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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren.
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Selbstentleerende Separatoren werden zum Klären eines zu verarbeitenden Produktes von Stoffen mit höherem spezifischem Gewicht -im Folgenden Feststoffe genannt- verwendet und sind aus dem Stand der Technik bekannt. Danach weist ein solcher Separator eine drehbare Trommel mit einem Zulauf, wenigstens einen Flüssigkeitsauslass, diskontinuierlich zu öffnenden und zu verschließenden Feststoffauslassöffnungen oder kontinuierlich offenen Feststoffauslassöffnungen sowie eine Steuereinheit auf. Die Feststoffauslassöffnungen münden üblicherweise in einem Ringraum, der auch als Feststofffänger bezeichnet wird
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Bei der Verarbeitung von empfindlichen Produkten, wie z.B. Algen, Fermentationsbrühen oder anderen biogenen Produkten, muss evtl. verhindert werden, dass die auszugetragenen Feststoffe bei der Austragung aus dem Separator in den Feststofffänger auf Grund des starken Impulses, der auf den Feststoff wirkt, dauerhaft Schaden nehmen oder sogar in ihrer Struktur zerstört werden. Es ist in diesen Fällen also dafür Sorge zu tragen, dass die Kräfte, die beim Aufprall des Feststoffs auf eine Prallwand des Feststofffängers auf den Feststoff wirken, reduziert werden.
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In der
WO 03/008105 A1 wird ein selbstentleerender Separator beschrieben. Der Separator weist einen Feststofffänger mit einer ringförmigen Prallwand auf. Die Prallwand ist so gestaltet, dass der ausgetragene Feststoff einen definierten Weg entlang einer gekrümmten Bahn zurücklegt, bevor er aus dem Feststofffänger abgeleitet wird. Hierdurch soll eine schonende und scherungsarme Umlenkung des Feststoffs aus den Feststoffauslassöffnungen des Separators in den Feststofffänger erfolgen.
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Die Erfindung hat vor diesem Hintergrund die Aufgabe, einen selbstentleerenden Separator in anderer Weise derart weiterzuentwickeln, dass mit ihm eine schonende und zerstörungsarme Feststoffaustragung möglich wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Die Erfindung schafft ferner das Verfahren des Anspruchs 13.
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Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Feststofffänger eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidvorhanges aufweist, auf den die aus den Auslassöffnungen für Feststoff austretenden Feststoffe auftreffen, bevor sie im Feststofffänger auf eine feste Wand auftreffen könnten. Der Impuls des austretenden Feststoffs wird dadurch vorteilhaft zumindest teilweise beim Auftreffen auf den Fluidvorhang abgebaut, so dass der Feststoffaustrag in den Feststofffänger schonend und scherungsarm erfolgt. Entsprechend wird ein Verfahren zum Betreiben eines Separators nach einem der darauf bezogenen Ansprüche geschaffen, mit dem ein zu verarbeitendes Produkt in einem Zentrifugalfeld in der Trommel von Feststoff geklärt wird, der aus der Trommel kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Auslassöffnungen entleert wird, und bei dem zumindest während der Entleerung der Feststoffe ein Fluidvorhang erzeugt wird, auf welchen die aus den Auslassöffnungen für Feststoffe austretenden Feststoffe auftreffen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weist die Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidvorhanges Öffnungen, insbesondere Düsen, auf, die am Umfang des Feststofffängers verteilt sind und mit denen der Fluidvorhang erzeugbar ist. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass die benötigten Bauteile für einen schonenden und scherungsarmen Feststoffaustrag einfach und ohne Umbau des Feststofffängers an einen Separator angeordnet werden können oder sogar nachrüstbar sind. Der Fluidvorhang wird vorzugsweise derart erzeugt, dass er sich während des Feststoffaustrags zylindrisch oder konisch um die Trommel bzw. zumindest konzentrisch hülsenartig um deren Feststoffaustragsöffnungen erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist der Feststofffänger eine Prallwand auf, die in Flugrichtung des Feststoffes hinter dem Vorhang angeordnet ist. Der Separator kann derart wahlweise mit oder ohne Fluidvorhang verwendet werden.
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Zweckmäßig ist, dass der Fluidvorhang entlang des gesamten Umfangs des Feststofffängers vor einer Prallwand ausgebildet ist.
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Der Fluidvorhang kann nach einer Variante an einem den Feststoff diskontinuierlich entleerenden Separator oder nach einer anderen Variante an einem den Feststoff kontinuierlich entleerenden Separator eingesetzt werden. Der Fluidvorhang ist für beiden Varianten eine vorteilhafte Ergänzung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann als das Fluid, dass den Fluidvorhang ausbildet, Wasser verwendet werden. Der Fluidvorhang ist dann ein Wasservorhang aus flüssigem Wasser.
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Dies ist u.a. vorteilhaft, da eine Wasserhydraulik auch für eine Betätigung eines Kolbenschiebers vorhanden ist, der die Austragungsöffnungen eines Separators mit diskontinuierlichem Feststoffaustrag öffnet und schließt und da derart einfach ein weiterer Hydraulikteil zur Versorgung der Öffnungen, insbesondere Düsen, zur Erzeugung des Fluidvorhanges bereitgestellt werden kann.
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Auch die Verwendung des zu verarbeitenden Ausgangsproduktes oder dessen gewonnene Klarphase als Fluid für den Fluidvorhang ist vorteilhaft, da es hierdurch nicht zur Vermischung des Feststoffes mit einem zusätzlichen Fluid kommt.
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Um des ausgetragenen Feststoffes so wenig wie möglich zu verdünnen, kann der Fluidvorhang erst kurz vor der Entleerung eingeschaltet werden Zeitein <10 Sekunden beziehungsweise direkt nach der Entleerung wieder ausgeschaltet werden Zeitaus < 10 Sekunden.
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Falls es sich um einen Feststoff handelt, von dem keine Reste in dem Feststofffänger verbleiben sollen, kann der Wert für Zeitaus auch deutlich verlängert werden Zeitaus < 10 Minuten, um ein Ausspülen des Feststoffes aus dem Feststofffänger zu gewährleisten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Separators sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen selbstentleerenden Separators mit diskontinuierlicher Feststoffaustragung;
- 2: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen selbstentleerenden Separators mit kontinuierlicher Feststoffaustragung.
- 3: ein schematischer Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen Separator 1 zum Klären von feststoffhaltigen, fließfähigen Ausgangsprodukten AP mit einer drehbaren Trommel 2 mit vertikaler Drehachse. Die Verarbeitung des Ausgangsproduktes AP erfolgt im kontinuierlichen Betrieb. Der Separator 1 ist ein selbstentleerender Separator 1.
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Dies bedeutet, dass der Zulauf des Ausgangsprodukt AP kontinuierlich erfolgt und auch das Ableiten wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase, Klarphase KP genannt, kontinuierlich erfolgt. Die Trommel 2 des Separators 1 verfügt in Ausgestaltung als selbstentleerender Separator 1 über einen hier diskontinuierlichen Feststoffauslass, wobei der aus dem Ausgangsprodukt AP durch Klärung abgetrennte Feststoff F hier intervallartig durch das Öffnen und Wiederverschließen von Auslassdüsen bzw. Auslassöffnungen 3 entfernt wird.
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Die Trommel 2 weist ein Trommelunterteil 4 und einen Trommeldeckel 5 auf. Sie ist ferner vorzugsweise von einer Haube 6 umgeben. Die Trommel 2 ist zudem auf eine Antriebsspindel 7 aufgesetzt, die drehbar gelagert und motorisch antreibbar ist.
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Die Trommel 2 weist einen Produktzulauf 8 auf, durch welchen das Ausgangsprodukt AP in die Trommel 2 geleitet wird. Sie weist ferner wenigstens einen Ablauf 9 - mit einem Greifer versehen - auf, der zur Ableitung einer Klarphase KP aus der Trommel 2 dient. Der Greifer - auch Schälscheibe genannt - ist eine Zentripetalpumpe. Der Ablauf 9 kann konstruktiv auch auf andere Weise bzw. mit anderen Mitteln erfolgen. Zudem ist es auch denkbar, neben der Klärung auch eine Trennung des Ausgangsproduktes AP in zwei Flüssigkeitsphasen verschiedener Dichte vorzunehmen. Hierzu ist dann ein weiterer Flüssigkeitsablauf erforderlich.
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Die Trommel 2 weist vorzugweise ein Tellerpaket 10 aus axial beabstandeten Trenntellern auf. Zwischen dem Außenumfang des Tellerpakets 10 und dem Innenumfang der Trommel 2 im Bereich ihres größten Innendurchmessers ist ein Feststoffsammelraum 11 ausgebildet. Feststoffe, welche im Bereich des Tellerpakets 10 von der Klarphase getrennt werden, sammeln sich in dem Feststoffsammelraum 11, aus dem die Feststoffe F über Auslassöffnungen 3 aus der Trommel 2 ausgetragen werden können.
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Die Auslassöffnungen 3 können dazu hier mittels eines Kolbenschiebers 12, welcher im Trommelunterteil 4 angeordnet ist und in diesem parallel zur Drehachse (insbesondere vertikal) verschiebbar ist, geöffnet und geschlossen werden. Bei geöffneten Auslassöffnungen 3 wird der Feststoff F aus der Trommel 2 in einen Feststofffänger 13 ausgelassen.
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Zur Bewegung des Kolbenschiebers 12 weist die Trommel 2 einen Betätigungsmechanismus auf. Hier umfasst dieser wenigstens eine Zulaufleitung 14 für ein Steuerfluid wie z.B. Wasser und eine Ventilanordnung 15 in der Trommel 2 und weitere Elemente außerhalb der Trommel 2. So wird der Zulauf des Steuerfluides über eine außerhalb der Trommel 2 angeordnete Dosieranordnung 16 ermöglicht, welche einer außerhalb der Trommel 2 angeordnete Zulaufleitung 17 für das Steuerfluid zugeordnet ist, so dass für eine Feststoffentleerung des Feststoffs F durch Freigabe der Ventilanordnung 15 das Steuerfluid in die Trommel 2 einleitbar ist oder umgekehrt der Zustrom an Steuerfluid unterbrochen werden kann, um den Kolbenschieber 12 entsprechend zu bewegen, um die Auslassöffnungen 3 freizugeben.
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Der Feststofffänger 13 weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidvorhanges 20 auf, auf dem die aus den Auslassöffnungen 3 für Feststoff F austretenden Feststoffe F auftreffen.
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Der Feststofffänger 13 weist weiterhin wenigstens eine vorzugsweise bezogen auf die Drehachse radial äußere Prallwand 18 auf. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Fluidvorhanges 20 weist mehrere, vorzugsweise vier oder mehr Öffnungen - insbesondere Düsen 19 - auf, die am Umfang des Feststofffängers 13 - vorzugsweise gleichmäßig - winkelbeabstandet verteilt sein können. Der Fluidvorhang 20 liegt bezogen auf die Prallwand 18 radial innen.
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Dabei ist die Anzahl der Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 abhängig vom Durchmesser der Trommel 2 und wird vorteilhaft so gewählt, dass durch die Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 der Fluidvorhang 20 so erzeugt wird, dass er vorteilhaft entlang des gesamten Umfangs des Feststofffängers 13 vor seiner Prallwand 18 ausgebildet ist. Der Impuls des austretenden Feststoffs F wird dadurch vorteilhaft zumindest teilweise beim Auftreffen auf den Fluidvorhang 20 abgebaut.
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Der Fluidvorhang 20 wird vorzugsweise in axialer Richtung bei vertikaler Drehachse von oben nach unten gesprüht. Dann sind die Öffnungen 19 vorzugsweise an einer oberen Wandung des Feststofffängers oder an einem angrenzenden Bauteil wie einer Haube verteilt und ihr Austrittsende ist vorzugsweise axial im Wesentlichen nach unten gerichtet. Vorzugsweise ist der Fluidvorhang 20 in erzeugten Zustand zylindrisch oder konisch. Er kann aber z.B. auch umfangsgeschlossen mehreckig die Trommel umgeben. Dazu sind die Öffnungen 19 vorzugsweise an einer oberen Wandung des Feststofffängers verteilt und ihr Austrittsende ist nach unten gerichtet.
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Die Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 sind vorzugsweise so gestaltet, dass das austretende Fluid fächerartig austritt, d.h. radial bezogen auf die Drehachse der Trommel ist der Fluidstrahl schmal, senkrecht dazu ist der Fluidstrahl breit, um mit möglichst wenig Öffnungen, insbesondere Düsen, den gesamten Umfang innerhalb des Feststofffängers mit einem Fluidvorhang 20 abzudecken. Um diesen fächerartigen Austritt zu erzeugen, kann die Düse mit einer schlitzartigen Austrittsöffnung versehen werden oder alternativ mit mehreren Austrittsöffnungen in Richtung des zu erzeugenden Fluidvorhanges.
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Die Wirksamkeit des Fluidvorhanges kann durch die Menge/Zeit des eingesetzten Fluides in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des zu verarbeitenden Produktes eingestellt werden. Je mehr Fluid eingesetzt wird, desto dichter wird der Fluidvorhang und desto stärker wird der Impuls des austretenden Feststoffes abgebaut. Hierzu kann im Stellglied 22 die Menge/Zeit des Fluides geregelt werden indem hierin der Öffnungsquerschnitt eines Ventils verändert wird. Alternativ kann der Druck des Fluids in der Leitung 21 verändert werden, oder auch die Querschnitte der Öffnungen in den Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 angepasst werden.
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Die Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 können, wie in 1 und 2 dargestellt, das Fluid von oben in den Feststofffänger leiten, alternativ ist dies auch von unten möglich oder auch tangential aus Richtung der Prallwand 18.
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Das den Fluidvorhang 20 bildende Fluid ist vorzugsweise Wasser. Dies ist vorteilhaft, da eine Wasserhydraulik auch für die Betätigung des Kolbenschiebers 12 vorhanden sein kann und insofern Teile dieser Hydraulik mehrfach nutzbar sind. Dies ist jedoch nicht zwingend.
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Alternativ/Optional ist auch die Verwendung des zu verarbeitenden Ausgangsproduktes oder dessen gewonnene Klarphase als Fluid für den Fluidvorhang vorteilhaft, da es hierdurch nicht zur Vermischung des Feststoffes mit einem zusätzlichen Fluid kommt.
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Die Zuführung des Fluids erfolgt über eine entsprechende Leitung 21. Die Leitung 21 kann durch einen Steuerimpuls durch ein Stellglied 22 abgesperrt und geöffnet werden.
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Um den ausgetragenen Feststoff so wenig wie möglich zu verdünnen, kann der Fluidvorhang 20 erst kurz vor der Entleerung des Feststoffes eingeschaltet werden. So kann die Einschaltzeit vor der Entleerung „Zeitein <10 Sekunden“ betragen. Der Fluidvorhang wird vorzugsweise direkt nach der Entleerung wieder ausgeschaltet. Vorzugsweise gilt: „Zeitaus < 10 Sekunden“, da der Fluidvorhang bis zur nächsten Entleerung nicht weiter benötigt wird.
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Falls es sich um einen Feststoff handelt, von dem keine Reste in dem Feststofffänger verbleiben sollen, kann der Wert für Zeitaus auch deutlich verlängert werden Zeitaus < 10 Minuten, um ein Ausspülen des Feststoffes aus dem Feststofffänger zu gewährleisten.
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Wenn es sich als vorteilhaft für das Ausleiten der Feststoffe aus dem Feststoffänger erweist, z.B. bei klebrigen oder adhäsiven Feststoffen, kann der Fluidvorhang auch dauerhaft aktiviert sein.
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Durch den sich vor der Prallwand 18 erstreckende Fluidvorhang 20 wird einfach vorteilhaft ein schonender und scherungsarmer Impulsabbau des aus den Auslassöffnungen 3 des Separators 1 in den Feststofffänger 13 austretenden Feststoffs F ermöglicht.
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Vorteilhaft ist ferner, dass die dazu benötigten Bauteile 19, 21, 22 einfach und ohne Umbau des Feststofffängers 13 an einen Separator 1 nachrüstbar sind. Darüber hinaus wird das konstruktive Variantenmanagement des Separators 1 vereinfacht, da die Variante des Feststofffängers 13 für einen schonenden Feststoffaustrag einfach und damit vorteilhaft durch die gewöhnliche Variante des Feststofffängers 13 plus die Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 gebildet ist.
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Dier hier geschilderten Steuerungsvorgänge bzw. Steuerimpulse werden durch eine Steuerungsvorrichtung 23 gesteuert bzw. koordiniert. Die Steuerungsvorrichtung 23 ist dazu über Datenverbindungen 24, 25, die hier beispielhaft durch spannungsführende bzw. signalführende Leitungen bzw. Kabel ausgeführt sind, mit den Stellgliedern bzw. Ventilen 16, 21 verbunden. Die Datenverbindungen 24, 25 können alternativ aus durch andere geeignete Wirkprinzipien, wie z.B. durch das Überbrücken der Signalstrecke durch hochfrequente Strahlung, wie z.B. Funksignale realisiert sein.
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Um Wiederholungen zu vermeiden, werden zu dem Separator 1 in 2 nur Abweichungen, Änderungen oder Ergänzungen zu dem Separator 1 nach 1 beschrieben.
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Abweichend zu dem Separator 1 nach 1, arbeitet der Separator 1 nach 2 als selbstentleerender Separator 1 mit einem kontinuierlichen Feststoffauslass. Demzufolge verfügt die Trommel 2 des Separators 1 hier über einen kontinuierlichen Feststoffauslass, wobei der aus dem Ausgangsprodukt AP durch Klärung abgetrennte Feststoff F hier permanent durch die Auslassdüsen bzw. Auslassöffnungen 3 entfernt wird. Ein Kolbenschieber 12 mit den entsprechenden Stellgliedern und Zuleitungen ist demzufolge hier nicht erforderlich.
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In 2 sind die Öffnungen, insbesondere Düsen, 19, die den Fluidvorhang 20 vor der Prallwand 18 des Feststofffängers 13 erzeugen, gut sichtbar dargestellt. Der Feststofffänger 13 weist hier eine Leitung auf, mit der der Feststoff F aus dem Feststofffänger 13 abgeleitet wird. Aus diesem Grund weist der Feststofffänger 13 in der in 2 gezeigten Schnittdarstellung - wobei der Schnitt durch die Ableitung gelegt ist - zwei unterschiedliche Geometrien auf.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Produkt-Klärverfahrens, welches mit dem vorbeschriebenen Separator 1 durchgeführt werden kann, anhand der Figuren näher erläutert.
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In die Trommel 2 des Separators wird vorzugsweise kontinuierlich das Ausgangsprodukt AP geleitet, wo dieses geklärt wird. Es erfolgt ein kontinuierlicher Klarphasenauslass der Klarphase KP.
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Während der Klärung des Ausgangsproduktes AP unter Bildung der Klarphase KP werden im Ausgangsprodukt AP enthaltene Trubstoffe und andere Feststoffe F im Feststoffsammelraum 11 der Trommel 2 außerhalb des Tellerpaketes 10 gesammelt, der sich füllt.
