EP1468742B1 - Mehrstufige Schubzentrifuge - Google Patents
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- EP1468742B1 EP1468742B1 EP04405165.4A EP04405165A EP1468742B1 EP 1468742 B1 EP1468742 B1 EP 1468742B1 EP 04405165 A EP04405165 A EP 04405165A EP 1468742 B1 EP1468742 B1 EP 1468742B1
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Classifications
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- 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
- B04B11/06—Arrangement of distributors or collectors in centrifuges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B04B—CENTRIFUGES
- B04B3/00—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering
- B04B3/02—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering discharging solid particles from the bowl by means coaxial with the bowl axis and moving to and fro, i.e. push-type centrifuges
Definitions
- the invention relates to a multi-stage pusher centrifuge according to the preamble of independent claim 1, and as this example GB-A-1 518 239 is known.
- centrifuges for drying wet substances or moist substance mixtures centrifuges in various embodiments are widely used and are used in a variety of fields.
- discontinuously operating centrifuges such as peeler centrifuges
- continuously operating pusher centrifuges are advantageously used.
- a solid-liquid mixture for example a suspension or a moist salt or salt mixture
- a mixture distributor of a rapidly rotating drum which is designed as a filter, fed so that due the centrifugal forces acting the liquid phase is eliminated through the filter, while inside the drum wall, a solid cake is deposited.
- the rotating drum in the rotating drum is a substantially disc-shaped, arranged synchronously mitrotierender sliding floor, wherein depending on the number of screening stages either the sliding floor or a screening stage in the axial direction in the drum oscillates with a certain amplitude, so that a part of the dried solid cake is pushed out at one end of the drum.
- drum diameter up to 1000 mm and more are quite common and typical rotational frequencies of the drum, depending on the drum diameter of up to 2000 revolutions per Minute and more can be achieved. In this case usually requires a larger drum diameter because of the strong centrifugal forces occurring a smaller maximum rotational frequency of the drum.
- the operating parameters, such as the rotational frequency of the drum, the amount of mixture supplied per unit time or the drum diameter or the type of pusher centrifuge used also depend on the material to be dried itself, the content of liquid and so on.
- the multistage pusher centrifuges known from the prior art are generally continuous filter centrifuges.
- the multi-stage filter centrifuge consists of an outer sieve drum and at least one screening stage arranged in the outer sieve drum, which is likewise designed as a sieve drum.
- several screening stages can be arranged concentrically in one another, so that two, three and multi-stage pusher centrifuges can be realized, all screening stages being driven very quickly synchronously about a common axis of rotation.
- a solid-liquid mixture to be separated passes continuously through a stationary inlet pipe into a mixture distributor arranged in the innermost screening stage, which also co-rotates synchronously, and is uniformly distributed over its entire screen circumference at the innermost screening stage.
- the innermost stage which is also referred to as the first stage, carries out an oscillation movement in the direction of the axis of rotation in addition to the rotation movement about the axis of rotation.
- This oscillatory movement is generated, for example, hydraulically via a thrust piston with Um Kunststoffmechanismus.
- the solids cake is pushed in ring sections, corresponding to the stroke length of the oscillation, from the first to the second stage and finally leaves the pusher centrifuge via an outlet opening.
- the solid cake in the sieve drum is washed continuously with the addition of washing liquid on the solid cake.
- a known two-stage pusher centrifuge which operates according to the previously described principle, is for example in the DT 25 42 916 A1 described in detail.
- the first stage ie the innermost screening stage
- the outer screening drum serves primarily as a drying stage.
- multistage pusher centrifuges achieve a significantly increased liquid swallowing capacity, so that mixtures with lower inlet concentrations, ie with a higher liquid content, can be processed.
- multistage pusher centrifuges have long been well known, as briefly outlined above, also for special applications in a wide variety of design variants, the known multistage pusher centrifuges nevertheless have different designs serious disadvantages.
- the inlet concentration of the mixture to be processed must not be arbitrarily small. That is, if the proportion of liquid in the mixture is too high, for example, 50% or 70% or 80% or even more than 90% liquid phase, the mixture must be pre-thickened in more or less expensive processes.
- the centrifuges known from the prior art sometimes show massive disadvantages.
- the mixture introduced into the mixture distributor through the inlet pipe is accelerated to the full peripheral speed of the drum in the shortest time when it strikes the screening drum.
- this can lead to grain breakage lead, that is, that, for example, solid grains, which are distributed in a centrifuge supplied to the suspension burst in an uncontrolled manner in the abrupt acceleration process into smaller pieces, which may have a negative impact on the quality of the produced solid cake, for example, if the particle size of the grains in the End product plays a role.
- the object of the invention is therefore to propose an improved multi-stage pusher centrifuge, which largely avoids the disadvantages known from the prior art.
- the multistage pusher centrifuge comprises an outer screen drum rotatable about a rotation axis and at least one screening stage arranged in the outer screen drum, a mixing distributor arranged in the screen drum with a pusher bottom device, wherein either the screening step or the pusher bottom device is arranged to be movable back and forth along the rotation axis that the solids cake is displaceable by means of the pusher bottom device.
- the multistage pusher centrifuge further comprises a feed device with which the mixture can be introduced via the mixture distributor into an empty space which arises when the solids cake is displaced by the pusher bottom device, wherein the pusher bottom device comprises a pre-acceleration funnel which extends essentially widening in the direction of the feed device and the Pre-acceleration funnel is designed as Vorbevantungssieb and the pre-acceleration funnel has a curved course and increases the pre-acceleration angle of the Vorbevantungstrichters towards the feed device out.
- the multistage pusher centrifuge according to the invention has a pre-acceleration screen arranged on the pusher bottom device, it is not necessary the entire amount of liquid phase contained in the feed mixture is accelerated to the full peripheral speed of the screen drum since a portion of the liquid phase is already deposited over the pre-acceleration screen and removable from the screen drum. Thus, mixtures with a very high liquid content are easily processed. In particular, a uniform distribution of the mixture to be dried over the peripheral surface of the screening stage or the screening drum is thus always guaranteed even with a high liquid content.
- the pre-acceleration funnel designed as a pre-acceleration screen prevents a mixture introduced into the mixture distributor by the feed device from reaching the inner circumferential surface of the screening stage directly, essentially only under the influence of gravity and without pre-acceleration. Rather, the incoming mixture is accelerated slowed down to the peripheral speed of the screen drum, whereby in particular grain breakage and other harmful influences, such as occur during abrupt acceleration in the known from the prior art multi-stage pusher centrifuges, can be prevented.
- a bursting of Feststoffkömer contained in the mixture can be avoided, because the acceleration process over the predeterminable Vorbeschreibungswinkel the Vorbevantungstrichters is controllable, i.
- the acceleration itself is adjustable by a suitable choice of the pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel.
- the quality of the solid cake produced in particular in products in which, for example, the particle size or the shape of the grains in the end product play a role, can be significantly increased.
- the multistage pusher centrifuge according to the invention serves to separate a mixture into a solids cake and into a liquid phase and, as essential components, comprises one about an axis of rotation over a drum axis rotatable outer screen drum, which is housed in a housing.
- the drum axis is in operative connection with a Trömmefantrieb, so that the screen drum is set by the drum drive in rapid rotation about the axis of rotation.
- Within the outer screening drum at least one screening stage is arranged.
- a mixture distributor with a pusher bottom device is provided in the screen drum, wherein either the screening stage or the pusher bottom device along the axis of rotation is arranged back and forth, so that the solid cake is displaceable by means of the pusher bottom device.
- Both the outer screen drum and the screening stage in this case have screen openings through which liquid phase from the solid cake or from a mixture which can be applied to an inner peripheral surface of the screening stage, by the centrifugal forces occurring in the known manner can be discharged to the outside.
- the screen drum and / or the screen stage be configured in a conventional manner as a skeletal support drum, which is lined to form the corresponding screen surfaces with special filter films on its periphery, ie the skeletal support drum can, for example be configured one or more filter screens with different or equal sized filter openings for the deposition of the liquid phase.
- the mixture distributor is arranged with the pusher bottom device, which allows continuously fed through the feed device mixture to distribute to the inner peripheral surface of the screening stage by introducing into the void, which has arisen when moving the solids cake.
- the pusher bottom device comprises a pre-acceleration funnel, which according to the invention is designed as a pre-acceleration screen, wherein the pre-acceleration screen extends substantially widening in the direction of the feed device.
- a peripheral region of the Vorbestructungstrichters is designed as an annular region that is displaceable with the annular region of the deposited in the screening stage solid cake by an oscillation of the pusher bottom device or the screening stage in the screen drum or in another screening stage.
- the mixture distributor is preferably coupled in a manner known per se by fastening means with the sieve drum and therefore rotates in a special embodiment synchronously with the sieve drum and the screening stage about the common axis of rotation.
- the oscillatory movement executes either the screening stage itself or the moving floor device.
- the drive of the oscillatory movement is preferably carried out via a push rod, wherein in a first half period of the oscillatory movement with the outer ring portion of the deposited on the screening stage solid cake in ring sections whose width is determined by the stroke length of the oscillation, from the screening stage to the screen drum or a further screening stage is pushed, and in a second half-period of the oscillatory movement a deposited on the outer edge of the drum screen ring section of solid cake is pushed out of the screen drum.
- a void is simultaneously created at the outer ring area in the screening stage, so that new mixture can be introduced into the void space.
- part of the liquid phase can already be separated from the mixture in the pre-acceleration screen and the mixture can be pre-accelerated to a predefinable rotational speed in the pre-acceleration screen, so that the mixture introduced by the feed device reaches a peripheral surface of the screening stage specifiable peripheral speed can be accelerated.
- the entire amount of liquid phase contained in the mixture must be accelerated to the full peripheral speed of the drum, so that mixtures with very high liquid content can be processed easily.
- additional facilities for pre-dewatering such as static thickeners, curved screens or hydrocyclones are superfluous.
- the pre-acceleration hopper has an opening angle with respect to the axis of rotation which is smaller than 90 °, in Vorbe instructungstrichter the flow rate of the mixture in comparison to the speed in free fall toward the peripheral surface of the screening stage selectively adjustable so that the mixture in the region of the Vorbe instructungstrichters with increasing approach to the outer ring portion in both the radial direction, and in the circumferential direction of the screen drum is gradable gradually , That is, the mixture is accelerated in the region of the pre-acceleration funnel in a particularly gentle manner gradually to a predeterminable peripheral speed in order then finally reach the full rotational speed of the screening stage when reaching the peripheral surface.
- both an inlet funnel the function of which will be explained in detail below
- the pre-acceleration funnel preferably extend in a predeterminable range at a substantially constant opening angle or at a constant pre-acceleration angle in the direction of the push floor device or the feed device ,
- the inlet funnel and / or the pre-acceleration funnel may also have a curved course over a predefinable range, the opening angle of the inlet funnel and / or the pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel being in the direction of Moving bottom device down.
- the inlet funnel or the pre-acceleration funnel is designed as a prefilter sieve or as a pre-acceleration sieve for pre-separation of liquid phase.
- the pre-acceleration screen is designed as a two-stage filter with a coarse filter and a fine filter.
- the mixture can thereby be filtered in the region of the pre-acceleration screen in two stages.
- the design of the Vorbeschreibungssiebs as a two-stage filter has the particular advantage that the fine filter is mechanically not so heavily loaded by large and / or heavy particles contained in the incoming mixture, so that the fine filter, for example, very small pores for filtering may have very small particles and in particular may also be made of mechanically less resistant materials.
- a collecting device for discharging liquid phase is provided on the mixture distributor, so that part of the liquid phase can be removed even before reaching the enormously fast rotating peripheral surface of the screening stage. This part of the liquid phase is then no longer accelerated to the full circumferential speed of the screening stage, resulting in a massive saving of energy and to relieve the components, in particular the rotating and / or oscillating components of the multi-stage pusher centrifuge. As a result, even mixtures with enormously high liquid content are easily processed.
- the pre-acceleration screen is configured and arranged such that the pre-acceleration screen can be rotated by means of a rotary drive about an axis of rotation with a predeterminable rotational speed, independent of the rotational speed of the screen drum.
- suitable means may be provided, for example in the form of computer-aided electronic systems to control the rotary drive, for example, depending on suitable operating parameters of the multi-stage pusher centrifuge, and / or to regulate.
- an inlet funnel for pre-acceleration of the incoming mixture is additionally provided in the feed device.
- the mixture first passes through the feed device into an inlet funnel, which in one exemplary embodiment is preferably, but not necessarily, non-rotatably connected to the mixture distributor, so that the inlet funnel rotates synchronously with the mixture distributor.
- the inlet funnel extends in a substantially axial direction widening towards the pre-acceleration screen, so that the mixture supplied by the feed device passes directly into the inlet funnel.
