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Filter-Zentrifuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Filter-Zentrifuge
zum Trennen einer Trübe in klares Filtrat und entfeuchtete Feststoffe mit Behandlungsorganen
für die Trübe bzw. die Feststoffe, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Filter-Zentrifuge
zu schaffen, welche es bei verhältnismäßig einfacher Bauweise ermöglicht, das Schleudergut
periodisch in beliebig vielen unterschiedlichen Arbeitsvorgängen, wie Trennen in
Gutkomponenten, Waschen, Entfeuchten sowie Wärme-, Strahlungs- oder Oberflächenbehandlung
in derselben Maschine durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß koaxial innerhalb
der Schleudertrommel ein feststehender Innenzylinder angeordnet ist, dessen Abmessungen
so gewählt sind, daß zwischen der Schleudertrommel und dem Innenzylinder ein ringförmiger
Raum zur Aufnahme der auf der Innenwand der Schleudertrommel gehaltenen Trübe und
der Feststoffe gebildet wird und daß sämtliche Behandlungsorgane zusammen mit den
Betätigungsvorrichtungen an oder in dem feststehenden Innenzylinder angeordnet sind,
durch welche das Schleudergut periodisch nacheinander in die Gutkomponenten getrennt
wird, sodann die Feststoffe ausgewaschen, entfeuchtet und gegebenenfalls einer Wärme-,
Strahlungs- oder Oberflächenbehandlung unterworfen und das Filtrat und/oder die
Waschflüssigkeit während der betreffenden Behandlungsvorgänge und danach die Feststoffe
abgeführt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erzielt,
daß der Raum zwischen dem Außengehäuse und der Schleudertrommel mit einer Einrichtung
zur Erzeugung eines gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Druckes verbunden ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die durch die Umdrehung der Schleudertrommel erzeugte
Fliehkraft ganz oder teilweise auszugleichen, wodurch eine einfache und leichte
Bauweise der Filter-Zentrifuge erreicht werden kann.
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Es ist jedoch zweckmäßig, den Behandlungsraum mit einer Vorrichtung
zu verbinden, durch welche auch dieser unter Gasdruck gesetzt werden kann, wobei
der Gasdruck derart bemessen ist, daß das Festhalten des Gutes durch Fliehkraft
und die eigentlichen Behandlungsvorgänge im wesentlichen durch Gasdruck bewirkt
werden. In diesem Fall kann der Druck in dem Raum zwischen dem Innenzylinder und
der Schleudertrommel ebenso groß sein wie der Gasdruck im Behandlungsraum, d. h.
im Innern der Schleudertrommel. Hierdurch werden besondere Abdichtungen vermieden,
und es ist nur noch erforderlich, das feststehende Außengehäuse der Filter-Zentrifuge
gasdicht abzuschließen.
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Die Schleudertrommel besteht gemäß der Erfindung aus einer undurchlässigen
Wand und an der Innenfläche dieser Wand zwischen radial nach innen gerichteten Zellwänden
angeordneten Filterkörpern aus porösem, filterfähigem Material, wobei die Filterkörper
derart nebeneinander angeordnet sind, daß eine glatte zylindrische Innenfläche entsteht.
Dies bringt den Vorteil mit sich, daß eine in sich zusammenhängende homogene Schicht
aus Feststoffen erhalten wird, die leicht behandelt werden kann und sich ohne Schwierigkeiten
abwerfen und austragen läßt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in
der Zeichnung im Querschnitt schematisch dargestellt ist.
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Die Filter-Zentrifuge gemäß der Zeichnung weist ein feststehendes,
allseitig abgeschlossenes kreisförmiges Außengehäuse 30 auf. Konzentrisch
innerhalb dieses Gehäuses ist eine Schleudertrommell drehbar angeordnet. Im Innern
der Schleudertrommel ist ein feststehender Innenzylinder 2 derart angeordnet, daß
zwischen der Schleudertrommel und dem Innenzylinder ein ringförmiger Raum 89 entsteht.
Dieser Raum ist zur Aufnahme der auf der Innenwand der Schleudertrommel gehaltenen
Trübe und der Feststoffe bestimmt.
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Die Schleudertrommell besteht aus einer undurchlässigen zylindrischen
Wand. Auf deren Innenfläche sind radial nach innen gerichtete Zellwände 3
angeordnet,
zwischen denen Filterkörper 4 aus porösem, filterfähigem Material vorgesehen
sind. Die Filterkörper sind derart nebeneinander angeordnet, daß eine glatte zylindrische
Innenfläche entsteht, auf welcher sich die Feststoffe in einer Schicht 23 ansetzen
können. Die Filterkörper sind mit achsparallel verlaufenden Kanälen 24 versehen,
die an einem Ende der Filterkörper über einen Steuerkopf an einer Abzugleitung für
das Filtrat angeschlossen sind. Die Kanäle 24 können über den Steuerkopf während
des Rückstandabwurfes sowie während der Reinigung der Filterkörper an eine Druckleitung
angeschlossen werden, wobei dann der Gasdruck in dieser Druckleitung höher ist als
der Druck im Behandlungsraum, so daß ein Rückströmen des Gases in Richtung aus dem
Innern der Filterkörper 4 nach dem Raum 89 erfolgen kann.
