DD205825A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE VOLLMANTEL-SCHNECKENZENTRIFUGE VON ZYLINDRISCHER BAUART ZUR TRENNUNG VON SCHWER TRENNBAREN SUSPENSIONEN. AUSGEHEND VON DEM ZIEL, DIE HERSTELLUNGS-, INSTANDHALTUNGS- UND BETRIEBSKOSTEN ZU SENKEN, BESTEHT DIE AUFGABE DARIN, DIE TRENNLEISTUNG UND DEN ABSCHEIDEGRAD ZU ERHOEHEN. DIE AUFGABE WIRD ERFINDUNGSGEMAESS DURCH EINE ZYLINDRISCHE VOLLMANTEL-SCHNECKENZENTRIFUGE, DIE AM ENDE DES TRENNRAUMES EINE TRENNSCHEIBE MIT EINEM RINGSPALT ZWISCHEN TRENNSCHEIBE UND ZENTRIFUGENTROMMEL AUFWEIST, GELOEST. VOR DER TRENNSCHEIBE, MIT ABSTAND ZU IHR, SIND KLARPHASENKANAELE RADIAL IN DER SCHNECKE ANGEORDNET. DIE KLARPHASENKANAELE MUENDEN IN EINE AXIAL ANGEORDNETE KLARPHASENAUSTRAGSLEITUNG, DIE AUS DER ZENTRIFUGENTROMMEL HERAUSFUEHRT UND AUSSERHALB DER ZENTRIFUGENTROMMEL EIN REGELORGAN AUFWEIST. UNMITTELBAR NACH DER TRENNSCHEIBE IST EIN SEDIMENTKANAL EBENFALLS RADIAL ZUR ZENTRIFUGENACHSE ANGEORDNET, DER IN EINE KOAXIAL ZUR KLARPHASENAUSTRAGSLEITUNG ANGEORDNETE SEDIMENTAUSTRAGSLEITUNG MUENDET. DIESE SEDIMENTAUSTRAGSLEITUNG FUEHRT EBENFALLS AUS DER ZENTRIFUGENTROMMEL HERAUS. IM AUSSERHALB LIEGENDEN BEREICH DER SEDIMENTAUSTRAGSLEITUNG IST EINE MESSZELLE ZUR ERMITTLUNG DES TROCKENSUBSTANZGEHALTES ANGEORDNET. MESSZELLE UND REGELORGAN SIND UEBER EINE IMPULSLEITUNG VERBUNDEN.

Description

240273 k

Titel Vollmantel-Schneckenzentrifuge

Anwendungsgebiet

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge dient zur kontinuierllchen Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen und Flüssigkeitsgemischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichten. Die Abtrennung von Biomassen ist ein Hauptproblem, welches mit der Erfindung einer Lösung zugeführt werden soll. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge findet deshalb auch hauptsächlich Einsatz in Fermentationsanlagen, Abwasseraufbereitungsanlagen und Gülleaufbereitungsanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Fest-Flüssig-Trennung mittels Zentrifugen ist ein technisch durchgearbeitetes Fachgebiet. Die verstärkte Er-Schließung der Mikrobiologie für die Abwasser- und Gülleaufbereitung stellt erhöhte Anforderungen an die mechanischen Trennmaschinen, weil die Biomasse aus mehreren Gründen schwer vom Wasser abzutrennen ist. Die besten Ergebnisse wurden mit Schneckenzentrifugen in zylindrisch konischer Bauart erreicht, wobei sogenannte Langrohrdekanter in Gleich- und Gegenstromausführung zum Einsatz kommen. Aber auch diese Maschinen sind nur beschränkt einsetzbar. Abscheidegrad und Fugatreinheit sind unbefriedigend, so daß keine geeigneten Technologien mit Dekantern erarbeitet werden können. Aus der DE OS 2 229 139 ist eine Vollmantel-Zentrifuge in konischer Bauart

/ÜU273 U

bekannt, die im Inneren stationäre Strömungsleitelemente aufweist. Die Zentrifuge arbeitet im Gleichstrom, wobei der Innenraum völlig mit Suspension gefüllt ist« Die Flüssigkeit wird axial aus der Zentrifuge entfernt. Der am Zentrifugenmantel abgeschiedene Feststoff soll durch die konische Gestaltung zum größten Durchmesser der Zentrifuge transportiert werden· Die Auslaßöffnung wird durch einen bewegbaren Innendeckel verschlossen oder freigegeben« wobei die Steuerung durch einen auf der Feststoffschicht vorhandenen Dickenmeßfühler ausgelöst wird« Der Feststoff wird nach der Auslaßöffnung abgeschleudert. Der Feststofftransport in der Zentrifuge und die mechanische Erfassung der Feststoffhöhe sowie die davon abhängige Bewegung des Innendeckels sind so störanfällig, daß es nur wenige Suspensionen geben wird, wo die Funktionsfähigkeit dieser Zentrifuge gegeben ist« Das Abschleudern des Feststoffes verursacht größere Energieverluste. Der Herstellung«}-, Montage- und Instandhaltungsaufwand ist relativ hoch,

