensweise - wenn man den Grobanteil
des Sedimentes der redispergierten Suspension weiterverarbeiten will - eine von der
eigentlichen Naßklassiereinrichtung getrennte Mahleinrichtung, beispielsweise eine
Kugelmühle, erforderlich. Dieser muß die redispergierte Suspension mit dem darin enthaltenen
Sedimentkuchen über ein Rohrsystem zugeführt werden, und die aufbereitete Suspension
muß hiervon wieder über ein Rohrsystem abgezogen werden. Dies ist aufwendig, so daß
eine derartige Anlage nicht nur mit hohen Einrichtungskosten, sondern auch mit hohen
Betriebskosten verbunden ist, da eine Kugelmühle einen hohen Energieverbrauch hat.
Insbesondere treten hierbei sehr hohe Reinigungskosten bei Produktwechsel auf.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Naßklassiereinrichtung der angegebenen
Art zu schaffen, die selbst eine Aufbereitung des abgetrennten Grobanteils (Sedimentkuchens)
in der beim Reinigungsvorgang entstehenden redispergierten Suspension ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Naßklassiereinrichtung der angegebenen
Art dadurch gelöst, daß sie eine Mahlwerkkammer für den Grobanteil des Sedimentes
in der redispergierten Suspension aufweist.
[0007] In die erfindungsgemäß ausgebildete Naßklassiereinrichtung ist somit eine Zerkleinerungseinrichtung
bzw. Mahleinrichtung für den Grobanteil (das Sediment) integriert, so daß der mit
einer getrennt angeordneten Mahleinrichtung verbundene Aufwand entfällt. Die Mahlwerkkammer
für den Grobanteil des Sedimentes ist vorzugsweise unterhalb der Schleudertrommel
der Naßklassiereinrichtung angeordnet, so daß die den Grobanteil (das Sediment) enthaltende
und bei der Reinigung anfallende redispergierte Suspension unmittelbar aus dem Raum
innerhalb des Außengehäuses in die Mahlwerkkammer eingeführt werden kann. Der Grobanteil
wird dort entsprechend zerkleinert, und die dann erhaltene aufbereitete Suspension
wird aus der Mahlwerkkammer abgezogen und beispielsweise wieder im Kreislauf in das
System eingeführt, beispielsweise in den Vormischtank aber auch direkt in die Schleudertrommel
der Naßklassiereinrichtung.
[0008] Der hier verwendete Begriff "in die Naßklassiereinrichtung integriert" soll bedeuten,
daß die Mahleinrichtung im oder am Außengehäuse der Naßklassiereinrichtung angeordnet
sein kann. Sie kann aber auch im Abstand vom Außengehäuse vorgesehen sein, wenn sie
beispielsweise von der Welle der Schleudertrommel betrieben wird. Wichtig ist, daß
Klassiereinrichtung und Mahlwerk letztendlich eine Einheit bilden.
[0009] Innerhalb der Mahlwerkkammer befindet sich mindestens ein rotierendes Element, das
den Grobanteil (Sedimentkuchen) zerkleinert bzw. feinmahlt oder diesen Vorgang unterstützt.
Wenn daher in dieser Beschreibung der Begriff "Mahlwerk" verwendet wird, so ist hiermit
allgemein eine Einrichtung gemeint, die selbst den Zerkleinerungs- bzw. Mahlvorgang
durchführt oder diesen lediglich unterstützt. Im letztgenannten Fall kann es sich
beispielsweise um ein in der Mahlwerkkammer rotierendes Element handeln, das in der
in der Mahlwerkkammer befindlichen Suspension rotiert und zusätzliche Mahlelemente,
wie beispielsweise Kugeln oder Perlen, die in der Kammer frei beweglich sind, in Schwebe
hält, damit diese Kugeln bzw. Perlen den eigentlichen Mahlvorgang durchführen können.
[0010] Zweckmäßigerweise sitzt das Mahlwerk auf der Antriebswelle für die Schleudertrommel.
Schleudertrommel und Mahlwerk können somit bei dieser Ausführungsform über eine einzige
Antriebseinrichtung (Elektromotor) angetrieben werden, so daß sich beträchtliche Installations-
und Betriebskosten einsparen lassen.
[0011] Um zu verhindern, daß sich das Mahlwerk bei dieser Ausführungsform immer zusammen
mit der Schleudertrommel dreht, d.h. auch während des Klassiervorganges, während dem
das Mahlwerk nicht benötigt wird, da keine redispergierte Suspension anfällt (dies
geschieht nur während der Reinigungsphase), ist das rotierende Mahlwerk vorzugsweise
so gesteuert, daß es sich nur während der Reinigungsphase der Naßklassiereinrichtung
dreht. Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß das rotierende Mahlwerk über
eine drehzahlabhängige Kupplung mit der Schleudertrommelantriebswelle verbunden ist.
Es kann dann so vorgegangen werden, daß bei hohen Drehzahlen, bei denen die Schleudertrommel
den Klassiervorgang durchführt, die Mahlwerkkupplung ausgerückt ist, so daß sich das
Mahlwerk nicht dreht, und bei niedrigeren Drehzahlen der Schleudertrommel, die während
der Reinigungsphase Anwendung finden, die Kupplung eingerückt ist, so daß das Mahlwerk
gedreht wird. Wie erwähnt, fällt in dieser Phase redispergierte, den Sedimentkuchen
enthaltende Suspension an, deren Grobanteil vom Mahlwerk in der Mahlwerkkammer zermahlen
werden kann.
[0012] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Mahlwerk
eine Drehscheibe sowie eine Vielzahl von Mahlperlen auf. Die Drehscheibe ist auf der
Antriebswelle für die Schleudertrommel und ist so gesteuert, daß sie während der Reinigungsphase
der Naßklassiereinrichtung rotiert. Durch die Rotation dieser Drehscheibe in der mit
der Suspension gefüllten Mahlwerkkammer werden die frei in der Kammer beweglichen
Mahlperlen in Schwebe gehalten und zermahlen den Grobanteil.
[0013] Der Boden des Außengehäuses der Naßklassiereinrichtung ist zweckmäßigerweise zur
Mitte hin geneigt und weist dort eine Eintrittsöffnung in die Mahlwerkkammer auf.
Die während der Reinigungsphase entstehende redispergierte Suspension, die aus der
Schleudertrommel austritt, kann sich somit innerhalb des Außengehäuses durch Schwerkraftwirkung
im mittleren Bereich des Bodens des Außengehäuses sammeln und dort über die vorgesehene
Eintrittsöffnung in die Mahrwerkkammer eindringen.
[0014] Aus der Schleudertrommel in den diese umgebenden Raum innerhalb des Außengehäuses
gelangt die redispergierte Suspension vorzugsweise über Austrittsöffnungen, die im
oberen und unteren Bereich der Schleudertrommel vorgesehen sind.
[0015] Wie erwähnt, gelangt die Suspension dann durch Schwerkraftwirkung in den mittleren
Bodenbereich des Außengehäuses und von dort in die Mahlwerkkammer.
[0016] Dadurch, daß die Eintrittsöffnung in die Mahlwerkkammer mittig angeordnet ist, wird
der eigentliche Mahlvorgang, der überwiegend im radial äußeren Bereich der Mahlwerkkammer
stattfindet, nicht beeinflußt. Dies trifft auch auf die Abführung der aufbereiteten
redispergierten Suspension mit gemahlenem Grobanteil zu, die ebenfalls mittig in der
Mahlwerkkammer angeordnet ist. Zweckmäßigerweise umgeben die Eintrittsöffnung und
die Austrittsöffnung die Antriebswelle für die Schleudertrommel und das Mahlwerk.
Die Austrittsöffnung ist zweckmäßigerweise in bezug auf den Kammerboden erhöht angeordnet,
was weiter dazu beiträgt, daß die in der Kammer befindlichen Mahlperlen nicht aus
der Kammer entweichen können.
[0017] Bei Beendigung der Reinigungsphase (Redispersionsphase) wird die Zufuhr an Suspension
zur Mahlwerkkammer gestoppt, so daß die Mahlwerkkammer allmählich leerläuft. Die Mahlperlen
sammeln sich dabei im unteren Bereich der Kammer an und können nicht über die Austrittsöffnung
entweichen.
[0018] Wesentlich ist, daß bei der hier beschriebenen Einrichtung in der Reinigungsphase
eine den Sedimentkuchen enthaltende Suspension gebildet wird. Im Normalfall wird daher
der Klassiereinrichtung während der Reinigungsphase eine Reinigungsflüssigkeit zugeführt,
die die entsprechende Suspension bildet. Unter dem hier verwendeten Begriff "Reinigungsvorrichtung"
soll daher ganz allgemein auch eine Vorrichtung bzw. Einrichtung verstanden werden,
die lediglich zur Einführung von Reinigungsflüssigkeit dient. Mechanische Reinigungseinrichtungen,
beispielsweise Messer, Kratzer, Werkzeuge zum Verwirbeln, zum Einschneiden in den
Sedimentationskuchen etc., können zusätzlich vorgesehen sein, insbesondere auch Reinigungslanzen
etc.
[0019] Das rotierende Element der Mahlwerkkammer kann auch fest mit der Antriebswelle verbunden
sein. Hierbei läuft somit das rotierende Element in der Klassierphase mit. Dabei ist
der Raum der Mahlwerkkammer vorzugsweise ausreichend groß bemessen, so daß in der
Mahlwerkkammer angeordnete Perlen sich durch Schwerkraft ablagern können, wenn keine
Flüssigkeit in der Mahlwerkkammer angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform befindet
sich daher während der Klassierphase keine Flüssigkeit in der Mahlwerkkammer.
[0020] Ferner besitzt die Mahlwerkkammer zweckmäßigerweise eine Restentleerungseinrichtung
mit Rückhaltesieb, die mit Hilfe eines Ventils geschlossen oder geöffnet werden kann.
[0021] Wie vorstehend erläutert, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
die Mahlwerkkammer unterhalb der Schleudertrommel oder auch unterhalb des Außengehäuses
der Klassiereinrichtung angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Mahlwerkkammer
oberhalb der Schleudertrommel vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform kann die klassierte
Suspension nicht mehr durch Schwerkraftwirkung in die Mahlwerkkammer gelangen, sondern
muß hochgepumpt werden.
[0022] Noch eine weitere Ausführungsform besitzt sowohl eine oberhalb der Schleudertrommel
als auch eine unterhalb der Schleudertrommel angeordnete Mahlwerkeinrichtung. Hierbei
kann die oberhalb der Schleudertrommel angeordnete Mahlwerkeinrichtung zum Anmahlen
bzw. Vorzerkleinern der gesamten Suspension verwendet werden, während die unterhalb
angeordnete Mahlwerkeinrichtung zur Zerkleinerung nur des Grobanteils der Suspension
eingesetzt wird.
[0023] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Naßklassiereinrichtung
mit integrierter Mahleinrichtung.
[0024] Die in der Figur dargestellte Naßklassiereinrichtung 1 besitzt ein Außengehäuse 2,
in dem eine Schleudertrommel 3 in Vertikalanordnung vorgesehen ist. Die Schleudertrommel
3 ist mit Hilfe einer Nabe 6 an einer sich vertikal durch das Außengehäuse 2 erstreckenden
Antriebswelle 7 befestigt. Die Antriebswelle 7 wird von einem geeigneten Elektromotor
(nicht gezeigt) angetrieben, so daß sie die Schleudertrommel 3 in Drehungen versetzt.
Bei 8 ist ein entsprechendes Wellenlager dargestellt.
[0025] Auf der Oberseite des Außengehäuses 2 befindet sich eine Feststoffeinführung 9, die
für das Klassieren keine Bedeutung hat. Eine zu klassierende Suspension wird über
eine ebenfalls an der Oberseite des Außengehäuses angeordnete Suspensionszuführung
10 in die Schleudertrommel 3 eingeführt. Diese Suspension kann beispielsweise in einem
vorgeschalteten Behälter hergestellt worden sein. Die Suspensionszuführung 10 an der
Oberseite des Außengehäuses 2 dient ebenfalls als Flüssigkeitszuführung 10, mittels
der eine Reinigungsflüssigkeit eingeführt wird.
[0026] Mit der Zuführung 9 wird ein Feststoff eingeführt, wenn die Naßklassiereinrichtung
als Dispergiereinrichtung zur Herstellung der Suspension dienen soll. Hierbei wird
die zu klassierende Suspension selbst in der Klassiereinrichtung hergestellt. Die
erforderliche Flüssigkeit wird dabei über die Flüssigkeitszuführung 10 eingeführt,
wobei eine geeignete Dispergiervorrichtung 11 die zu klassierende Suspension herstellt.
[0027] Für den vorliegenden Fall sei davon ausgegangen, daß über die Zuführung 10 bereits
die zu klassierende Suspension eingeführt wird.
[0028] Die Schleudertrommel 3 hat durch horizontale Trennwände 4 voneinander getrennte Kammern
5, die zur Aufnahme des abgetrennten Grobanteils (Sedimentes) dienen. Der Grobanteil
lagert sich dort ab, weil er durch die beim Rotieren der Schleudertrommel entstehenden
Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert wird. Die nach dem Abtrennen des Grobanteils
verbleibende klassierte Suspension wird über z.B. eine Leitung 22 abgezogen.
[0029] Zur Inbetriebnahme der Naßklassiereinrichtung wird die Schleudertrommel auf die Klassierdrehzahl
gebracht, wonach kontinuierlich zu klassierende Suspension eingefüllt wird. Bei diesem
Vorgang wird Sediment in den Kammern 5 abgelagert.
[0030] Um das abgelagerte Sediment aus den Kammern 5 zu entfernen, wird eine Reinigungsphase
durchgeführt. Hierbei wird die Drehzahl der Antriebswelle 7 abgesenkt, und über die
Zuführung 10 wird eine Reinigungsflüssigkeit in die Schleudertrommel 3 eingeführt,
und zwar über eine axial angeordnete Flüssigkeitsleitung 12, wobei die Reinigungsflüssigkeit
am unteren Ende 13 der Flüssigkeitsleitung bzw. über Öffnungen, die über deren Länge
verteilt sind, austritt. Das die Flüssigkeitsleitung 12 bildende Element ist ferner
mit seitlich ausklappbaren Messern 14 versehen, die in der Figur im ausgeklappten
Zustand dargestellt sind. Diese Messer schneiden im ausgeklappten Zustand in das abgesetzte
Sediment ein und lösen auf diese Weise in Verbindung mit der eingeführten Reinigungsflüssigkeit
den Sedimentkuchen ab.
[0031] Der abgelöste Sedimentkuchen und die Reinigungsflüssigkeit bilden eine redispergierte
Suspension, die die Schleudertrommel 3 am oberen und unteren Ende verläßt, wie bei
16 gezeigt. Diese Suspension gelangt über den zwischen dem Außengehäuse 2 und der
Schleudertrommel 3 befindlichen Raum 23 nach unten, sammelt sich im mittleren Bereich
des Gehäuses und gelangt von dort über eine Eintrittsöffnung 17 in eine unter dem
Außengehäuse 2 angeordnete Mahlwerkkammer 18. Die Mahlwerkkammer 18 enthält eine Drehscheibe
19, die mit der Antriebswelle 7 über eine drehzahlabhängige Kupplung (nicht gezeigt)
verbunden ist. Die Kupplung ist dabei so eingestellt, daß sich die Drehscheibe 19
während des Zentrifugierbetriebes (Absetzphase des Sedimentes) nicht zusammen mit
der Antriebswelle 7 dreht, sich jedoch zusammen mit dieser bei niedrigeren Drehzahlen
während der Reinigungephase dreht. Während der Reinigungsphase ist daher die Mahlwerkkammer
18 mit redispergierter Suspension gefüllt, die durch die rotierende Drehscheibe 19
agitiert wird. Durch diesen Effekt werden in der Mahlwerkkammer 18 befindliche Mahlperlen
20 in Schwebe gehalten, die den in der Suspension befindlichen Grobanteil zermahlen.
Die aufbereitete Suspension gelangt schließlich über eine mittig und erhöht angeordnete
Austrittsöffnung 21 aus der Mahlwerkkammer 18 heraus. Sie kann dann im Kreislauf wieder
in die Schleudertrommel zurückgeführt werden.
[0032] Mit 24 ist eine Abführung für zu klassierende Suspension bezeichnet, die zur Anwendung
gelangt, wenn die Suspension selbst in der Einrichtung hergestellt wird. Mit 25 ist
eine Restentleerung mit Sieb (Perlen) der Mahlwerkkammer bezeichnet.
1. Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außengehäuse,
einer im Außengehäuse vertikal angeordneten Schleudertrommel, einer Welle zum Rotierenlassen
der Schleudertrommel, einer Suspensionszuführung, einer Abführung für die klassierte
Suspension, einer Reinigungsvorrichtung und einer Abführung für die bei der Reinigung
entstehende, das Sediment enthaltende redispergierte Suspension, dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Mahlwerkkammer (18) für den Grobanteil des Sedimentes in der redispergierten
Suspension aufweist.
2. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlwerkkammer
(18) unterhalb der Schleudertrommel (3) angeordnet ist.
3. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlwerk
ein rotierendes Element, insbesondere eine Drehscheibe (19), sowie eine Vielzahl von
Mahlperlen (20) aufweist.
4. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende
Element auf der Antriebswelle (7) für die Schleudertrommel (3) sitzt.
5. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Boden (15) des Außengehäuses (2) zur Mitte hin geneigt ist und dort eine Eintrittsöffnung
(17) in die Mahlwerkkammer (18) aufweist.
6. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleudertrommel (3) im oberen und unteren Bereich eine Austrittsöffnung (16)
für die redispergierte Suspension aufweist.
7. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mahlwerkkammer (18) eine mittige Abführung (21) für die aufbereitete redispergierte
Suspension aufweist.
8. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das rotierende Element (Drehscheibe (19)) so gesteuert ist, daß es sich nur während
der Reinigungsphase der Naßklassiereinrichtung dreht.
9. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das rotierende Element (Drehscheibe (19)) über eine drehzahlabhängige Kupplung
mit der Schleudertrommelantriebswelle (7) verbunden ist.
10. Naßklassiereinrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß das
rotierende Element fest mit der Antriebswelle (7) verbunden ist.