- the inlet funnel is designed and arranged so that the mixture can be fed into the pre-acceleration screen when leaving the inlet funnel.
- the mixture is pre-accelerated already in the inlet funnel to a predetermined rotational speed, so that the mixture already has a certain speed in the circumferential direction of the screening stage on arrival in Vorbeuggungssieb and so overall even more gentle on the maximum peripheral speed of the peripheral surface of the screening stage accelerated is.
- the inlet funnel can also be designed as a prefilter screen for pre-separation of liquid phase from the mixture.
- collecting agents are preferably provided for the collection and discharge of separated from the prefilter liquid phase.
- a value of an opening angle of the inlet funnel and / or the value of a pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel with respect to the axis of rotation may for example be between 0 ° and 45 °, in particular between 0 ° and 10 ° or between 10 ° and 45 °, in particular between 25 ° and 45 °, preferably between 15 ° and 35 °.
- the value of the opening angle and / or the pre-acceleration angle is greater than 45 °.
- an acute angle is generally advantageous with respect to the axis of rotation, wherein an optimum value of the respective opening angle and / or the pre-acceleration angle is determined inter alia by the value of a static friction angle of the product to be dehydrated.
- the inlet funnel has a curved course and the opening angle of the inlet funnel in the direction of the sliding floor device increases or decreases. Namely, it is known that different products under different operating conditions of the pusher centrifuge, for example, depending on the Komgrösse and / or the viscosity and / or other properties or parameters, such as the temperature of the mixture are different degrees of drainage.
- the inlet funnel or the prefilter has a curved course, wherein the opening angle of the prefilter increases towards the sliding floor device.
- the inlet funnel or the prefilter sieve widens in the direction of the push floor device, much like the horn of a trumpet.
- the pre-acceleration funnel can of course also have a curved course, with the pre-acceleration angle of the pre-acceleration funnel increasing or decreasing in the direction of the feed device.
- the prefilter sieve can of course also be designed as a two-stage sieve with a coarse sieve and a fine sieve.
- the advantages are apparent.
- the first filter stage forms the coarse screen, which contains particles contained in the mixture which are larger than the filter openings of the coarse screen.
- the fine sieve retains correspondingly finer particles, while at least a portion of the liquid phase, as well as very small particles, which must also be removed, are directly drained from the screening stage.
- the design of the prefilter sieve as a two-stage sieve has the particular advantage that the fine sieve is not so heavily mechanically loaded by large and / or heavy particles contained in the incoming mixture, so that the fine filter, for example, very small pores for filtering very small particles and in particular may also be made of mechanically less resistant materials.
- the inlet funnel and / or the pre-acceleration funnel can be designed as a skeletal support body which can be provided with special filter foils for forming the prefilter sieve and / or the pre-acceleration sieve, i.
- the skeletal support body can be equipped with one or more filter screens, which may possibly have filter openings of different sizes for deposition in different stages.
- filter screens which may be used in particular, include slot screens or, for example, screen plates.
- the filter screens can be advantageously provided in different ways with filter openings of different sizes.
- the screen plates mentioned above may be punched, drilled, lasered, electron beam perforated or water jet cut, among other things, in principle, other techniques come into question.
- the screens themselves can be made of various materials, in particular corrosion-resistant materials, such as plastics, composite materials or different steels such as 1.4462, 1.4539 or 2.4602 or other suitable materials.
- the filter screens may be provided with suitable layers, for example hard chromium layers, tungsten carbide (WC), ceramic or otherwise hardened.
- the strength of the filter sheets is typically 0.2 mm to 5 mm, although significantly different sheet thicknesses are possible.
- the inlet funnel can be arranged rotatably about a drive axis and be rotatable about the drive axis by means of a drive with a predeterminable speed.
- the latter is non-rotatably connected, for example, to a separate drive axle and can be driven via the drive axle by means of a drive independently of the sieve drum and / or independently of the pre-acceleration sieve with a predefinable rotational frequency.
- suitable means may be provided to control the drive, for example, depending on the mixture to be processed, certain Radiometem the multi-stage pusher, etc. and / or to regulate.
- the multistage pusher centrifuge according to the invention can also comprise corresponding sensors for measuring relevant operating parameters.
- Fig. 1 shows in section in a schematic representation essential components of a first embodiment of an inventive multi-stage pusher centrifuge with pre-acceleration.
- Fig. 1 shows in section in a schematic representation essential components of a first embodiment of an inventive multi-stage pusher centrifuge with pre-acceleration.
- two-stage pusher centrifuges shown schematically. It is understood that the representation of two-stage pusher centrifuges is to be understood as an example and the description of course also applies to more than two-stage pusher centrifuges in an analogous manner and is correspondingly transferable.
- the multistage pusher centrifuge according to the invention serves to separate a mixture 2 into a solids cake 3 and into a liquid phase 4 and comprises as essential components a peripheral sieve drum 6 rotatable about a rotation axis 5 via a drum axis 51. which is housed in a housing G.
- the drum axis 51 is in operative connection with a drum drive 52, so that the drum 6 can be displaced by the drum drive 52 into rapid rotation about the axis of rotation 5.
- Within the outer screen drum 6 at least one screening stage 7 is arranged.
- a mixture distributor 8 with a pusher bottom device 9 is provided in the screening drum 6, wherein either the screening stage 7 or the pusher bottom device 9 is arranged back and forth along the rotation axis 5, so that the solid cake 3 is displaceable by means of the pusher bottom device 9.
- Both the outer screen drum 6 and the screening stage 7 in this case have screen openings 61, 71, through which in a known manner with rapid rotation liquid phase 4 from the Festoffkuchen 3 or from a mixture 2, which, as described in more detail below, on an inner peripheral surface 72 of the screening stage 7 can be applied, can be discharged by the centrifugal forces occurring to the outside.
- the mixture distributor 8 is arranged with pusher bottom device 9, which allows continuously fed through the feed device 10 mixture 2 on the inner peripheral surface 72 of the screening stage 7 by introducing into a void 11, which is formed when moving the solid cake 3, too to distribute.
- the push floor device 9 comprises a pre-acceleration funnel 12 which is designed as a pre-acceleration screen 12, wherein the pre-acceleration screen 12 extends in a substantially conically widening direction in the direction of the feed device 10.
- Vorbeuggungstrichters 12 At a peripheral region of the Vorbevantungstrichters 12 is formed as an annular region 92, that with the annular region 92 of the deposited in the screening stage 7 solid cake 3 by an oscillation of the pusher bottom device 9 and / or the screening stage 7, which is described in more detail below, can be displaced into the screening drum 6 or into a further screening stage 7 (not shown here).
- part of the liquid phase 4 in the pre-acceleration screen 12 can already be separated from the mixture 2 and the mixture 2 can be pre-accelerated in the pre-acceleration screen 12 to a predefinable rotational speed.
- the mixture distributor 8 is in the in Fig. 1 shown embodiment with the sieve drum 6 rigidly coupled by fastening means 91 and therefore rotates synchronously with the screen drum 6 and the screen stage 7 about the axis of rotation 5.
- the oscillatory motion by the double arrow in Fig. 1 In the example shown here, however, only the screening stage 7 is performed.
- the oscillatory movement of the screening stage 7 preferably takes place via a push rod 21, wherein in a first half period of the oscillatory movement with an outer ring portion 92 of the deposited on the screening stage 7 solid cake 3 in ring sections whose width is determined by the stroke length of the oscillatory movement of the screening stage 7, is pushed from the screening stage 7 to the screening drum 6, and in a second half-period of the oscillatory movement through the screening stage 7, a ring section of solid cake 3 deposited on the outer edge of the screening drum 6 is pushed out of the screening drum 6.
- the empty space 11 is simultaneously formed in the screening stage 7, so that new mixture can be introduced into the empty space 11.
- part of the liquid phase 4 in the pre-acceleration funnel 12 can already be separated from the mixture 2 and the mixture 2 can be pre-accelerated to a predeterminable rotational speed in the pre-acceleration funnel 12, such that the mixture introduced by the feed device 10 2 before reaching the screening stage 7 can be accelerated to a predetermined peripheral speed.
- This must be done on the one hand not the entire amount of liquid phase 4, which is contained in the mixture 2, are accelerated to the full peripheral speed of the screen drum 6, since part of the liquid phase 4 is already deposited on the Vorbeuggungssieb 12 and directly from the sieve openings 61, 71 of sieve drum 6 is.
- mixtures 2 with a very high content of liquid phase 4 are easily processable.
- a uniform distribution of the mixture 2 to be dried over the peripheral surface 72 of the screening stage 7 or the screening drum 6 is always ensured even with a high content of liquid phase 4.
- 2 additional devices for predewatering such as, for example, static thickeners, curved sieves or hydrocyclones, are superfluous. Even the smallest of the particles contained in the mixture 2 can be separated much more effectively from the solid cake 3 by the effect of prefiltration.
- the Vorbe instructungssieb 12 has a pre-acceleration angle ⁇ , which is smaller than 90 °, the Vorbe instructungssieb 12, the flow rate of the mixture 2 in comparison to the speed in free fall toward the peripheral surface 72 of the screening stage 7 selectively adjustable, so that the mixture 2 in the region of the Vorbe instructters 12 with increasing approach to the outer ring portion 92 in both the radial direction and in the circumferential direction of the screen drum 6 is gradually graded. That is, the mixture 2 is accelerated in the region of the Vorbe instructungssiebs 12 in a particularly gentle manner gradually to a predetermined peripheral speed, and then on reaching the peripheral surface 72 finally reach the full rotational speed of the screening stage 7.
- ⁇ which is smaller than 90 °
- the value of the pre-acceleration angle ⁇ of the pre-acceleration funnel 12, as well as the value of an opening angle ⁇ of an inlet funnel 16 to be described later, can be, for example, between 0 ° and 45 ° with respect to the axis of rotation 5, in particular between 0 ° and 10 ° or between 10 ° and 45 °, in particular between 25 ° and 45 °, preferably between 15 ° and 35 °.
- the value of the opening angle ⁇ and / or the pre-acceleration angle ⁇ is greater than 45 °.
- the mixture 2 unlike the multistage pusher centrifuges known from the prior art, does not abruptly rise in the area of the pre-fuming screen 12, i. In the shortest time to the full rotational speed of the screening stage 7 is accelerated, for example, grain breakage and other harmful effects on the mixture 2 can be prevented.
- the novel multi-stage pusher centrifuge 1 in particular also mechanically very sensitive substances, even at high rotational speeds of the screening drum 6 can be processed.
- Fig. 2 is a further embodiment according to Fig. 1 shown, wherein the pre-acceleration screen 12 is configured as a two-stage filter with a coarse filter 121 and a fine filter 122.
- the mixture 2 can thereby be filtered in the region of the Vorbevantungssiebs 12 in two stages.
- the first filter stage forms the coarse filter 121, which contained in the mixture particles that are greater than the filter openings of the coarse filter 121 holds back, which are so introduced into the void 11.
- the fine filter 122 holds correspondingly finer particles back, which are also the empty space 11 and thus the solid cake 3 are fed, while at least a portion of the liquid phase 4, and very small particles that must also be removed directly through a sieve opening 61, 71 from the Screen drum 6 are discharged.
- the embodiment of the pre-acceleration screen 12 as a two-stage filter has the particular advantage that the fine filter 122 is not so heavily mechanically loaded by large and / or heavy particles that may be contained in the incoming mixture 2, so that the fine filter 122, for example, very small pores for Filtering can have very small particles and in particular can also be made of mechanically less resistant materials.
- a collecting device 13 for discharging liquid phase 4 is provided on the mixture manifold 8, so that a part of the liquid phase 4 is already removable before reaching the very fast circumferential surface 72 of the screening stage 7 from the screening stage 7.
- This part of the liquid phase 4 is no longer accelerated to the full peripheral speed of the screen stage 7, resulting in a massive saving of energy and to relieve the components, in particular the rotating and / or oscillating components of the multi-stage pusher centrifuge 1.
- even mixtures 2 can be processed with an enormously high proportion of liquid phase 4. It is understood that even in the Fig.
- the Vorbe instructungssieb 12 may be formed as a two-stage filter and deposited on Vorbevantungssieb 12 liquid phase 4 can also be discharged according to the illustration to the right through the open side of the screen drum 6, for example, the catcher 13 over the outer ring area as shown to the right in the screening stage 7 extends, from where the liquid phase 4 deposited on the pre-acceleration screen 12 into the collecting device 13, for example, by suitable, in Fig. 3 not shown devices is sucked.
- Fig. 4 a variant embodiment of an inventive multi-stage pusher centrifuge 1 with separately drivable Vorbevantungssieb 12 is shown.
- the Vorbeatungssieb 12 is here designed and arranged so that the Vorbeatungssieb 12 is rotatable by means of a rotary drive 14 about an axis of rotation 15 with a predetermined speed.