Aus der DE-OS 30 05 885 ist eine zylinderförmige Vollmantelschneckenzentrifuge bekannt geworden. Diese Zentrifuge arbeitet nach dem Gegenstromprlnzip. Feststoff und Flüssigkeit werden auf entgegengesetzten Seiten aus der Zentrifugentrommel ausgetragen. Der Trenneffekt soll durch im Durchmesser verstellbare Düsen für den Feststoffaustrag verbessert werden. Das Abschleudern von Flüssigkeit und Feststoff verursacht größere Energieverluste, Die Vermischungen en der Aufgabeetelle der Suspension verhindern hohe Abscheidegrade, Der Austrag der Feststoffe über Dffnungen bzw. Düsen im Trommelmantel ist sehr störanfällig,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit geringem Herstellungs-, Montage- und Instandhaltungsaufwand zu schaffen, die energetisch günstig zu betreiben ist«

240273 4

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe ;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge zu entwickeln, die hohe Abscheidegrade und gute Trennleistungen durch Neugestaltung der Trennung und der Ableitung von Klarphase und Sediment sowie der Füllstandsregelung gewährleistet.

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge von zylindrischer Bauart mit axial angeordneter Suspensionszuführleitung und einer Trennscheibe hinter der Schnecke sowie Kanälen für die Ableitung des Sedimentes und der Klarphase entwickelt wurden, die beidseitig der Trennscheibe Abführkanäle, die radial zur Zentrifugenachse führend und weiter koaxial zur Zentrifugenachse aus der Zentrifuge herausführend angeordnet sind. In der Klarphasenaustragsleitung ist ein Mengenregelorgan angeordnet. Dieses Mengenregelorgan, z.B. ein Ventil, bekommt von einem in der Feststoffaustragsleitung installierten qualitativen Meßgerät, z.B. ein Viskosimeter oder Ultraschallmeßgerät, den Impuls für den Regelvorgang. Die erfindungsgemäße Vollmantel-Schneckenzentrifuge ist vollständig mit der zu trennenden Suspension gefüllt. Sie wird bei einem Druck von 0,4 bis 0,6 MPa betrieben.

Die Suspensionszuführung erfolgt schonend ohne große Verwirbelungen über den Suspensionseintrittskanal. Der erhöhte Druck und die mit einer Differenzdrehzahl von 1 bis 10 U/min rotierende Schnecke sind für den Transport der feststoffarmen und feststoff reichen Phasen ausgelegt. Mit der vollständigen Füllung der Zentrifugentrommel ist die Voraussetzung zur Anwendung höherer Drehzahlen gegeben. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge wird mit Drehzahlen, die ein Beschleunigungsfeld von 2000 bis 4000 g entstehen lassen, betrieben. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge

240 273 4

kann in Gleichstrom- und Gegenstromausführung erfindungsgemäß ausgestaltet werden. Die schonend eingeführte Suspension wird unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in Sediment und Klarphase getrennt und jede Phase von der Aufgabestelle zum Austrag transportiert. Ober die Länge dieses Transportweges erfolgt eine gute Sedimentation der Feststoffe, an der Wand der Zentrifugentrommel. Die Trennscheibe, die am Ende der Schnecke angeordnet ist, weist einen Ringspalt zur Wand der Zentrifugentrommel aus, die nur die feststoff reiche Phase durchläßt. Der Ringspalt ist entsprechend dimensioniert. Das Sediment wird durch den über das Mengenregelorgan eingestellten Differenzdruck durch den Ringspalt in der Trennscheibe gedruckt, durchläuft den radialen, von der Trennscheibe und von der Stirnwand der Zentrifugentrommel begrenzten Sedimentkanal und wird über die koaxial zur Klarphasenaustragsleitung angeordneten Sedimentaustragsleitung ausgetragen.

Die Klarphase kann diesen Weg über den Ringspalt nicht nehmen, weil der Ringspalt von dem Sediment überdeckt wird. Die Klarphase wird deshalb über radiale Klarphasenkanäle in der Schnecke zur Zentrifugenachse abgeleitet. Diese Klarphasenkanäle sind vor der Trennscheibe, 10 bis 20 % der Trennraumlänge von der Trennscheibe entfernt, angeordnet.

Die Klarphase wird über die in der Zentrifugenachse angeordneten Klarphasenaustragsleitung aus der Zentrifuge abgeleitet.