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An oder im Innenzylinder 2 sind sämtliche Behandlungsorgane zusammen
mit den Betätigungsvorrichtungen angeordnet. Der feststehende Innenzylinder
2 ist mit einer oder mehreren Durchtrittsöffnungen 88 versehen, an welche
ein oder mehrere Zuführungsrohre 87 für die zu trennende Trübe bzw. für die
Behandlungsmittel angeschlossen sind. Die Zuführungsrohre 87 führen etwa radial
nach innen zu einem ringförmigen, koaxial verlaufenden Ringraum 86, der über den
Steuerkopf nach außen mit einer Zuleitung für die Trübe oder die Behandlungsmittel
verbunden ist.
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Im Innern des Ringraumes 86, ebenfalls koaxial, ist ein Förderorgan
36, vorzugsweise eine Schnecke mit sich nach oben öffnendem Schneckengehäuse 35,
vorgesehen, dessen Längsachse im wesentlichen mit der Schleudertrommelachse zusammenfällt.
An einer Stirnseite des Innenzylinders 2 ist eine Öffnung für den Austritt der von
dem Förderorgan 36 erfaßten Feststoffe vorhanden. Nach oben hin schließt sich an
das Schneckengehäuse 35 ein Trichter 5 an. in welchem oberhalb des Förderorgans
36 eine Austrageinrichtung 93 radial verstellbar angeordnet ist. Zum radialen
Verstellen der Austrageinrichtung dient ein Getriebe 6, welches die Austrageinrichtung
93 in nach außen gefahrener Stellung in Umdrehung versetzt, so daß die in der Zeichnung
dargestellten Flügel in die Schicht 23 eingreifen und diese von der zylindrischen
Fläche der Filterkörper 4 ablösen.
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An dem oberen äußeren Ende der einen Wand 7 des Trichters 5 ist eine
kreisbogenförmige Wand 92 auf Rollen 8 gelagert, die beim Abnehmen der Schicht
23 geöffnet, aber während sämtlicher anderen Behandlungsvorgänge geschlossen ist.
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Im unteren Teil des Innenzylinders 2 ist ein Wirbelorgan 37 angeordnet,
das mittels Federkolben 61 gegen die Filterkörperoberfiäche verschoben werden kann.
Das Wirbelorgan 37 dient zum Reinigen der Poren der Filterkörper 4.
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An dem Innenzylinder 2 können Schwingungserzeuger 9 für Ultraschall
und/oder Infrarotstrahlen und;'oder mechanische Schwingungen vorgesehen sein, welche
unmittelbar auf die Trübe bzw. die Feststoffe einwirken.
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Ferner sind am Innenzylinder 2 kammartige Wirbelspitzen
91 vorgesehen, die in die umlaufende Trübe hineinragen. Zweckmäßigerweise
sind die Wirbelspitzen etwa auf gleicher Höhe mit der Trommelachse angeordnet.
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Zur Oberflächenbehandlung der Schicht 23 sowie zur Beseitigung von
eventuell eintretenden Schwindrissen ist an dem feststehenden Innenzylinder 2 ein
drehbar und federnd gegen den Rückstand drükkend gelagertes bogenförmiges Glättungsorgan
31 angeordnet.
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An dem Innenzylinder 2 können schließlich noch, in der Zeichnung nicht
dargestellte, elektrischmechanisch oder optisch arbeitende Fühler eingesetzt werden,
welche die Betriebsvorgänge überwachen und steuern, z. B. die Trübezuführung beim
Erreichen einer bestimmten Dicke der Schicht 23 absperren und die Regelwirkung für
die nächste Arbeitsphase einleiten.
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Der Raum 89, und im allgemeinen auch der gesamte Innenraum 13, ist
mit einer Vorrichtung verbunden, durch welche der Raum unter Gasdruck gesetzt werden
kann, wobei der Gasdruck sowie die Drehzahl der Schleudertrommel derart bemessen
sind, daß das Festhalten des Gutes auf der Innenwand der Schleudertrommel durch
die Fliehkraft, die eigentlichen Behandlungsvorgänge im wesentlichen durch den Gasdruck
bewirkt werden.