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Bei einem diskontinuierlich entleerenden Separator 1 wird in Abhängigkeit von definierten Parametern die Austragung des Feststoffs F aus der Trommel 2 durch die Auslassöffnungen 3 in den Feststofffänger 13 initiiert, während bei einem kontinuierlich entleerenden Separator 1 die Austragung von Feststoff F permanent nach Starten des Separationsprozesses geschieht.
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Für das schonende und scherungsarme Entleeren von Feststoff F aus einem erfindungsgemäßen, den Feststoff F diskontinuierlich oder kontinuierlich entleerenden Separator 1 wird folgendes Verfahren angegeben:
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Das Verfahren - siehe 3 - startet im Schritt 100. In Schritt 100 wird die Entleerung des Feststoffs F aus dem Feststoffsammelraum 11 des Separators initiiert bzw. bei einem kontinuierlich entleerenden Separator 1 wird der Separationsprozess in Gang gesetzt.
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Danach wird in einem weiteren Schritt 200 durch einen Steuerimpuls auf das Stellglied 22 die Zufuhr von Fluid zu den Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 zur Erzeugung des Fluidvorhangs 20 vor der Prallwand 18 des Feststofffängers 13 gestartet.
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In einem darauf folgenden Schritt 300 verstreicht ein definierter, diskreter Zeitintervall, der entsprechend der Entleerungsdauer bestimmt wird und z.B. eine bis zehn, besonders bevorzugt drei bis fünf Sekunde(n) betragen kann. Der Fluidvorhang wird aufgebaut.
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In einem weiteren Schritt 400 wird die Entleerung des Feststoffs F aus dem Feststoffsammelraum 11 des Separators durch einen Steuerimpuls auf die Dosieranordnung 16 und die Ventilanordnung 15 gestartet, sofern es sich bei dem Separator um einen diskontinuierlich entleerenden Separator nach 1 handelt. Bei einem kontinuierlich entleerenden Separator beginnt die Entleerung des Feststoffs F nach dem der Separationsprozess gestartet wurde und das Zeitintervall in Schritt 300 verstrichen ist, direkt.
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In einem darauf folgenden Schritt 500 wird die Austragung von Feststoff F aus dem Feststoffsammelraum 11 durch einen Steuerimpuls auf die Dosieranordnung 16 und die Ventilanordnung 15 beendet. Bei einem kontinuierlich entleerenden Separator endet die Entleerung des Feststoffs F erst, wenn der Trennprozess beendet wird.
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In einem abschließenden Schritt 600 wird die Zufuhr von Fluid zu den Öffnungen, insbesondere Düsen, 19 zur Erzeugung des Fluidvorhangs 20 vor der Prallwand 18 des Feststofffängers 13 durch einen Steuerimpuls auf das Stellglied 22 beendet.
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Insgesamt wird mit den dargestellten und beanspruchten Verfahren auf einfache und damit vorteilhafte Weise ein schonendes und scherungsarmes Entleeren von Feststoff F aus einem erfindungsgemäßen, den Feststoff F diskontinuierlich oder kontinuierlich entleerenden Separator 1 gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Separator
- 2
- Trommel
- 3
- Auslassöffnung
- 4
- Trommelunterteil
- 5
- Trommeldeckel
- 6
- Haube
- 7
- Spindel
- 8
- Zulauf
- 9
- Ablauf
- 10
- Tellerpaket
- 11
- Feststoffsammelraum
- 12
- Kolbenschieber
- 13
- Feststofffänger
- 14
- Zulaufleitung
- 15
- Ventilanordnung
- 16
- Dosieranordnung
- 17
- Hydraulikleitung
- 18
- Prallwand
- 19
- Öffnung
- 20
- Fluidvorhang
- 21
- Zuleitung
- 22
- Stellglied
- 23
- Steuerung
- 24
- Datenverbindung
- 25
- Datenverbindung
- KP
- Klarphase
- AP
- Ausgangsprodukt
- F
- Feststoff