Durch die erfindungsgemäße Führung der zwei voneinander getrennten Phasen wird ein energiesparender Austrag erzielt. Die nachteilige Schaumbildung wird hierdurch vollständig vermieden.

In der Sedimentaustragsleitung außerhalb der Zentrifuge ist eine Meßzelle, z.B. ein Viskosimeter oder ein Ultra-Schallmeßgerät, installiert. Dieses Meßgerät ermittelt den Trockensubstanzgehalt im Sediment und gibt einen dem Trokkensubetanzgehalt adäquaten Impuls an das in der Klarphasenaustragsleitung, ebenfalls außerhalb der Zentrifuge an-

24 O 2 7 3 4

geordnete Mengenregelorgan, z.B, ein Regelventil, Ober dieses Mengenregelorgan werden primär die Mengen an Klarphase und Sediment eingestellt und sekundär die Qualität dieser Stoffe über den Trockensubstanzgehalt eingestellt'.

Die Trennung der Suspension wird mit dieser funktionsfähigen, einfachen Regelung vollständig beherrscht.

Die erfindungsgemäße Vollmantel-Schneckenzentrifuge arbeitet bei einem guten energetischen Wirkungsgrad. Die bei der Suspensionszuführung in die Zentrifuge erforderlichen Beschleunigungsenergien werden durch die erfindungsgemäße Entnahme der getrennten Phasen über die axial angeordnete Klarphasenaustragsleitung und die zu ihr koaxial angeordneten Sedlmentaustragsleitung bei der Verzögerung der Massen wieder zurückgewonnen. Die dabei auftretenden Kräfte werden innerhalb der Schnecke durch die radialen Kanäle übertragen*

Gegenüber teilgefüllten Zentrifugen, in denen die getrennten Produkte über Wehrscheiben u.a. abgeschleudert oder niit Hilfe von Schäleinrichtungen ausgetragen werden, wird eine Energieeinsparung von 25 bis 50 % und eine völlige Schaumfreiheit erreicht.

Der Abscheidegrad und der Feststoffgehalt der Klarphase sind mit der erfindungsgernäßen Vollmantel-Schneckenzentrifuge gut zu beeinflussen und werden so eingestellt, daß das Sediment einfach zu transportieren und einem bestimmten Verwendungszweck zugeführt werden kann. Die Klarphase weist einen geringen Trockensubstanzgehalt auf', der ein direktes Einleiten in den Vorfluter oder in eine biologische Reinigungsstufe zuläßt, oder die Verwendung als Prozeßwasser ermöglicht.

Durch die vollständige Füllung des Trennraumes mit der Suspension kann mit höherer Drehzahl gefahren werden und dadurch die Trennleistung der Vollmantel-Schneckenzentrifuge verbessert werden. Aufgrund der zylindrischen Bauform und der einfachen Regelung der Ableitung beider getrennter Phasen ist der Herstellungs-, Montage- und Instandhaltungsaufwand der erfindungsgemäßen Vollmantel-Schneckenzentrifuge gering.

273 A

Ausführungsbeispiel

Aus einer Fermentation werden 30 m /h Suspension dem Prozeß entzogen und über eine Voreindickungsstufe mit Hilfe eines Separators auf 7 % Trockensubetanzgehalt aufkonzentrlert, was bei einem Zulauf von 2 % Trockensubstanzgehalt einer Menge von ca, 6 m /h Bioschlamm entspricht.

Ein Teilstrom von etwa 3 m /h wird zur Verhinderung einer unzulässigen Reduzierung der Anzahl der Mikroorganismen in·den Fermentationsprozeß zurückgeführt. Die verbleiben-LO de Bioschlamm-Oberschußmenge von ebenfalls 3 m /h wird der Vollmantel-Schneckenzentrifuge zugeführt.

Die Trennung der Suspension erfolgt in einem Beschleunigungsfeld von 4000 g. Da die Fördergeschwindigkeit der Schnecke etwa der Fließgeschwindigkeit der Suspension entsprechen soll, beträgt die Verweilzeit etwa 240 Sekunden und die Fördergeschwindigkeit der Schnecke 0,8 cm/s.

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge besteht aus einer zylindrisch gestalteten Zentrifugentrommel 1 und einer darin angeordneten randgängigen Schnecke 2. Die Zentrifugentrommel 1 wird über den Zentrifugentrommelantrieb 3 und die Schnecke 2 über den Schneckenantrieb 4 angetrieben. Die Drehzahlen der Zentrifugentrommel 1 und der Schnecke unterscheiden sich durch die vorgegebene Differenzdrehzahl von 2 U/min, wodurch ein Fördereffekt in Richtung zur Trennscheibe 5 entsteht.