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Ferner ist vorgesehen, daß der Raum 94 zwischen dem Außengehäuse 30
und der Schleudertrommel 1 mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines gegenüber dem
Atmosphärendruck erhöhten Druckes verbunden ist. Auf diese Weise kann der Innendruck
im Raum 89 und gegebenenfalls im Innenraum 13 ausgeglichen werden, so daß die Schleudertrommel
nur der Beanspruchung der Fliehkraft unterworfen ist, nicht aber den Gasdrücken,
die sich von beiden Seiten in radialer Richtung ausgleichen.
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Die beschriebenen Kanäle 24 in den Filterkörpern 4 können vorteilhafterweise
über einen Steuerkopf während des Rückstandabwurfes sowie während der Reinigung
der Filterkörper bzw. des Filterzylinders an eine Druckleitung angeschlossen werden,
wobei der Gasdruck in der Druckleitung höher ist als der Druck im Raum 89 und im
Innenraum 13.
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Die Wirkungsweise der Filter-Zentrifuge ist folgende: Der Innenzylinder
2, in welchem alle Behandlungsorgane angeordnet sind, steht still. Die Schleudertrommel
l wird auf eine solche Drehzahl gebracht, daß eine Fliehkraft eintritt, durch die
die Trübe gleichmäßig auf der Innenwand der Schleudertrommel gehalten wird. Außerdem
wird im Raum 89, und im allgemeinen auch im gesamten Innenraum
13, ein Betriebsdruck eingestellt, der so bemessen ist, daß die eigentliche
Filtrationswirkung durch diesen Druck erzeugt wird. Der gleiche überdruck oder ein
noch höherer Druck herrscht auch im Raum 94, so daß der Innendruck in bezug auf
die Schleudertrommel ausgeglichen wird. Das allseitig abgedichtete feste Außengehäuse
30 kann ohne weiteres so stark bemessen werden, daß es diesen überdruck aufnehmen
kann.
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Die Trübe wird durch den koaxialen Ringraum 86 über Zuleitungen der
einen Stirnseite der Filter-Zentrifuge zugeleitet und tritt über ein oder mehrere
Zuführungsrohre 87 sowie Durchtrittsöffnungen 88 durch den Innenzylinder nach außen
in den Raum 89 ein, wird hier von der umlaufenden Schleudertrommel erfaßt und durch
Fliehkraft auf der Innenwand gehalten. Durch die Wirkung des Betriebsdruckes wird
das Filtrat in die porösen Filterkörper 4 gedrückt, gelangt in die achsparallel
verlaufenden Kanäle 24, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und glattwandig
sind, wobei die glatten Wände zahlreiche Poren aufweisen. Der kreisförmige Querschnitt
der
Bohrungen hat den Vorteil, daß sich keine Ansätze und Verstopfungen bilden können.
Das Filtrat wird über einen Steuerkopf nach außen abgezogen.
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Innerhalb der dünnen, von außen gesteuerten Zone 90 bildet sich der
Rückstand in Form einer zusammenhängenden ringförmigen Schicht bis etwa 40 mm Dicke.
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Wenn eine homogen angelagerte Struktur der Schicht 23 zur Erhöhung
der Filtriergeschwindigkeit gewünscht wird, so werden die möglichst harten, etwa
horizontal am festen Innenzylinder 2 angeordneten Wirbelspitzen 91 mittels des Preßluftkolbens
10 in die Zone 90 hineingedrückt. Auf diese Weise wird die Trübe und
auch die Feststoffschicht weitgehend homogen erhalten. Dies wirkt sich besonders
günstig aus, wenn z. B. die Trübe aus einer Mischung von kristallinen, amorphen
und kolloidartigen Festteilchen besteht.
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Wenn die gewünschte Stärke des Rückstandes erreicht ist, wird durch
einen an sich bekannten Stärkemesser, beispielsweise einen elektrischen Taster,
die Zufuhr der Trübe unterbrochen, und die in flacher Schicht im Raum 89 befindliche
Trübe wird restlos zu Ende behandelt, d. h., der Vorgang wird so lange weitergeführt,
bis eine Trennung der Resttrübe in Filtrat und Rückstand vollzogen ist.
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Es wird nun durch das Zuführungsrohr 87 die Auswaschflüssigkeit für
den Rückstand in den Behandlungsraum 89, 90 eingeleitet.
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Nach erfolgtem Auswaschen des Rückstandes kann die Drehzahl der Schleudertrommel
l bis auf die normale Drehzahl absinken. Es ist auch möglich, das Auswaschen ohne
Innendruck und nur durch die Wirkung der Fliehkraft vorzunehmen, wobei aber zweckmäßigerweise
der Außendruck im Raum 94 aufrechterhalten wird. Es werden nunmehr die im
Innern des Innenzylinders 2 eingebauten Rückstandbehandlungsorgane mittels des Druckkolbens
10 oder eines Motors an die langsam umlaufende Schicht 23 herangeführt. Weiterhin
kann eine Behandlung des Rückstandes mittels Schwingungserzeugern 9 für Ultraschall
und/oder Infrarotstrahlen und/oder mechanische Schwingungen erfolgen. wobei diese
Organe gegebenenfalls selbsttätig an den Rückstand herangebracht werden können.
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Bei verschiedenen Arten von Rückständen ist es möglich, die Schwindrißbeseitigung
beim Entfeuchten des Rückstandes durchzuführen. Hierzu dient ein an sich bekanntes
Glättungsorgan 31, das um eine zur Drehachse der Schleudertrommel parallel verlaufende
Achse schwenkbar ist.
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Entweder vor oder nach dieser Behandlung des Rückstandes kann das
Entfeuchten des Rückstandes durchgeführt werden. Im allgemeinen erfolgt dieses nach
dem Auswaschen des Rückstandes, und zwar mit Preßluft oder einem anderen Gas, gegebenenfalls
unter Zuhilfenahme von Wärme. Im allgemeinen treten während oder nach dieser Arbeitsphase
die erforderlichen Arbeitsorgane für die Behandlung des Rückstandes im Innern des
Arbeitsraumes in Tätigkeit.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine
beliebige Wahl der Rückstand-und Filterkörper-Behandlungen dadurch vorgenommen werden
kann, daß alle Behandlungsorgane im Innern des oder an dem feststehenden Innenzylinder
2 in räumlicher Anordnung und selbsttätig wirkend vorgesehen sind.
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Nach Erreichen des gewünschten Entfeuchtungsgrades des Rückstandes
erfolgt das Entfernen des Rückstandes von der zylindrischen Oberfläche der Filterkörper
4. Zu diesem Zweck wird mittels eines Getriebemotors 11 zunächst die zylindrische
Wand 92 zurückgeschoben, so daß der Trichter 5 nach oben offen ist. Statt des Getriebemotors
11 kann auch ein Druckkolben vorgesehen sein. Im Trichter 5 ist eine Austrageinrichtung
93 radial in Richtung der eingezeichneten Pfeile verstellbar angeordnet. Die Austrageinrichtung
besteht aus einer umlaufenden angetriebenen Abstreiferwelle, die mittels eines Getriebes
6 zum Rückstand hin vorgeschoben werden kann. Während die Schleudertrommel l verhältnismäßig
langsam umläuft, wird der Rückstand durch die Abstreiferwelle erfaßt und nach unten
abgeworfen. Der abgestreifte Rückstand fällt in die Mitte des Trichters 5 und wird
durch an sich bekannte Förderorgane durch die Gehäusestirnwand der Filter-Zentrifuge
nach außen transportiert. Das Abschälen des Rückstandes von den porösen Flächen
der Filterkörper 4 kann durch einen Preßluftstoß im Bereich der Abwurfzone über
dem Trichter 5 unterstützt werden. Nach erfolgter Rückstandentfernung wird die Austrageinrichtung
93 in das Innere des Trichters 5 zurückgeführt und die zylindrische Wand
92 wieder geschlossen.
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Nach diesen Vorgängen erfolgt die Reinigung der Filterkörper
4. Hierfür ist eine Reinigungsvorrichtung im Raum 12 vorgesehen, in dem ein
Federkolben 61 mit einem Wirbelorgan 37 angeordnet ist, das gegen die Filterkörperoberfläche
geschoben werden kann und eine intensive Wirbelung der zugeführten Reinigungsflüssigkeit
bewirkt. Zur Porenreinigung wird außerdem von innen her, vorzugsweise pulsierend,
ein Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsstrom in umgekehrter Richtung durch die Filterkörper
geleitet.
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Nach erfolgter Reinigung wird die Drehzahl der Schleudertrommel l
wieder erhöht, wenigstens bis zum Erreichen einer Fliehkraft, bei welcher ein gleichmäßiger
Trüberingraum gebildet wird und der nächste Arbeitsgang mit der Filtrationsphase
beginnen kann.
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In Sonderfällen kann auch die Filtration nur unter Zuhilfenahme der
Fliehkraft durchgeführt werden, während alle anderen Phasen des Auswaschens mittels
Druckeinwirkung durchgeführt werden.
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Es sei noch bemerkt, daß die Filterkörper 4 aus porösen, starren Kunststoffmassen
bestehen können. Außerdem sind die Filterkörper, wie in der Zeichnung dargestellt,
über dem Umfang in Einzelkörper unterteilt, die durch die beschriebenen Zwischenwände
voneinander getrennt sind. Die Filterkörper sind in axialer Richtung zonenartig
unterteilt. Es können auch flexible Filterkörper oder filternde Lamellen, poröses
Metall, Drahtgewebe und auch Filtertücher zur Anwendung kommen.