- the rotation axis 15, as in Fig. 4 shown by way of example are arranged within the push rod 21 and are driven independently of this by the rotary drive 14.
- rotary actuator 14 For controlling and / or regulating the rotational speed of the rotary drive 14 suitable, not shown here means may be provided to control the rotary actuator 14, for example, depending on suitable operating parameters of the multi-stage pusher centrifuge 1 or depending on the mixture to be processed or other factors and / or to regulate.
- the pre-acceleration funnel 12 that is to say the pre-acceleration screen 12
- the pre-acceleration funnel 12 can rotate, for example, in a direction of the oscillation movement at a different rotational speed than in the case of FIG opposite oscillation movement.
- the rotational frequency of the pre-acceleration hopper 12 can be selected so that the pre-acceleration hopper 12 rotates synchronously with the outer screen drum 6, so that between the outer ring region 92 and the solids cake 3, which is deposited on the peripheral surface 72 of the screening stage 7 is, when moving no realtivmony with respect to the rotation of the Dreachse 5 is present, while the return, ie in the phase of the Osillationsmother in which the empty space 11 is charged with new mixture 2, the Vorbeuggungstrichter 12, for example, slower than the outer rotating drum rotates 6 or Slower the screening stage 7.
- FIG. 5 schematically another embodiment of an inventive multi-stage pusher centrifuge 1 is shown.
- an inlet funnel 16 for pre-acceleration of the mixture 2 is provided in the feed device 10.
- the mixture 2 passes through the feed device 10 first into the inlet funnel 16, which is non-rotatably connected to the mixture manifold 8, so that the inlet funnel 16 rotates synchronously with the mixture manifold 8.
- the inlet funnel 16 extends in a substantially axial direction and conically widening towards the pre-acceleration screen 12, so that the mixture 2 supplied by the feed device 10 passes directly into the inlet funnel 16.
- the inlet funnel 16 is formed and arranged so that the mixture 2 when leaving the inlet funnel 16 can be fed into the pre-acceleration screen 12.
- the inlet funnel 16 extends in the direction of the Vorbevantungssieb 12 out substantially conically widening and the inlet funnel 16 rotates synchronously, the mixture 2 is already pre-accelerated in the inlet funnel 16 to a predetermined rotational speed, so that the mixture 2 on arrival in Vorbevantungssieb 12 already has a certain speed in the circumferential direction of the screening stage 7 and so overall even more gentle on the maximum peripheral speed of the peripheral surface 72 of the screening stage 7 can be accelerated.
- Fig. 5a and 5b is exemplary and schematically each an embodiment of a Vorbevantungstrichters 12 shown.
- a pre-acceleration funnel 12 is shown in both figures for illustration.
- the reference numerals 12, 16 and 17 in Fig. 2b imply that refers to in Fig. 2b
- Fig. 5a shows a Vorbeuggungstrichter 12 with outer ring portion 92 for moving a Festoffkuchens 3.
- the outer ring portion 92 has a predetermined height a, depending on the mixture to be processed 2 and / or the operating conditions under which the inventive pusher centrifuge 1 is operated, about 1 % to 40% of the drum radius r, preferably about 5% to 10%, in particular 5% to 20% of the drum radius r.
- the funnel 12, 16, 17 may be formed as a multi-stage funnel 12, 16, 17, wherein the funnel 12, 16, 17 for pre-acceleration of the mixture 2 may have a plurality of different angles ⁇ 1 , ⁇ 2 to each other inclined partial surfaces , wherein the relative size of the partial surface and their inclination angle ⁇ 1 , ⁇ 2 may depend, for example, on the mixture 2 to be processed or on the operating parameters of the pusher centrifuge 1.
- both the inlet funnel 16, and the pre-acceleration funnel 12 according to Fig. 5b be designed as a multi-stage funnel.
- the inlet funnel 16 has a curved course and the opening angle ⁇ of the inlet funnel 16 as in the Fig. 5c and 5d shown schematically, enlarged or reduced in the direction of the sliding bottom device 9 out.
- the pusher centrifuge 1 for example, depending on the grain size and or the viscosity and / or other properties or parameters, such as the temperature of the mixture 2, are different degrees of drainage.
- the inlet funnel 16 or the prefilter 17 has a curved course, wherein the opening angle ⁇ of the prefilter 17 in the direction of the sliding floor device. 9 enlarged.
- Such a special embodiment of an inlet funnel 16 is in Fig. 5c shown schematically. That is, the inlet funnel 16 or the prefilter sieve 17 widens in the direction of the push floor device 9 similar to the horn of a trumpet.
- the output force with which the mixture 2 is accelerated from the inlet funnel 16, disproportionately larger with decreasing distance to the sliding bottom device 9, so that the mixture 2, which is already relatively strong in the prefilter 17 and thus poor sliding properties in the prefilter 17 shows can leave the vofilter 17 faster than, for example, at a substantially conical, with a constant opening angle ⁇ expanding prefilter 17th
- mixtures 2 may be present which are relatively difficult to dewater given operating parameters.
- Vorfiltersieb 17 a certain storage effect, so that the mixture 2 remains longer in the prefilter 17 and therefore already in the prefilter 17 is dewatered to a higher degree.
- the pre-acceleration funnel 12 or the pre-acceleration screen 12 can of course also have a curved course, the pre-acceleration angle ⁇ of the pre-acceleration funnel 12 increasing or decreasing in the direction of the feed device 10.
- the inlet funnel 16, as in Fig. 6 represented as a prefilter 17 for the pre-separation of liquid phase 4 may be formed from the mixture 2.
- collecting means 18 are preferably provided for collecting and discharging liquid phase 4 separated by prefilter sieve 17.
- the liquid phase 4 for example, through openings in the moving bottom device 9 in a separated from the solid cake 3 portion of the screening stage 7 and then discharged through the screen openings 61, 71 from the screen drum 6, or the liquid phase 4 can analogously to the in Fig. 3 illustrated embodiment are discharged directly from the screen drum, so that this part of the liquid phase is no longer accelerated to the peripheral speed of the screening stage 7 and the screening drum 6.
- the inlet funnel 16 is configured as a prefilter 17 and arranged by means of one or more mounting posts 22 on the screen drum 6.
- the mounting posts 22 are preferably formed in the form of suitably shaped spokes 22, thin rods 22 or tubes 22, so that in the operating state of the solid cake 3 is easily removed from the screening stage 7 or from the screening drum 6.
- at least one of the mounting brackets 22 is formed and arranged on an outer edge of the screen drum 6, that collected in the collecting means 18 liquid phase 4 through the mounting bracket 22 in a screen opening 61 of the screen drum 6 is conveyed and separable through the screen opening 61 from the screen drum 6 is.
- openings for discharging liquid phase 4 can also be provided on the mounting support 22 itself at a suitable location.
- Vorfiltersieb 17 may be arranged by means of one or more mounting brackets 22 at a screening stage 7 or even at several screening stages 7 or at a screening stage 7 and the screen drum 6, wherein the corresponding drums preferably perform no oscillatory relative movement against each other.
- the pre-acceleration funnel 12, ie the pre-acceleration screen 12 can rotate, for example, in one direction of the oscillatory movement of the screening stage 7 at a different rotational speed than in the opposite oscillation movement of the screening stage 7.
- the rotational frequency 12 of the pre-acceleration funnel 12 are selected such that the pre-acceleration funnel 12 rotates synchronously with the screening stage 7 so that there is no relative movement with respect to the rotation about the axis of rotation between the outer ring area 92 and the solids cake 3 deposited on the peripheral surface of the screening stage 7 5 is present, while the return, so in the phase of the Osillationsmother in which the empty space 11 is charged with new mixture 2, the pre-acceleration hopper 12, for example, slower than the screening stage. 7
- Fig. 6b is finally an embodiment according to Fig. 6a with a blind bottom 911 shown schematically, the pre-acceleration screen 12 is not shown for clarity as a two-stage screen.
- both the pre-acceleration screen 12 and the prefilter screen 17 can be designed as single, double or multi-stage screen.
- the embodiment according to Fig. 6b has an outer ring portion 92 designed as a blind bottom 911, which rotates synchronously with the outer screen drum 6, but is decoupled from the Vorbevantungsstrichter 12 with respect to the rotational movement, so that the Vorbevantungsstrichter 12, so the Vorbevantungssieb 12 at a different speed than the blind bottom 911 to the Rotary axis 5 is rotatable.
- This can, as in Fig.
- the blind base 911 via at least one attachment strut 912 rotatably connected to the outer screen drum 6, wherein the fastening strut 912 is guided through a suitably placed opening 70 in the screening stage 7, so that the fastening strut 912 is decoupled from the oscillatory movement of the screening stage 7 ,
- the embodiment gemäs Fig. 6b also applicable to higher-level than two-stage pusher centrifuges 1 analog.
- the Vorbeuggungstrichter 12 is completely independent of the speed of the outer screen drum 6 with a tunable to the processed mixture 2 rotation frequency driven and on the other hand rotates the blind bottom 911, which transports the solid cake 3 in the axial direction at the same speed as the screen drum 6 and the screening stage 7, so that between the blind bottom 911 and screening stage 7 with respect to the rotation about the rotation axis 5, no relative movement takes place.
- the rotational speed can be variable, for example as a function of a current operating state of the pusher centrifuge 1, as already described above.
- the prefilter sieve 17 can of course also be configured as a two-stage sieve with a coarse sieve 171 and a fine sieve 172.
- the first filter stage forms the coarse sieve 171, which contains particles contained in the mixture 2 which are larger than the filter openings of the coarse sieve 171.
- the fine sieve 172 retains correspondingly finer particles, while at least part of the liquid phase 4, as well as very small particles, which also have to be removed, are directly dischargeable from the screening stage 7.
- the design of the prefilter sieve 17 as a two-stage sieve has the particular advantage that the fine sieve 172 is mechanically not so heavily loaded by large and / or heavy particles which may be contained in the incoming mixture 2, so that the fine sieve 172, for example, has very small pores Filtering can have very small particles and in particular can also be made of mechanically less resistant materials.
- the inlet funnel 16 is mechanically decoupled from the mixture manifold 8.
- this is rotatably connected to a separate drive shaft 19 and via the drive shaft 19 by means of a drive 20 regardless of the screen drum 6 with a predetermined Rotational frequency drivable.
- suitable, not shown, means may be provided to control the drive 20, for example, depending on suitable operating parameters of the multi-stage pusher centrifuge 1 and / or to regulate.
- the introduced mixture can be pre-accelerated to a predeterminable peripheral speed by the pre-acceleration screen arranged on the pusher bottom device, so that the mixture does not fall from a circumferential speed close to zero to the full peripheral speed of the inner screening stage in a very short time when hitting the screen drum is accelerated.
- grain breakage is avoidable, so that in particular substances which are particularly sensitive to abrupt changes in a centrifugal acceleration, are processed in compliance with the highest quality standards.
- in particular also particularly lower inlet concentrations can be processed, for example, corresponding to 50% or 70% or 80% or even more than 90% proportion of liquid phase, since a significant portion of the liquid phase contained in the mixture already separated in Vorbeuggungssieb becomes.
- Vorfiltersiebs it is possible to process mixtures with almost any large liquid content, without the mixture must be pre-thickened in complex procedures. So even with high liquid content is always guaranteed that a uniform distribution of the mixture to be dried on the inner peripheral surface of the inner screening stage or the screen drum takes place.
- problems in washing the solid cake by the uneven distribution over the peripheral surface of the screen drum largely avoided.
- the use of both process engineering and equipment very expensive pre-dewatering systems is also avoided, which of course leads to significant cost savings in operation.
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Schubzentrifuge gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, und wie diese beispielsweise aus
GB-A-1 518 239 - Zur Trocknung feuchter Substanzen oder feuchter Substanzgemische sind Zentrifugen in den verschiedensten Ausführungsformen weit verbreitet und werden auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. So kommen beispielsweise zur Trocknung hochreiner pharmazeutischer Produkte diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen, wie Schälzentrifugen, bevorzugt zum Einsatz, während insbesondere dann, wenn kontinuierlich grosse Mengen eines fest-flüssig Gemischs getrennt werden sollen, kontinuierlich arbeitende Schubzentrifugen vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kommen je nach Anforderung ein- oder mehrstufige Schubzentrifugen, sowie sogenannte Doppelschubzentrifugen zum Einsatz.
- Bei den verschiedenen Typen der zuletzt genannten Klasse von Schubzentrifugen wird ein fest-flüssig Gemisch, beispielsweise eine Suspension oder ein feuchtes Salz oder Salzgemisch, durch ein Einlaufrohr über einen Gemischverteiler einer schnell rotierenden Trommel, die als Filtersieb ausgestaltet ist, zugeführt, so dass auf Grund der wirkenden Fliehkräfte die flüssige Phase durch das Filtersieb ausgeschieden wird, während im Inneren an der Trommelwand ein Feststoffkuchen abgeschieden wird. Dabei ist in der rotierenden Trommel ein im wesentlichen scheibenförmiger, synchron mitrotierender Schubboden angeordneten, wobei je nach Anzahl der Siebstufen entweder der Schubboden oder eine Siebstufe in axialer Richtung in der Trommel mit einer gewissen Amplitude oszilliert, so dass ein Teil des getrockneten Feststoffkuchens an einem Ende der Trommel herausgeschoben wird. Bei der entgegengesetzten Bewegung des Schubbodens wird ein an den Schubboden angrenzender Bereich der Trommel freigegeben, der dann durch das Einlaufrohr und über den Gemischverteiler wieder mit neuem Gemisch beschickt werden kann. Dabei können je nach eingesetztem Typ mit modernen Hochleistungs-Schubzentrifugen problemlos Durchsatzmengen in einer Grössenordnung von 100 Tonnen pro Stunde erreicht werden, wobei Trommeldurchmesser bis zu 1000 mm und mehr durchaus üblich sind und typische Rotationsfrequenzen der Trommel, abhängig vom Trommeldurchmesser von bis zu 2000 Umdrehungen pro Minute und mehr erreicht werden können. Dabei bedingt in der Regel ein grösserer Trommeldurchmesser wegen der auftretenden starken Fliehkräfte eine kleinere maximale Rotationsfrequenz der Trommel. Selbstverständlich können die Betriebsparameter, wie z.B. die Rotationsfrequenz der Trommel, die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Gemisch oder auch der Trommeldurchmesser oder der Typ der eingesetzten Schubzentrifuge auch von dem zu trocknenden Material selbst, dem Gehalt an Flüssigkeit usw. abhängen.
- Die aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen sind in der Regel kontinuierlich arbeitende Filterzentrifugen. Die mehrstufige filterzentrifuge besteht dabei aus einer äusseren Siebtrommel und mindestens einer in der äusseren Siebtrommel angeordneten Siebstufe, die ebenfalls als Siebtrommel ausgestaltet ist. Dabei können mehrere Siebstufen ineinander konzentrisch angeordnet sein, so dass zwei, drei und mehrstufige Schubzentrifugen realisierbar sind, wobei alle Siebstufen sehr schnell synchron um eine gemeinsame Drehsachse angetrieben werden. Ein zu trennendes fest-flüssig Gemisch gelangt im Betriebszustand kontinuierlich durch ein fest stehendes Einlaufrohr in einen in der innersten Siebstufe angeordneten, ebenfalls synchron mitrotierenden, Gemischverteiler und wird auf der innersten Siebstufe über deren ganzen Siebumfang gleichmässig verteilt. Der grösste Teil der Flüssigkeit wird hier bereits abzentrifugiert und es bildet sich ein Feststoffkuchen. Dabei führt beispielsweise bei einer zweistufigen Schubzentrifuge die innerste Stufe, die auch als erste Stufe bezeichnet wird, neben der Rotationsbewegeung um die Drehachse eine Oszillationsbewegung in Richtung der Drehachse aus. Diese oszillatorische Bewegung wird zum Beispiel hydraulisch über einen Schubkolben mit Umsteuermechanismus generiert. Dadurch wird der Feststoffkuchen in Ringabschnitten, entsprechend der Hublänge der Oszillation, von der ersten zur zweiten Stufe geschoben und verlässt die Schubzentrifuge schliesslich über eine Austrittsöffnung. In der Praxis wird dabei der Feststoffkuchen in der Siebtrommel kontinuierlich unter Zugabe von Waschflüssigkeit auf den Feststoffkuchen gewaschen.
- Eine bekannte zweistufige Schubzentrifuge, die nach dem zuvor geschilderten Prinzip arbeitet, ist beispielsweise in der DT
25 42 916 A1 - Für spezielle Einsatzbereiche sind Sonderausführungen von zwei- und mehrstufigen Schubzentrifugen, insbesondere für hochabrasive Schleudergüter, wie z.B. Kohle und Rohphosphat bekannt, die besondere Verschleissschutzmassnahmen, wie verschleissfeste Siebe, erfordern. Auch Sonderausführungen für intensive Waschprozesse und zur Durchführung spezieller Waschverfahren, wie beispielsweise die Gegenstromwaschung bei Nitrozellulose, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Auch Gasdichte Ausführungen mehrstufiger Schubzentrifugen zum Betrieb unter Schutzgasathmosphäre kommen zum Einsatz.
- Obwohl mehrstufige Schubzentrifugen seit langem, wie oben kurz skizziert, auch für Spezialanwendungen in verschiedensten Ausführungsvarianten wohlbekannt sind, weisen die bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen dennoch verschiedene gravierende Nachteile auf. Auch wenn mit den bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen niedrigere Einlaufkonzentrationen, d.h. Gemische mit erhöhtem Flüssigkeitsgehalt besser verarbeitet werden können als mit gewöhnlichen einstufigen Schubzentrifugen, darf die Einlaufkonzentration des zu verarbeitenden Gemischs nicht beliebig klein sein. D.h., wenn der Anteil an Flüssigkeit im Gemisch zu hoch ist, beispielsweise 50% oder 70% oder 80% oder gar mehr als 90% Flüssigphase beträgt, muss das Gemisch in mehr oder weniger aufwendigen Verfahren voreingedickt werden. Bei zu hohem Flüssigkeitsgehalt wird nämlich eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über den Umfang der Siebtrommel zunehmend erschwert. Das kann einerseits zu sehr schädlichen Vibrationen der Siebtrommel und damit zu vorzeitigem Verschleiss von Lagern und Antrieb führen; im schlimmsten Fall sogar zu einem Sicherheitsproblem im Betrieb werden. Andererseits bewirkt ein ungleichmässig über den Umfang der Siebtrommel verteilter Feststoffkuchen Probleme beim Waschen. Daher stehen zur Vorentwässerung zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder die bestens bekannten Hydrozyklone zur Verfügung. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz solcher Vorentwässerungssysteme sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ sehr aufwendig und damit teuer ist.
- Ein weiterer gravierender Nachteil bei der Verarbeitung von Gemischen kleiner Einlaufkonzentration besteht darin, dass praktisch die gesamte Menge an Flüssigkeit, die mit dem Gemisch zugeführt wird, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, bevor sie durch das Filtersieb der Siebtrommel ausgeschieden wird. Das gleiche trifft auf kleinste Partikel im Gemisch zu, die ebenfalls durch das Sieb vom Feststoffkuchen abschieden werden sollen. Das ist energetisch äusserst ungünstig und beeinflusst das Betriebsverhalten der Zentrifuge deutlich negativ.
- Aber selbst bei der Verarbeitung von Gemischen mit deutlich höherer Feststoffkonzentration zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten Zentrifugen zum Teil massive Nachteile. So wird das durch das Einlaufrohr in den Gemischverteiler eingebrachte Gemisch beim Auftreffen auf die Siebtrommel in kürzester Zeit auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Trommel beschleunigt. Insbesondere bei empfindlichen Substanzen kann das unter anderem zu Kornbruch führen, das heisst, dass beispielsweise Feststoffkörner, die in einer der Zentrifuge zugeführten Suspension verteilt sind, bei dem abrupten Beschleunigungsvorgang in unkontrollierter Weise in kleinere Stücke zerbersten, was negative Einflüsse auf die Qualität des produzierten Feststoffkuchens haben kann, wenn beispielsweise die Partikelgrösse der Körner im Endprodukt eine Rolle spielt.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte mehrstufige Schubzentrifuge vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile weitgehend vermeidet.
- Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet.
- Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
- Erfindungsgemäss wird somit eine mehrstufige Schubzentrifuge zur Trennung eines Gemischs in einen Feststoffkuchen und in eine Flüssigphase vorgeschlagen. Dabei umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge eine um eine Drehachse rotierbare äussere Siebtrommel und mindestens eine in der äusseren Siebtrommel angeordnete Siebstufe, einen in der Siebtrommel angeordneten Gemischverteiler mit einer Schubbodenvorrichtung, wobei entweder die Siebstufe oder die Schubbodenvorrichtung entlang der Drehachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen mittels der Schubbodenvorrichtung verschiebbar ist. Weiter umfasst die mehrstufige Schubzentrifuge eine Einspeiseeinrichtung mit welcher das Gemisch über den Gemischverteiler in einen Leerraum einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens durch die Schubbodenvorrichtung entsteht, wobei die Schubbodenvorrichtung einen Vorbeschleunigungstrichter umfasst, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstreckt und der Vorbeschleunigungstrichter als Vorbeschleunigungssieb ausgestaltet ist und der Vorbeschleunigungstrichter einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin vergrössert.
- Dadurch, dass die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ein an der Schubbodenvorrichtung angeordnetes Vorbeschleunigungssieb aufweist, muss nicht die gesamte Menge an Flüssigphase, die im zugeführten Gemisch enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden, da ein Teil der Flüssigphase bereits über das Vorbeschleunigungssieb abgeschieden und aus der Siebtrommel entfernbar ist. Somit sind auch Gemische mit sehr hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar. Insbesondere ist so auch bei hohem Flüssigkeitsgehalt stets eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über die Umfangsfläche der Siebstufe bzw. der Siebtrommel gewährleistet.
- Darüber hinaus wird durch den als Vorbeschleunigungssieb ausgeführten Vorbeschleunigungstrichter verhindert, dass ein durch die Einspeiseeinrichtung in den Gemischverteiler eingebrachtes Gemisch unmittelbar, im wesentlichen nur unter dem Einfluss der Schwerkraft und ohne Vorbeschleunigung auf die innere Umfangsfläche der Siebstufe gelangt. Vielmehr wird das einlaufende Gemisch verlangsamt auf die Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt, wodurch insbesondere Kornbruch und andere schädigende Einflüsse, wie sie beim abrupten Beschleunigen in den aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen auftreten, verhinderbar sind. Somit ist durch die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ein Zerbersten von im Gemisch enthaltenen Feststoffkömer vermeidbar, weil der Beschleunigungsvorgang über den vorgebbaren Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters kontrollierbar ist, d.h. dass die Beschleunigung selbst ist durch eine geeignete Wahl des Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters einstellbar. Dadurch kann die Qualität des produzierten Feststoffkuchens, insbesondere bei Produkten bei welchen beispielsweise die Partikelgrösse oder die Form der Körner im Endprodukt eine Rolle spielen, deutlich gesteigert werden.
- Die wesentlichen Komponenten sowie die grundlegende Funktionsweise einer mehrstufigen Schubzentrifuge sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass im folgenden vorrangig auf die erfindungswesentlichen Merkmale Bezug genommen werden kann.
- Die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge dient zur Trennung eines Gemischs in einen Feststoffkuchen und in eine Flüssigphase und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse über eine Trommelachse rotierbare äussere Siebtrommel, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Trommelachse steht mit einem Trömmefantrieb in Wirkverbindung, so dass die Siebtrommel durch den Trommelantrieb in schnelle Rotation um die Drehachse versetzbar ist. Innerhalb der äusseren Siebtrommel ist mindestens eine Siebstufe angeordnet. Desweiteren ist in der Siebtrommel ein Gemischverteiler mit einer Schubbodenvorrichtung vorgesehen, wobei entweder die Siebstufe oder die Schubbodenvorrichtung entlang der Drehachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen mittels der Schubbodenvorrichtung verschiebbar ist. Sowohl die äussere Siebtrommel als auch die Siebstufe weisen dabei Sieböffnungen auf, durch die in bekannter Weise bei schneller Rotation Flüssigphase aus dem Feststoffkuchen bzw. aus einem Gemisch, das auf eine innere Umfangsfläche der Siebstufe aufbringbar ist, durch die auftretenden Fliehkräfte nach aussen abführbar ist. Insbesondere kann in einem für die Praxis besonders wichtigen Beispiel die Siebtrommel und / oder die Siebstufe in an sich bekannter Weise als skelettartige Stütztrommel ausgestaltet sein, die zur Bildung der entsprechenden Siebflächen mit speziellen Filterfolien an ihrem Umfang ausgekleidet ist, d.h. die skelettartige Stütztrommel kann beispielsweise mit einem oder mehreren Filtersieben mit unterschiedlich oder gleich grossen Filteröffnungen zur Abscheidung der Flüssigphase ausgestaltet sein.
- Innerhalb der Siebtrommel ist der Gemischverteiler mit der Schubbodenvorrichtung angeordnet, der es gestattet, kontinuierlich durch die Einspeiseeinrichtung zugeführtes Gemisch auf die innere Umfangsfläche der Siebstufe durch Einbringen in den Leerraum, der beim Verschieben des Feststoffkuchens entstanden ist, zu verteilen. Dabei umfasst die Schubbodenvorrichtung einen Vorbeschleunigungstrichter, der erfindungsgemäss als Vorbeschleunigungssieb ausgestaltet ist, wobei sich das Vorbeschleunigungssieb im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstreckt. An einem peripheren Bereich ist dabei der Vorbeschleunigungstrichters so als Ringbereich ausgebildet, dass mit dem Ringbereich der in der Siebstufe abgelagerte Feststoffkuchen durch eine Oszillation der Schubbodenvorrichtung oder der Siebstufe in die Siebtrommel oder in eine weitere Siebstufe verschiebbar ist.
- Der Gemischverteiler ist dabei bevorzugt in an sich bekannter Weise durch Sefestigungsmittel mit der Siebtrommel gekoppelt und rotiert daher in einer speziellen Ausführungsform synchron mit der Siebtrommel und der Siebstufe um die gemeinsame Drehachse. Die oszillatorische Bewegung führt dabei, je nach Anzahl der vorhandenen Siebstufen, entweder die Siebstufe selbst oder die Schubbodenvorrichtung aus. Somit besteht im Betriebszustand eine oszillatorische Relativbewegung zwischen der Siebstufe und der Schubbodenvorrichtung mit Vorbeschleunigungstrichter. Der Antrieb der oszillatorischen Bewegung erfolgt dabei bevorzugt über eine Schubstange, wobei in einer ersten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung mit dem äusseren Ringbereich der auf der Siebstufe abgelagerte Feststoffkuchen in Ringabschnitten, deren Breite durch die Hublänge der Oszillationsbewegung bestimmt ist, von der Siebstufe zur Siebtrommel oder zu einer weiteren Siebstufe geschoben wird, und in einer zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung ein am äusseren Rand der Siebtrommel abgelagerter Ringabschnitt von Feststoffkuchen aus der Siebtrommel herausgeschoben wird. Während der zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung entsteht gleichzeitig ein Leerraum am äusseren Ringbereich in der Siebstufe, so dass in den Leerraum neues Gemisch einbringbar ist.
- Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge ist es dabei, dass ein Teil der Flüssigphase bereits im Vorbeschleunigungssieb vom Gemisch abtrennbar ist und das Gemisch im Vorbeschleunigungssieb auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist, so dass das von der Einspeiseeinrichtung eingebrachte Gemisch vor Erreichen der Umfangsfläche der Siebstufe auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigbar ist. Dadurch muss einerseits nicht die gesamte Menge an Flüssigphase, die im Gemisch enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden, so dass auch Gemische mit sehr hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar sind. Insbesondere sind selbst bei sehr hohen Konzentrationen an Flüssigphase im Gemisch zusätzliche Einrichtungen zur Vorentwässerung, wie zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder Hydrozyklone überflüssig.
- Anderseits wird dadurch, dass der Vorbeschleunigungstrichter in Bezug auf die Drehachse einen Öffnungwinkel aufweist, der kleiner als 90° ist, im Vorbeschleunigungstrichter die Fliessgeschwindigkeit des Gemischs im Vergleich zur Geschwindigkeit im freien Fall in Richtung zur Umfangsfläche der Siebstufe gezielt einstellbar, so dass das Gemisch im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters mit zunehmender Annäherung an den äusseren Ringbereich sowohl in radialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung der Siebtrommel allmählich beschleinigbar ist. Das heisst, das Gemisch wird im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters auf besonders schonende Weise nach und nach auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt um dann bei Erreichen der Umfangsfläche schliesslich die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe zu erreichen.
- Dabei erstrecken sich sowohl ein Einlauftrichter, dessen Funktion weiter unten noch im Detail erläutert werden wird, als auch der Vorbeschleunigungstrichter in einem vorgebbaren Bereich bevorzugt unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel bzw. unter einem konstanten Vorbeschleunigungswinkel konisch erweiternd in Richtung zur Schubbodenvorrichtung bzw. zur Einspeiseeinrichtung hin.
- Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu entwässernden Gemischs, kann der Einlauftrichter und / oder der Vorbeschleunigungstrichter in einem vorgebbaren Bereich jedoch auch einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Öffnungsswinkel des Einlauftrichters und / oder der Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin verkleinert. Das kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter bzw. der Vorbeschleunigungstrichter, wie später noch genauer beschrieben wird, als Vorfiltersieb bzw. als Vorbeschleunigungssieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase ausgebildet ist.
- In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Vorbeschleunigungssieb als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter und einem Feinfilter ausgestaltet. Das Gemisch kann dadurch im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs in zwei Stufen gefiltert werden. Die Ausgestaltung des Vorbeschleunigungssiebs als Zweistufenfilter hat dabei insbesondere den Vorteil, dass der Feinfilter durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch enthalten sind, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
- Für die Praxis ist es von besonderem Vorteil, wenn am Gemischverteiler eine Auffangvorrichtung zum Abführen von Flüssigphase vorgesehen ist, so dass ein Teil der Flüssigphase bereits vor Erreichen der enorm schnell rotieren Umfangsfläche der Siebstufe entfernbar ist. Dieser Teil der Flüssigphase wird dann nämlich nicht mehr auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebstufe beschleunigt, was zu einer massiven Einsparung von Energie und zur Entlastung der Komponenten, insbesondere der rotierenden und / oder oszillierenden Komponenten der mehrstufigen Schubzentrifuge führt. Dadurch sind selbst Gemische mit enorm hohem Flüssigkeitsgehalt problemlos verarbeitbar.
- In einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge ist das Vorbeschleunigungssieb so ausgestaltet und angeordnet, dass das Vorbeschleunigungssieb mittels eines Drehantriebs um eine Rotationsachse mit einer vorgebbaren Drehzahl, unabhängig von der Drehzahl der Siebtrommel, rotierbar ist. Vorzugsweise sind zur Steuerung und / oder Regelung der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs geeignete Mittel, beispielsweise in Form von rechnergestützten elektronischen Systemen vorgesehen sein, um den Drehantrieb, beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge, zu steuern und / oder zu regeln.
- In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante einer erfndungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge ist bei der Einspeiseeinrichtung zusätzlich ein Einlauftrichter zur Vorbeschleunigung des einlaufenden Gemischs vorgesehen. Das Gemisch gelangt durch die Einspeiseinrichtung zunächst in einen Einlauftrichter, der in einem Ausführungsbeispiel bevorzugt, jedoch nicht notwendig, drehfest mit dem Gemischverteiler verbunden ist, so dass der Einlauftrichter synchron mit dem Gemischverteiler rotiert. Dabei erstreckt sich der Einlauftrichter in im wesentlichen axialer Richtung erweiternd zum Vorbeschleunigungssieb hin, so dass das durch die Einspeiseeinrichtung zugeführte Gemisch direkt in den Einlauftrichter gelangt. Dabei ist der Einlauftrichter so ausgebildet und angeordnet, dass das Gemisch beim Verlassen des Einlauftrichters in den Vorbeschleunigungssieb einspeisbar ist.
- Durch die Anordnung und Ausgestaltung des Einlauftrichter wird das Gemisch bereits im Einlauftrichter auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigt, so dass das Gemisch beim Eintreffen im Vorbeschleunigungssieb bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Siebstufe aufweist und so insgesamt noch schonender auf die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche der Siebstufe beschleunigbar ist.
- Bevorzugt kann dabei der Einlauftrichter auch als Vorfiltersieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase aus dem Gemisch ausgebildet sein. Dabei sind bevorzugt Auffangmittel zur Sammlung und Ableitung von vom Vorfiltersieb abgeschiedener Flüssigphase vorgesehen.
- Dabei kann ein Wert eines Öffnungswinkels des Einlauftrichters und / oder der Wert eines Vorbeschleunigungswinkels des Vorbeschleunigungstrichters in Bezug auf die Drehachse beispielsweise zwischen 0° und 45° liegen, im einzelnen zwischen 0° und 10°oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35°. Selbstverständlich ist es im speziellen auch möglich, dass der Wert des Öffnungswinkels und / oder des Vorbeschleunigungswinkels grösser als 45° ist. Ganz generell kann festgestellt werden, dass in der Regel in Bezug auf die Drehachse ein eher spitzer Winkel von Vorteil ist, wobei ein optimaler Wert des entsprechenden Öffnungswinkels und / oder des Vorbeschleunigungswinkels unter anderem vom Wert eines Haftreibwinkels des zu entwässernden Produkts bestimmt ist.
- Insbesondere dann, aber nicht nur dann, wenn der Einlauftrichter als Vorfiltersieb zur Vorabscheidung von Flüssigphase ausgebildet ist, kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungsswinkel des Einlauftrichters in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin vergrössert oder verkleinert. Es ist nämlich bekannt, dass unterschiedliche Produkte unter sonst gleichen Betriebsbedingungen der Schubzentrifuge, beispielsweise in Abhängigkeit von der Komgrösse und / oder der Viskosität und / oder anderer Eigenschaften oder Parameter, wie zum Beispiel der Temperatur des Gemischs unterschiedlich gut entwässerbar sind.
- Liegt beispielsweise ein Gemisch vor, das bei gegebenen Betriebsparametern relativ leicht zu entwässern ist, kann es von Vorteil sein, dass der Einlauftrichter bzw. das Vorfiltersieb einen gekrümmten Verlauf hat, wobei sich der Öffnungswinkel des Vorfiltersiebs in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin vergrössert. Das heisst, der Einlauftrichter bzw. das Vorfiltersieb erweitert sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung ähnlich wie das Horn einer Trompete. Damit wird die Abtriebskraft, mit der das Gemisch aus dem Einlauftrichter beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung überproportional grösser, so dass das Gemisch, das bereits im Vorfiltersieb relativ stark entwässerbar ist und damit schlechte Gleiteigenschaften im Vorfiltersieb zeigt, schneller das Vorfiltersieb verlassen kann, als beispielsweise bei einem im wesentlichen sich konusförmig, mit konstantem Öffnungswinkel sich erweiternden Vorfiltersieb.
- Andererseits können auch Gemische vorliegen, die bei gegebenen Betriebsparametern relativ schlecht zu entwässern sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, einen Einlauftrichter bzw. ein Vorfiltersieb mit einem gekrümmten Verlauf einzusetzen, wobei sich der Öffnungswinkel des Vorfiltersiebs in Richtung zur Schubbodenvorrichtung hin verkleinert. Das hat zur Folge, dass die Abtriebskraft, mit der das Gemisch aus dem Einlauftrichter beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung langsamer zunimmt, als beispielsweise bei einem sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel konisch erweiternden Einlauftrichter. Dadurch entsteht im Vorbeschleunigungssieb eine gewisse Stauwirkung, so dass das Gemisch länger im Vorfiltersieb verbleibt und daher bereits im Vorfiltersieb zu einem höheren Grad entwässerbar ist.
- Ganz analog zu dem vorher gesagten kann selbstverständlich auch der Vorbeschleunigungstrichter einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Vorbeschleunigungswinkel des Vorbeschleunigungstrichters in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin vergrössert oder verkleinert.
- Die vorher im Zusammenhang mit dem gekrümmten Einlauftrichter erläuterten Vorteile und dessen Funktionsweise sind für den Fachmann problemlos analog auf einen gekrümmten Vorbeschleunigungstrichter übertragbar, und müssen daher hier nicht wiederholt werden.
- Darüber hinaus kann in einer speziellen Ausführungsvariante das Vorfiltersieb selbstverständlich auch als Zweistufensieb mit einem Grobsieb und einem Feinsieb ausgestaltet sein. Die Vorteile liegen auf der Hand. Die erste Filterstufe bildet das Grobsieb, welches im Gemisch enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobsiebs zurückhält. Das Feinsieb hält entsprechend feinere Partikel zurück, während zumindest ein Teil der Flüssigphase, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, aus der Siebstufe direkt abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorfiltersiebs als Zweistufensieb hat insbesondere den Vorteil, dass das Feinsieb durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch enthalten sind, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann.
- Insbesondere kann in einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel der Einlauftrichter und / oder der Vorbeschleunigungstrichter als skelettartiger Stützkörper ausgestaltet sein, der zur Bildung des Vorfiltersiebs und / oder des Vorbeschleunigungssiebs mit speziellen Filterfolien ausgestattet sein kann, d.h. der skelettartige Stützkörper kann beispielsweise mit einem oder mehreren Filtersieben, die eventuell zur Abscheidung in verschiedenen Stufen unterschiedlich grosse Filteröffnungen aufweisen können, ausgestattet sein.
- Dabei kommen ganz allgemein als Filtersiebe unter anderem Spaltsiebe oder beispielsweise Siebbleche in Frage. Die Filtersiebe können dabei vorteilhaft auf unterschiedliche Weise mit Filteröffnungen unterschiedlicher Grösse versehen werden. Insbesondere die zuvor erwähnten Siebbleche können unter anderem gestanzt, gebohrt, gelasert, Elektronenstrahl gelocht oder Wasserstrahl geschnitten sein, wobei grundsätzlich auch andere Techniken in Frage kommen. Die Siebe selbst können dabei je nach Anforderung aus verschiedenen, insbesondere korrosionsbeständigen Werkstoffen, wie beispielsweise aus Kunststoff, Verbundwerkstoffen oder unterschiedlichen Stählen wie 1.4462, 1.4539 oder 2.4602 oder aus anderen geeigneten Materialien gefertigt sein. Zum Schutz gegen Verschleiss können die Filtersiebe darüber hinaus mit geeigneten Schichten versehen sein, zum Beispiel mit Hartchrom Schichten, Wolfram-Carbid (WC), Keramik oder anders gehärtet sein. Die Stärke der Filterbleche beträgt dabei typischerweise 0,2 mm bis 5 mm wobei auch deutlich andere Blechstärken möglich sind.
- In der Praxis kann es von grosser Wichtigkeit sein, den Beschleunigungsvorgang selbst bzw. die Rotationsgeschwindigkeit, auf die das Gemisch im Einlauftrichter beschleunigbar ist, gezielt zu kontrollieren. Daher kann der Einlauftrichter um eine Antriebsachse drehbar angeordnet und mittels eines Antriebs mit einer vorgebbaren Drehzahl um die Antriebsachse rotierbar sein. Zur Steuerung und / oder Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Einlauftrichters ist dieser beispielsweise mit einer separaten Antriebsachse drehfest verbunden und über die Antriebsachse mittels eines Antriebs unabhängig von der Siebtrommel und / oder unabhängig vom Vorbeschleunigungssieb mit einer vorgebbaren Rotationsfrequenz antreibbar. Dabei können, wie bereits oben beim Antrieb des Vorbeschleunigungssiebs beschrieben, geeignete Mittel vorgesehen sein, um den Antrieb beispielsweise in Abhängigkeit vom zu verarbeitenden Gemisch, bestimmten Betriebsparametem der mehrstufigen Schubzentrifuge usw. zu steuern und / oder zu regeln. Dazu kann die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge auch entsprechende Sensoren zur Messung von relevanten Betriebsparametern umfassen.
- Es versteht sich von selbst, dass die Merkmale der zuvor exemplarisch beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge, je nach Anforderung, auch beliebig in vorteilhafter Weise kombinierbar sind.
- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- im Schnitt eine mehrstufige Schubzentrifuge mit Vorbeschleunigungssieb;
- Fig. 2
- ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 1 mit Zweistufenfilter; - Fig. 3
- ein anderes Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 1 mit Auffangeinrichtung zum Abführen von Flüssigphase; - Fig. 4
- eine mehrstufige Schubzentrifuge mit separat antreibbarem Vorbeschleunigungstrichter;
- Fig. 5
- eine mehrstufige Schubzentrifuge mit Einlauftrichter;
- Fig. 5a
- ein Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters;
- Fig. 5b
- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters;
- Fig. 5c
- einen Einlauftrichter mit gekrümmtem Verlauf;
- Fig. 5d
- einen anderen Einlauftrichter gemäss
Fig. 5c ; - Fig. 6
- ein Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 5 mit Vorfiltersieb; - Fig. 6a
- ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 6 mit rotierbarem Vorbeschleunigungssieb; - Fig. 6b
- ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 6a mit Blindboden; - Fig. 7
- ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 6 mit Grobsieb und Feinsieb; - Fig. 8
- einen Einlauftrichter mit Drehantrieb.
-
Fig. 1 zeigt im Schnitt in einer schematischen Darstellung wesentliche Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge mit Vorbeschleunigungssieb. Dabei sind in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldungen beispielhaft aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur zweistufige Schubzentrifugen schematisch dargestellt. Es versteht sich, dass die Darstellung zweistufiger Schubzentrifugen exemplarisch zu verstehen ist und die Beschreibung selbstverständlich auch für mehr als zweistufige Schubzentrifugen in analoger Weise gilt und entsprechend übertragbar ist. - Die efindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, dient zur Trennung eines Gemischs 2 in einen Feststoffkuchen 3 und in eine Flüssigphase 4 und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse 5 über eine Trommelachse 51 rotierbare äussere Siebtrommel 6, die in einem Gehäuse G untergebracht ist. Die Trommelachse 51 steht mit einem Trommelantrieb 52 in Wirkverbindung, so dass die Siebtrommel 6 durch den Trommelantrieb 52 in schnelle Rotation um die Drehachse 5 versetzbar ist. Innerhalb der äusseren Siebtrommel 6 ist mindestens eine Siebstufe 7 angeordnet. Desweiteren ist in der Siebtrommel 6 ein Gemischverteiler 8 mit einer Schubbodenvorrichtung 9 vorgesehen, wobei entweder die Siebstufe 7 oder die Schubbodenvorrichtung 9 entlang der Drehachse 5 hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen 3 mittels der Schubbodenvorrichtung 9 verschiebbar ist. Sowohl die äussere Siebtrommel 6 als auch die Siebstufe 7 weisen dabei Sieböffnungen 61, 71 auf, durch die in bekannter Weise bei schneller Rotation Flüssigphase 4 aus dem Festoffkuchen 3 bzw. aus einem Gemisch 2, das, wie weiter unten noch detaillierter beschrieben wird, auf eine innere Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 aufbringbar ist, durch die auftretenden Fliehkräfte nach aussen abführbar ist.
- Innerhalb der Siebtrommel 6 ist der Gemischverteiler 8 mit Schubbodenvorrichtung 9 angeordnet, der es gestattet, kontinuierlich durch die Einspeiseeinrichtung 10 zugeführtes Gemisch 2 auf die innere Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 durch Einbringen in einen Leerraum 11, der beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 entstanden ist, zu verteilen. Dabei umfasst die Schubbodenvorrichtung 9 einen Vorbeschleunigungstrichter 12, der als Vorbeschleunigungssieb 12 ausgestaltet ist, wobei sich das Vorbeschleunigungssieb 12 im wesentlichen konisch erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung 10 hin erstreckt. An einem peripheren Bereich ist dabei der Vorbeschleunigungstrichters 12 so als Ringbereich 92 ausgebildet, dass mit dem Ringbereich 92 der in der Siebstufe 7 abgelagerte Feststoffkuchen 3 durch eine weiter unten genauer beschriebene Oszillation der Schubbodenvorrichtung 9 und / oder der Siebstufe 7 in die Siebtrommel 6 oder in eine weitere hier nicht dargestellte Siebstufe 7 verschiebbar ist.
- Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge 1 ist es dabei, dass bereits ein Teil der Flüssigphase 4 im Vorbeschleunigungssieb 12 vom Gemisch 2 abtrennbar ist und das Gemisch 2 im Vorbeschleunigungssieb 12 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist.
- Der Gemischverteiler 8 ist dabei in dem in
Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Siebtrommel 6 durch Befestigungsmittel 91 starr gekoppelt und rotiert daher synchron mit der Siebtrommel 6 und der Siebstufe 7 um die Drehachse 5. Die oszillatorische Bewegung, die durch den Doppelpfeil inFig. 1 angedeutet wird, vollführt in dem hier gezeigten Beispiel jedoch nur die Siebstufe 7. Somit besteht im Betriebszustand eine oszillatorische Relativbewegung zwischen der oszillierenden Siebstufe 7 und der in axialer Richtung unbeweglichen Schubbodenvorrichtung 9 mit Vorbeschleunigungstrichter 12. Die oszillatorische Bewegung der Siebstufe 7 erfolgt bevorzugt über eine Schubstange 21, wobei in einer ersten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung mit einem äusseren Ringbereich 92 der auf der Siebstufe 7 abgelagerte Feststoffkuchen 3 in Ringabschnitten, deren Breite durch die Hublänge der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 bestimmt ist, von der Siebstufe 7 zur Siebtrommel 6 geschoben wird, und in einer zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung durch die Siebstufe 7 ein am äusseren Rand der Siebtrommel 6 abgelagerter Ringabschnitt von Feststoffkuchen 3 aus der Siebtrommel 6 herausgeschoben wird. Während der zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung entsteht gleichzeitig der Leerraum 11 in der Siebstufe 7, so dass in den Leerraum 11 neues Gemisch einbringbar ist. - Wesentlich für die erfindungsgemässe mehrstufige Schubzentrifuge 1 ist es dabei, dass bereits ein Teil der Flüssigphase 4 im Vorbeschleunigungstrichter 12 vom Gemisch 2 abtrennbar ist und das Gemisch 2 im Vorbeschleunigungstrichter 12 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigbar ist, so, dass das von der Einspeiseeinrichtung 10 eingebrachte Gemisch 2 vor Erreichen der Siebstufe 7 auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigbar ist. Dadurch muss einerseits nicht die gesamte Menge an Flüssigphase 4, die im Gemisch 2 enthalten ist, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel 6 beschleunigt werden, da ein Teil der Flüssigphase 4 bereits über das Vorbeschleunigungssieb 12 abgeschieden und direkt durch die Sieböffnungen 61, 71 aus Siebtrommel 6 abscheidbar ist. Somit sind auch Gemische 2 mit einem sehr hohen Gehalt an Flüssigphase 4 problemlos verarbeitbar. Insbesondere ist so auch bei hohem Gehalt an Flüssigphase 4 stets eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs 2 über die Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 bzw. der Siebtrommel 6 gewährleistet. Insbesondere sind selbst bei sehr hohen Konzentrationen an Flüssigphase 4 im Gemisch 2 zusätzliche Einrichtungen zur Vorentwässerung, wie zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder Hydrozyklone überflüssig. Dabei können auch kleinste im Gemisch 2 enthaltene Patrikel durch den Effekt der Vorfiltrierung viel effektiver vom Feststoffkuchen 3 abschieden werden.
- Ausserdem wird dadurch, dass das Vorbeschleunigungssieb 12 einen Vorbeschleunigungswinkel β aufweist, der kleiner als 90° ist, im Vorbeschleunigungssieb 12 die Fliessgeschwindigkeit des Gemischs 2 im Vergleich zur Geschwindigkeit im freien Fall in Richtung zur Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 gezielt einstellbar, so dass das Gemisch 2 im Bereich des Vorbeschleunigungstrichters 12 mit zunehmender Annäherung an den äusseren Ringbereich 92 sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung der Siebtrommel 6 allmählich beschleinigbar ist. Das heisst, das Gemisch 2 wird im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs 12 auf besonders schonende Weise nach und nach auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt, um dann bei Erreichen der Umfangsfläche 72 schliesslich die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 zu erreichen.
- Der Wert des Vorbeschleunigungswinkels β des Vorbeschleunigungstrichters 12, sowie der Wert eines Öffnungswinkels α eines später noch zu beschreibenden Einlauftrichters 16 kann dabei in Bezug auf die Drehachse 5 beispielsweise zwischen 0° und 45° liegen, im einzelnen zwischen 0° und 10° oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35°. Selbstverständlich ist es im speziellen auch möglich, dass der Wert des Öffnungswinkels α und / oder des Vorbeschleunigungswinkels β grösser als 45° ist. Ganz generell kann festgestellt werden, dass in der Regel in Bezug auf die Drehachse 5 ein eher spitzer Winkel von Vorteil ist, wobei ein optimaler Wert des entsprechenden Öffnungswinkels α und / oder des Vorbeschleunigungswinkels β unter anderem vom Wert des Haftreibwinkels des zu entwässernden Gemischs 2 bestimmt ist.
- Dadurch, dass das Gemisch 2, anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen, im Bereich des Vorbeschleuingungssiebs 12 nicht abrupt, d.h. in kürzester Zeit auf die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 beschleunigt wird, sind zum Beispiel Kornbruch und andere schädigende Einwirkungen auf das Gemisch 2 verhinderbar. Damit sind in der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1, insbesondere auch mechanisch sehr empfindliche Stoffe, auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Siebtrommel 6 verarbeitbar.
- In
Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemässFig. 1 dargestellt, wobei das Vorbeschleunigungssieb 12 als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter 121 und einem Feinfilter 122 ausgestaltet ist. Das Gemisch 2 kann dadurch im Bereich des Vorbeschleunigungssiebs 12 in zwei Stufen gefiltert werden. Die erste Filterstufe bildet der Grobfilter 121, welches im Gemisch enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobfilters 121 zurückhält, die so in den Leerraum 11 einbringbar sind. Der Feinfilter 122 hält entsprechend feinere Partikel zurück, die ebenfalls dem Leerraum 11 und damit dem Feststoffkuchen 3 zuführbar sind, während zumindest ein Teil der Flüssigphase 4, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, direkt durch eine Sieböffnung 61, 71 aus der Siebtrommel 6 abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorbeschleunigungssiebs 12 als Zweistufenfilter hat insbesondere den Vorteil, dass der Feinfilter 122 durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch 2 enthalten sein können, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass der Feinfilter 122 beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann. - Für die Praxis ist es von besonderem Vorteil, wenn, wie in
Fig. 3 schematisch dargestellt, am Gemischverteiler 8 eine Auffangvorrichtung 13 zum Abführen von Flüssigphase 4 vorgesehen ist, so dass ein Teil der Flüssigphase 4 bereits vor Erreichen der sehr schnell rotieren Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 aus der Siebstufe 7 entfernbar ist. Dieser Teil der Flüssigphase 4 wird nämlich nicht mehr auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtstufe 7 beschleunigt, was zu einer massiven Einsparung von Energie und zur Entlastung der Komponenten, insbesondere der rotierenden und / oder oszillierenden Komponenten der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 führt. Dadurch sind selbst Gemische 2 mit enorm hohem Anteil an Flüssigphase 4 verarbeitbar. Es versteht sich, dass auch bei dem inFig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das Vorbeschleunigungssieb 12 als Zweistufenfilter ausgebildet sein kann und die am Vorbeschleunigungssieb 12 abgeschiedene Flüssigphase 4 auch darstellungsgemäss nach rechts durch die offenen Seite der Siebtrommel 6 abführbar sein kann, indem sich zum Beispiel die Auffangeinrichtung 13 über den äusseren Ringbereich darstellungsgemäss nach rechts in die Siebstufe 7 erstreckt, von wo die am Vorbeschleunigungssieb 12 in die Auffangeinrichtung 13 abgeschiedene Flüssigphase 4 zum Beispiel durch geeignete, inFig. 3 nicht gezeigte Vorrichtungen absaugbar ist. - In
Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 mit separat antreibbarem Vorbeschleunigungssieb 12 dargestellt. Das Vorbeschleunigungssieb 12 ist hier so ausgestaltet und angeordnet, dass das Vorbeschleunigungssieb 12 mittels eines Drehantriebs 14 um eine Rotationsachse 15 mit einer vorgebbaren Drehzahl rotierbar ist. Dabei kann die Rotationsachse 15, wie inFig. 4 beispielhaft dargestellt, innerhalb der Schubstange 21 angeordnet und unabhängig von dieser durch den Drehantrieb 14 angetrieben werden. Zur Steuerung und / oder Regelung der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs 14 können geeignete, hier nicht dargestellte Mittel vorgesehen sein, um den Drehantrieb 14 beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 oder in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Gemischs oder anderer Faktoren zu steuern und / oder zu regeln. - Bevorzugt, aber nicht notwendig, kann dabei der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 beispielsweise in einer Richtung der Oszillationsbewegung mit einer anderen Drehgeschwindigkeit rotieren, als bei der entgegengesetzten Oszillationsbewegung. So kann beispielsweise beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 die Rotationsfrequenz des Vorbeschleunigungstrichters 12 so gewählt werden, dass der Vorbeschleunigungstrichter 12 synchron mit der äusseren Siebtrommel 6 rotiert, so dass zwischen dem äusseren Ringbereich 92 und dem Feststoffkuchens 3, der auf der Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 abgelagert ist, beim Verschieben keine Realtivbewegung bezüglich der Rotation um die Dreachse 5 vorliegt, während beim Rücklauf, also in der Phase der Osillationsbewegung in der der Leerraum 11 mit neuem Gemisch 2 beschickt wird, der Vorbeschleunigungstrichter 12 zum Beispiel langsamer rotiert als die äussere Siebtrommel 6 bzw. langsamer die Siebstufe 7.
- In
Fig. 5 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist bei Einspeiseeinrichtung 10 ein Einlauftrichter 16 zur Vorbeschleunigung des Gemischs 2 vorgesehen. Das Gemisch 2 gelangt durch die Einspeiseinrichtung 10 zunächst in den Einlauftrichter 16, der drehfest mit dem Gemischverteiler 8 verbunden ist, so dass der Einlauftrichter 16 synchron mit dem Gemischverteiler 8 rotiert. Dabei erstreckt sich der Einlauftrichter 16 in im wesentlichen axialer Richtung und konisch erweiternd zum Vorbeschleunigungssieb 12 hin, so dass das durch die Einspeiseeinrichtung 10 zugeführte Gemisch 2 direkt in den Einlauftrichter 16 gelangt. Dabei ist der Einlauftrichter 16 so ausgebildet und angeordnet, dass das Gemisch 2 beim Verlassen des Einlauftrichters 16 in das Vorbeschleunigungssieb 12 einspeisbar ist. - Dadurch, dass sich der Einlauftrichter 16 in Richtung zum Vorbeschleunigungssieb 12 hin im wesentlichen konisch erweiternd erstreckt und der Einlauftrichter 16 synchron mitrotiert, wird das Gemisch 2 bereits im Einlauftrichter 16 auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit vorbeschleunigt, so dass das Gemisch 2 beim Eintreffen im Vorbeschleunigungssieb 12 bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Umfangsrichtung der Siebstufe 7 aufweist und so insgesamt noch schonender auf die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Umfangsfläche 72 der Siebstufe 7 beschleunigbar ist.
- In den
Fig. 5a und 5b ist beispielhaft und schematisch je ein Ausführungsbeispiel eines Vorbeschleunigungstrichters 12 dargestellt. Dabei ist in beiden Abbildungen zur Illustration je ein Vorbeschleunigungstrichter 12 dargestellt. Wie jedoch die Bezugszeichen 12, 16 und 17 inFig. 2b andeuten, bezieht sich das inFig. 2b gezeigte Beispiel für die Geometrie eines Trichters sowohl auf den Einlauftrichter 16 als auch auf den Vorbeschleunigungstrichter 12. -
Fig. 5a zeigt einen Vorbeschleunigungstrichter 12 mit äusserem Ringbereich 92 zur Verschiebung eines Festoffkuchens 3. Der äussere Ringbereich 92 hat dabei eine vorgebbare Höhe a, die je nach zu verarbeitendem Gemisch 2 und / oder den Betriebsbedingungen, unter denen die erfindungsgemässe Schubzentrifuge 1 betrieben wird, ca. 1% bis 40% des Trommelradius r, bevorzugt ca. 5% bis 10%, insbesondere 5% bis 20% des Trommelradius r beträgt. - Dabei kann wie in
Fig. 5b schematisch dargestellt, der Trichter 12, 16, 17 auch als mehrstufiger Trichter 12, 16, 17 ausgebildet sein, wobei der Trichter 12, 16, 17 zur Vorbeschleunigung des Gemischs 2 mehrere, unter verschiedenen Winkeln ϕ1, ϕ2 zueinander geneigte Teilflächen aufweisen kann, wobei die relative grösse der Teilfläche sowie ihre Neigungswinkel ϕ1, ϕ2 beispielsweise vom zu verarbeitenden Gemisch 2 oder von den Betriebsparametern der Schubzentrifuge 1 abhängen können. Dabei kann sowohl der Einlauftrichter 16, als auch der Vorbeschleunigungstrichter 12 gemässFig. 5b als mehrstufiger Trichter ausgebildet sein. - Insbesondere dann, aber nicht nur dann, wenn der Einlauftrichter 16 als Vorfiltersieb 17 zur Vorabscheidung von Flüssigphase 4 ausgebildet ist, kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Einlauftrichter 16 einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungsswinkel α des Einlauftrichters 16 wie in den
Fig. 5c und5d schematisch dargestellt, in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin vergrössert oder verkleinert. Es ist nämlich bekannt, dass unterschiedliche Gemische 2 unter sonst gleichen Betriebsbedingungen der Schubzentrifuge 1, beispielsweise in Abhängigkeit von der Korngrösse und oder der Viskosität und / oder anderer Eigenschaften oder Parameter, wie zum Beispiel der Temperatur des Gemischs 2, unterschiedlich gut entwässerbar sind. - Liegt beispielsweise ein Gemisch 2 vor, das bei gegebenen Betriebsparametern relativ leicht zu entwässern ist, kann es von Vorteil sein, dass der Einlauftrichter 16 bzw. das Vorfiltersieb 17 einen gekrümmten Verlauf hat, wobei sich der Öffnungswinkel α des Vorfiltersiebs 17 in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin vergrössert. Ein solches spezielles Ausführungsbeispiel eines Einlauftrichters 16 ist in
Fig. 5c schematisch dargestellt. Das heisst, der Einlauftrichter 16 bzw. das Vorfiltersieb 17 erweitert sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 ähnlich wie das Horn einer Trompete. Damit wird die Abtriebskraft, mit der das Gemisch 2 aus dem Einlauftrichter 16 beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung 9 überproportional grösser, so dass das Gemisch 2, das bereits im Vorfiltersieb 17 relativ stark entwässerbar ist und damit schlechte Gleiteigenschaften im Vorfiltersieb 17 zeigt, schneller das Vofiltersieb 17 verlassen kann, als beispielsweise bei einem im wesentlichen sich konusförmig, mit konstantem Öffnungswinkel α sich erweiterndem Vorfiltersieb 17. - Andererseits können auch Gemische 2 vorliegen, die bei gegebenen Betriebsparametern relativ schlecht zu entwässern sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, einen Einlauftrichter 16 bzw. ein Vorfiltersieb 17 mit einem gekrümmten Verlauf einzusetzen, wobei sich der Öffnungswinkel α des Vorfiltersiebs 17 in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 9 hin verkleinert. Das hat zur Folge, dass die Abtriebskraft, mit der das Gemisch 2 aus dem Einlauftrichter 16 beschleunigt wird, mit abnehmendem Abstand zur Schubbodenvorrichtung 9 langsamer zunimmt, als beispielsweise bei einem sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel α konisch erweiternden Einlauftrichter 16. Dadurch entsteht im Vorfiltersieb 17 eine gewisse Stauwirkung, so dass das Gemisch 2 länger im Vorfiltersieb 17 verbleibt und daher bereits im Vorfiltersieb 17 zu einem höheren Grad entwässerbar ist.
- Ganz analog zu dem vorher gesagten kann selbstverständlich auch der Vorbeschleunigungstrichter 12 bzw. das Vorbeschleunigungssieb 12 einen gekrümmten Verlauf haben, wobei sich der Vorbeschleunigungswinkel β des Vorbeschleunigungstrichters 12 in Richtung zur Einspeiseeinrichtung 10 hin vergrössert oder verkleinert.
- Bevorzugt kann dabei der Einlauftrichter 16, wie in
Fig. 6 dargestellt, als Vorfiltersieb 17 zur Vorabscheidung von Flüssigphase 4 aus dem Gemisch 2 ausgebildet sein. Dabei sind bevorzugt Auffangmittel 18 zur Sammlung und Ableitung von vom Vorfiltersieb 17 abgeschiedener Flüssigphase 4 vorgesehen. Dabei kann die Flüssigphase 4 beispielsweise durch Öffnungen in der Schubbodenvorrichtung 9 in einen vom Feststoffkuchen 3 getrennten Bereich der Siebstufe 7 abgeleitet und dann durch die Sieböffnungen 61, 71 aus der Siebtrommel 6 abgeführt werden, oder die Flüssigphase 4 kann analog zu dem inFig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt aus der Siebtrommel abgeführt werden, so dass dieser Teil der Flüssigphase nicht mehr auf die Umfangsgeschwindigkeit der Siebstufe 7 bzw. der Siebtrommel 6 beschleunigt wird. - Bei dem in
Fig. 6a dargestellten Ausführungsbeispiel einer mehrstufigen Schubzentrifuge 1 ist der Einlauftrichter 16 als Vorfiltersieb 17 ausgestaltet und mittels einer oder mehrerer Befestigungsstützen 22 an der Siebtrommel 6 angeordnet. Die Befestigungsstützen 22 sind dabei bevorzugt in Form von geeignet geformten Speichen 22, dünnen Stangen 22 oder Rohren 22 ausgebildet, so dass im Betriebszustand der Feststoffkuchen 3 problemlos aus der Siebstufe 7 bzw. aus der Siebtrommel 6 entfernbar ist. Dabei ist mindestens eine der Befestigungsstützen 22 so ausgebildet und an einem äusseren Rand der Siebtrommel 6 angeordnet, dass die im Auffangmittel 18 gesammelte Flüssigphase 4 durch die Befestigungsstütze 22 in eine Sieböffnung 61 der Siebtrommel 6 beförderbar ist und durch die Sieböffnung 61 aus der Siebtrommel 6 abscheidbar ist. Dabei können selbstverständlich auch an der Befestigungsstütze 22 selbst an geeigneter Stelle Öffnungen zur Abführen von Flüssigphase 4 vorgesehen sein. - Selbstverständlich kann je nach Ausführungsform der erfindungsgemässen Schubzentrifuge 1 bzw. je nach Anforderung das Vorfiltersieb 17 mittels einer oder mehrerer Befestigungsstützen 22 auch an einer Siebstufe 7 angeordnet sein oder sogar an mehreren Siebstufen 7 oder an einer Siebstufe 7 und an der Siebtrommel 6 angeordnet sein, wobei die entsprechenden Trommeln bevorzugt keine oszillatorische Relativbewegung gegeneinander ausführen.
- Bevorzugt, aber nicht notwendig, kann dabei der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 beispielsweise in einer Richtung der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 mit einer anderen Drehgeschwindigkeit rotieren, als bei der entgegengesetzten Oszillationsbewegung der Siebstufe 7. So kann beispielsweise beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 die Rotationsfrequenz des Vorbeschleunigungstrichters 12 so gewählt werden, dass der Vorbeschleunigungstrichter 12 synchron mit der Siebstufe 7 rotiert, so dass zwischen dem äusseren Ringbereich 92 und dem Feststoffkuchen 3, der auf der Umfangsfläche der Siebstufe 7 abgelagert ist, beim Verschieben keine Relativbewegung bezüglich der Rotation um die Drehachse 5 vorliegt, während beim Rücklauf, also in der Phase der Osillationsbewegung in der der Leerraum 11 mit neuem Gemisch 2 beschickt wird, der Vorbeschleunigungstrichter 12 zum Beispiel langsamer rotiert als die Siebstufe 7.
- In
Fig. 6b ist schliesslich ein Ausführungsbeispiel gemässFig. 6a mit einem Blindboden 911 schematisch dargestellt, wobei das Vorbeschleunigungssieb 12 der Übersichtlichkeit halber nicht als Zweistufensieb dargestellt ist. Selbstverständlich kann auch hier sowohl das Vorbeschleunigungssieb 12, als auch das Vorfiltersieb 17 als Ein-, Zwei- oder Mehrstufensieb ausgestaltet sein. - Das Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 6b weist einen als Blindboden 911 ausgestalteten äusseren Ringbereich 92 auf, der synchron mit der äusseren Siebtrommel 6 rotiert, jedoch vom Vorbeschleunigungstrichter 12 bezüglich der Rotationsbewegung entkoppelt ist, so dass der Vorbeschleunigungstrichter 12, also das Vorbeschleunigungssieb 12 mit einer anderen Drehzahl als der Blindboden 911 um die Drehachse 5 rotierbar ist. Dazu kann, wie inFig. 6b schematisch dargestellt, der Blindboden 911 über mindestens eine Befestigungsstrebe 912 drehfest mit der äusseren Siebtrommel 6 verbunden sein, wobei die Befestigungsstrebe 912 durch eine geeignet plazierte Öffnung 70 in der Siebstufe 7 geführt ist, so dass die Befestigungsstrebe 912 von der Oszillationsbewegung der Siebstufe 7 entkoppelt ist. Selbstverständlich ist das Ausführungsbeispiel gemäsFig. 6b auch auf höherstufige als zweistufige Schubzentrifugen 1 analog übertragbar. - Die Vorteile der Ausführungsvariante gemäss
Fig. 6b liegen auf der Hand. Einerseits ist der Vorbeschleunigungstrichter 12 völlig unabhängig von der Drehzahl der äusseren Siebtrommel 6 mit einer auf das zu verarbeitende Gemisch 2 abstimmbaren Rotationsfrequenz antreibbar und andererseits rotiert der Blindboden 911, der den Feststoffkuchen 3 in axialer Richtung transportiert mit der gleichen Drehzahl wie die Siebtrommel 6 bzw. die Siebstufe 7, so dass zwischen Blindboden 911 und Siebstufe 7 bezüglich der Rotation um die Drehachse 5 keine Relativbewegung stattfindet. Selbstverständlich kann auch in diesem Fall die Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise in Abhängigkeit von einem momentanen Betriebszustand der Schubzentrifuge 1, wie oben bereits beschrieben, variierbar sein. - Wie in
Fig. 7 beispielhaft dargestellt kann das Vorfiltersieb 17 selbstverständlich auch als Zweistufensieb mit einem Grobsieb 171 und einem Feinsieb 172 ausgestaltet sein. Die erste Filterstufe bildet das Grobsieb 171, welches im Gemisch 2 enthaltene Partikel, die grösser sind als die Filteröffnungen des Grobsiebs 171 zurückhält. Das Feinsieb 172 hält entsprechend feinere Partikel zurück, während zumindest ein Teil der Flüssigphase 4, sowie sehr kleine Partikel, die ebenfalls entfernt werden müssen, aus der Siebstufe 7 direkt abführbar sind. Die Ausgestaltung des Vorfiltersiebs 17 als Zweistufensieb hat insbesondere den Vorteil, dass das Feinsieb 172 durch grosse und / oder schwere Partikel, die im einlaufenden Gemisch 2 enthalten sein können, mechanisch nicht so stark belastet wird, so dass das Feinsieb 172 beispielsweise sehr kleine Poren zur Filterung von sehr kleinen Partikeln aufweisen kann und insbesondere auch aus mechanisch wenig widerstandsfähigen Materialien gefertigt sein kann. - In der Praxis kann es von grosser Wichtigkeit sein, den Beschleunigungsvorgang selbst bzw. die Rotationsgeschwindigkeit, auf die das Gemisch 2 im Einlauftrichter 16 beschleunigbar ist, gezielt zu kontrollieren. Das ist beispielsweise mit der in
Fig. 8 dargestellten weiteren Ausführungsvariante einer efindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge 1 erreichbar. Bei der Ausführungsvariante gemässFig. 8 ist der Einlauftrichter 16 vom Gemischverteiler 8 mechanisch entkoppelt. Zur Steuerung und / oder Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Einlauftrichters 16 ist dieser mit einer separaten Antriebsachse 19 drehfest verbunden und über die Antriebsachse 19 mittels eines Antriebs 20 unabhängig von der Siebtrommel 6 mit einer vorgebbaren Rotationsfrequenz antreibbar. Dabei können geeignete, hier nicht dargestellte, Mittel vorgesehen sein, um den Antrieb 20 beispielsweise in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern der mehrstufigen Schubzentrifuge 1 zu steuern und / oder zu regeln. - Es versteht sich darüber hinaus von selbst, dass die zuvor erläuterten und in den Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsvarianten auch beliebig miteinander zu weiteren Ausführungsbeispielen kombinierbar sind, um speziellen Anforderungen in der Praxis gerecht zu werden.
- Durch Einsatz der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge kann das eingebrachte Gemisch durch das an der Schubbodenvorrichtung angeordnete Vorbeschleunigungssieb auf eine vorgebbare Umfangsgeschwindigkeit vorbeschleunigt werden, so dass das Gemisch beim Auftreffen auf die Siebtrommel nicht in kürzester Zeit von einer Umfangsgeschwindigkeit Nahe bei null auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der inneren Siebstufe beschleunigt wird. Dadurch ist unter anderem Kornbruch vermeidbar, so dass insbesondere auch Substanzen, die besonders empfindlich auf abrupte Änderungen einer Zentrifugalbeschleunigung reagieren, unter Einhaltung höchster Qualitätsansprüche verarbeitet werden.
- In den verschiedenen bevorzugten Ausführungsvarianten können darüber hinaus insbesondere auch besonders niedrigere Einlaufkonzentrationen verarbeitet werden, die beispielsweise 50% oder 70% oder 80% oder gar mehr als 90% Anteil an Flüssigphase entsprechen, da ein erheblicher Teil der im Gemisch enthaltenen Flüssigphase bereits im Vorbeschleunigungssieb abgetrennt wird. Insbesondere durch zusätzlichen Einsatz des Vorfiltersiebs ist es möglich, Gemische mit fast beliebig grossem Flüssigkeitsgehalt zu verarbeiten, ohne dass das Gemisch in aufwendigen Verfahren voreingedickt werden muss. So ist auch bei hohem Flüssigkeitsgehalt stets gewährleistet, dass eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über die innere Umfangsfläche der inneren Siebstufe bzw. der Siebtrommel erfolgt. Damit werden einerseits sehr schädliche Vibrationen der Siebtrommel und damit der vorzeitige Verschleiss von Lagern und Antrieb verhindert und Sicherheitsproblemen im Betrieb wird wirksam vorgebeugt. Darüber hinaus werden Probleme beim Waschen des Feststoffkuchens durch dessen ungleichmässige Verteilung über die Umfangsfläche der Siebtrommel weitestgehend vermieden. Der Einsatz von sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ sehr aufwendiger Vorentwässerungssysteme wird ebenfalls vermieden, was selbstverständlich zu erheblichen Kostenersparnissen im Betrieb führt.
- Bei Einsatz der zuvor erwähnten Filtersysteme muss auch nicht mehr die gesamte Menge an Flüssigphase, die mit dem Gemisch zugeführt wird, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Siebtrommel beschleunigt werden. Das ist insbesondere mit Blick auf den Energieverbrauch der erfindungsgemässen mehrstufigen Schubzentrifuge äusserst günstig und beeinflusst darüber hinaus das Betriebsverhalten der Zentrifuge insgesamt deutlich positiv.
- Durch entsprechende unterschiedliche Ausgestaltung der verschiedenen Filterflächen bzw. durch den Einsatz des Vorbeschleunigungstrichters und / oder des Einlauftrichters mit eigenem Antrieb ist es möglich, auch mechanisch sehr empfindliche Gemische, selbst bei hohen Drehzahlen der Siebtrommel unter Einhaltung höchster Qualitätsstandarts zu verarbeiten.
Claims (14)
- Mehrstufige Schubzentrifuge zur Trennung eines Gemischs (2) in einen Feststoffkuchen (3) und in eine Flüssigphase (4), umfassend, eine um eine Drehachse (5) rotierbare äussere Siebtrommel (6) und mindestens eine in der äusseren Siebtrommel (6) angeordnete Siebstufe (7), einen in der Siebtrommel (6) angeordneten Gemischverteiler (8) mit einer Schubbodenvorrichtung (9), wobei entweder die Siebstufe (7) oder die Schubbodenvorrichtung (9) entlang der Drehachse (5) hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen (3) mittels der Schubbodenvorrichtung (9) verschiebbar ist, und mit einer Einspeiseeinrichtung (10) mit welcher das Gemisch (2) über den Gemischverteiler (8) in einen Leerraum (11) einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens (3) durch die Schubbodenvorrichtung (9) entsteht, wobei die Schubbodenvorrichtung (9) einen Vorbeschleunigungstrichter (12) umfasst, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin erstreckt dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbeschleunigungstrichter (12) als Vorbeschleunigungssieb (12) ausgestaltet ist, und der Vorbeschleunigungstrichter (12) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Vorbeschleunigungswinkel (β) des Vorbeschleunigungstrichters (12) in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin vergrössert.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach Anspruch 1, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) sich unter einem im wesentlichen konstanten Vorbeschleunigungswinkel (β) konisch erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin erstreckt.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Vorbeschleunigungswinkel (β) des Vorbeschleunigungstrichters (12) in Richtung zur Einspeiseeinrichtung (10) hin verkleinert.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorbeschleunigungssieb (12) als Zweistufenfilter mit einem Grobfilter (121) und einem Feinfilter (122) ausgestaltet ist.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am Gemischverteiler (8) eine Auffangeinrichtung (13) zum Abführen von Flüssigphase (4) vorgesehen ist.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, ein Wert des Vorbeschleunigungswinkels (β) des Vorbeschleunigungssiebs (12) in Bezug auf die Drehachse (5) zwischen 0° und 45°, im speziellen zwischen 0° und 10° oder zwischen 10° und 45°, insbesondere zwischen 25° und 45°, bevorzugt zwischen 15° und 35° liegt.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Vorbeschleunigungstrichter (12) so ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Vorbeschleunigungssieb (12) mittels eines Drehantriebs (14) um eine Rotationsachse (15) mit einer vorgebbaren Drehzahl rotierbar ist.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Einspeiseeinrichtung (10) ein Einlauftrichter (16) angeordnet ist, der sich unter einem im wesentlichen konstanten Öffnungswinkel (α) konisch erweiternd in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin erstreckt.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungswinkel (α) des Einlauftrichters (16) in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin vergrössert.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) einen gekrümmten Verlauf hat und sich der Öffnungswinkel (α) des Einlauftrichters (16) in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (9) hin verkleinert.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) als Vofiltersieb (17) zur Vorabscheidung von Flüssigphase (4) aus dem Gemisch (2) ausgebildet ist.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorfiltersieb (17) als Zweistufensieb mit einem Grobsieb (171) und einem Feinsieb (172) ausgestaltet ist.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher Auffangmittel (18) zur Sammlung und Ableitung der Flüssigphase (4) aus dem Vorfiltersieb (17) vorgesehen sind.
- Mehrstufige Schubzentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlauftrichter (16) um eine Antriebsachse (19) drehbar angeordnet und mittels eines Antriebs (20) mit einer vorgebbaren Drehzahl um die Antriebsachse (19) rotierbar ist.
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