Die Suspension (Bioschlamm) wird unter einem Fülldruck von 0,5 MPa über die axial angeordnete Suspensionszuführleitung 6 der Zentrifugentrommel 1 zugeführt; wobei der Zulauf über einen radial angeordneten Suspensionseintritts· kanal 7 in den Trennraum 8 schonend erfolgt, 15 % der Länge des Trennraumes 8 von der Trennscheibe 5 entfernt weist die Schnecke radiale Kanäle, die Klarphasenkanäle 12, auf.

ti ό 4

In der Achse der Schnecke 2 vereinigen sich die Klarphaeenkanäle 12 zur Klarphasenaustragsleitung 13. Ober diese Klarphasenaustragsleitung 13 gelangt die leichtere Phase aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge heraus. Außerhalb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge befindet sich in der Klarphasenaustragsleitung 13 das Mengenregelorgan 14. Die Trennscheibe 5, die mit der Zentrifugentrommel 1 einen Ringspalt 9 bildet, ist als Stirnfläche der Schnecke 2 angeordnet«

Hinter der Trennscheibe 5 und diese als Wand nutzend führt ein Sedimentkanal 10 radial vom Ringspalt 9 zu einer koaxial zur Klarphasenaustragsleitung 13 angeordneten Sedimentaustragsleitung 11. Diese Sedimentaustragsleitung 11 fuhrt aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge heraus, Außerhalb der Zentrifuge ist in der Sedimentaustragsleitung 11 die Meßzelle 15, ein Viskosimeter, angeordnet.

Der in den Trennraum 8 eingeführte Bioschlamm wird sofort in Sediment und Klarphase getrennt und durch die Fließgeschwindigkeit und die Differenzdrehzahl von 2 U/mln zur Trennscheibe 5 hin gefördert. Der Trennraum 8 ist vollständig mit Bioschlamm gefüllt. Das Sediment staut sich vor der Trennscheibe 5 und bedeckt den Ringspalt 9. Da der Trennraum 8 unter Druck von 0,5 MPa steht, wird das Sediment durch den Ringspalt 9 in den radialen Sedimentkanal 10 gedrückt und weiter durch die Sedimentaustragsleitung 11, wo in der Meßzelle 15 (Viskosimeter) der Trockensubstanzgehalt periodisch bestimmt wird, endgültig aus der Zentrifuge entfernt.

Die Klarphase, die zum Ringspalt 9 keinen Zugang findet, wird über die radialen Klarphasenkanäle 12 und die sich axial anschließende Klarphasenaustragsleitung 13 aus der Zentrifuge abgeleitet. Die abzuleitende Menge wird über das Mengenregelorgan 14, ein Ventil, eingestellt.

Dieses Mengenregelorgan 14 erhält von der Meßzelle 15 periodisch Impulse, die dem gemessenen Trockensubstanzgehalt des Sedimentes adäquat sind. Mittels dieser Schaltung

240 273 4

wird primär das Mengenverhältnis zwischen Sediment und Klarphase und indirekt der die Qualität bestimmende Trokkensubstanzgehalt beider Phasen geregelt. Das Sediment weist einen Trockensubstanzgehalt von 15 Gew.-% auf.

Der Trockensubstanzgehalt der Klarphase betragt 1 Gew.-%.

Claims (3)

1. £ £4 U L· / O «4

   Erfindungsanspruch

   1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge von zylindrischer Bauart mit axial angeordneter Suspensionszuführleitung und Entnahmeöffnungen für die getrennten Phasen, gekennzeichnet da« durch, daß eine an sich bekannte Trennscheibe (5) in Förderrichtung gesehen hinter der Schnecke (2) angeordnet ist, Klarphasenkanäle (12) und ein Sedimentkanal (lO) mit Abstand zueinander radial zur Zentrifugentrommelachse führend angeordnet sind und in eine axial angeordnete Klarphasenaustragsleitung (13) bzw. in eine koaxial zur Klarphasenaustragsleitung (13) angeordneten Sedimentaustragsleitung (11) münden, die beide aus der Zentrifugentrommel (l) herausführen, und daß in einem außerhalb der Zentrifugentrommel (1) liegenden Bereich der Klarphasenaustragsleitung

   (13) ein Mqngenregelorgan (14) angeordnet ist.
2. 2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die radialen Klarphasenkanäle (12) in einem Abstand, der 10 bis 20 % der Länge des Trennraumes (8) beträgt, vor der Trennscheibe 5 angeordnet sind.
3. 3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in einem außerhalb der Zentrifugentrommel (1) liegenden Bereich der Sedimentaustragsleitung (11) eine Meßzelle (15) zur Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes angeordnet ist, die über eine Impulsleitung mit dem Mengenregelorgan (14) in der Klarphasenaustragsleitung (13) verbunden ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen