DE2344507C2

DE2344507C2 - Vollmantel-Schneckenzentrifuge

Info

Publication number: DE2344507C2
Application number: DE2344507A
Authority: DE
Inventors: Chie Ying Hatboro Pa. Lee
Original assignee: Pennwalt Corp Philadelphia Pa; Pennwalt Corp
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1972-09-06
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1984-08-09
Also published as: NL170382B; FR2197658B1; DE2344507A1; JPS5313058B2; JPS4986951A; SE435794B; US3885734A; FR2197658A1; GB1408997A; CA965757A; NL170382C; US3795361A; NL7312320A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine aus der US-PS 34 47 742 bekannte Vollmantel-

Schneckenzentrifuge dieser Art dient der Treunung eines Drei-Phasen-Gemisches aus Fett oder öl, Wasser und Schlamm, bei dem das Fett auch in Klumpen auftreten kann. Von dem zu trennenden Gemisch bildet das Öl und Fett die leichteste Phase, die durch die Zentrifuge von den anderen beiden Phasen getrennt werden soll. Zur Trennung der Phasen ist bei dieser bekannten Zentrifuge eine kreisscheibenförmige Prallwand vorgesehen, die mit dem Trommelgehäuse einen ringförmigen Durchtrittsquerschnitt begrenzt, wobei die Prallwand so hoch ausgebildet ist, daß sie sich mindestens durch die radial innenliegende ölschicht erstreckt, also etwa bis in die Wasserschicht reicht, die zwischen der Schlamm- und ölschicht liegt Zwischen der Einleitungsstelle des zu trennenden Gutes in dem Schneckenkern und der Austrittsöffnung für die durch das Öl gebildete leichte Phase ist im Abstand von der ersten Prallwand eine zweite kreisscheibenförmige Prallwand geringerer Höhe vorgesehen, die im wesentlichen nur in den zylindrisehen Spiegel der ölschicht eintaucht und dazu dient, Fettklumpen zurückzuhalten. Bei der bekannten Zentrifuge wird der radiale Abstand des inneren zylindrischen Spiegels der ölschicht von der Trommelachse durch den radialen Abstand der Austrittsöffnung für das Öl von der Trommelachse bestimmt, der größer ist als der der Austrittsöffnung für die Schlamm- und Wasserphase.

Eine aus der US-PS 32 79 687 bekannte Vollmantel-Schneckenzentrifuge weist in ihrem mittleren Bereich eine ringförmige Kammer auf, die jedoch keine Prallwand zur Phasentrennung, sondern ein Gehäuse für die Abzugsleitungen für die Flüssigkeit bildet Die ringförmige Kammer ist mit Leitungen versehen, die in Drehrichtung abgewinkelte Eintrittsöffnungen aufweisen, die die abzuführende Flüssigkeit gleichsam abschöpfen.

Ein besonderes Problem ist die Trennung von Flüssigkeiten mit Komponenten mit einem annähernd gleichen spezifischen Gewicht, wobei die abgetrennte schwerere Phase eine schlammig-schlüpfrige Konsistenz aufweist Derartige Flüssigkeiten, wie beispielsweise Abwässer, müssen in eine leichtere fließfähige Phase und eine möglichst trockene schwerere Phase getrennt werden. In der Zentrifuge trennen sich nun aber diese beiden Phasen meistens nicht eindeutig voneinander, sondern radial innen bildet sich eine wäßrige Schicht aus, die mit zunehmendem radialen Abstand zunehmend mehr mit Feststoffteilchen durchsetzt ist, wobei sich im wandnahen Bereich eine schlammige, am stärksten mit Feststoffen durchsetzte Schicht ausbildet, weil sich diese zunehmend mit aus den inneren Schichten auswandernden Feststoffteilchen anreichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, aus der sich die abgetrennte schwere Phase schlammig-schlüpfriger Konsistenz kontinuierlich austragen läßt. Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. In der erfindungsgemäßen Zentrifuge wird ein erhöhter hydrostatischer Druck, der das Hindurchquetschen der schwereren Phase durch den Ringspalt bewirkt dadurch erreicht, daß die über der hindurchgequetschten Schicht liegenden Schichten dicht gemacht werden, so daß diese infolge der hohen Zentrifugalbesehleunigung hohe Quetschkräfte auszuüben vermögen. Dabei taucht die die Phasen trennende Prallwand in die eine schlammigschlüpfrige Konsistenz aufweisende schwerere Phase ein, so daß die sich ständig mit Festteilchen anreichernde schwerere Phase in möglichst trockenem Zustand

lurch den Ringspalt hindurchtreten kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in ien Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher :rläutert Es zeigt

Fig.! eine Seitenansicht der Vollmantel-Schneckenzentrifuge, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge, teilweise im Schnitt,

F i g. 3 eine Seitenansicht der Schnecke der Vollmantelzentrifuge nach F i g. 1, teilweise im Schnitt, und

Fig.4 den vorderen Teil der Schnecke nach Fig.3, wobei die Schneckenstege weggelassen sind.

Die in F i g. 1 dargestellte Zentrifuge 10 besitzt ein Gestell 12 mit Hauptlagern 14, in denen die zapfenförmigen Endteile der im Querschnitt kreisförmigen, hohlen und langgestreckten Trommel 16 drehbar gelagert sind. Die Trommel 16 kann in dem Gehäuse 18 um ihre Längsachse rotieren. In der Stirnwand 22 der Trommel 16 sind mehrere Austrittsöffnungen 20 vorgesehen, die um die Drehachse herum angeordnet sind und zurr: Ausbringen der flüssigen leichteren Phase dienen Im Bereich der anderen Stirnwand 26 sind mehrere Austrittsöffnungen 24 für die schwerere Phase vorgesehen.

Bis auf diese Öffnungen ist der rohrförmige Mantel der Trommel 16 ununterbrochen. Der größere Teil 28 des Mantels ist zylindrisch ausgebildet

Der der Stirnwand 26 benachbarte Endteil 310 der Trommel 16 ist zu den Austrittsöffnungen 24 für die schwerere Phase hin verjüngt ausgebildet Die Radialabstände der Austrittsöffnungen 20 für die leichtere Phase und der Austrittsöffnungen 24 für die schwerere Phase von der Drehachse sind einstellbar und werden so eingestellt, daß die Innenfläche der leichteren Phase sich während des normalen Betriebes radial einwärts von den Überlaufflächen der Austrittsöffnungen 24 für die schwerere Phase befindet

Eine Förderschnecke 32 ist koaxial in der Trommel 16 angeordnet und im Bereich ihrer Enden in Lagern 31 gelagert. Die Trommel 16 wird durch die Riemenscheibe 34 angetrieben, die mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden ist Damit die Trommel i6 und die Förderschnecke 32 mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, ist die Trommel 16 mit einem Getriebe 36 verbunden, das mit einer Drehmomentregeleinrichtung 38 versehen ist und über eine Keilwelle 40 die Förderschnecke 32 antreibt.

Das zu trennende Gemisch wird über ein gestellfestes Zuführungsrohr 42 in das Innere der Trommel eingeleitet Das Rohr 42 steht axial vor und endet konzentrisch in der Eintrittskammer 44, die teilweise von der Innenwandung der Nabe 46 begrenzt ist, die eine Auskleidung 48 besitzt

Die Nabe 46 biWet einen Teil der Förderschnecke 32 und trägt im zylindrischen Teil der Trommel 16 wendeiförmige Stege 50 sowie wendeiförmige Stege 52 im konischen Teil der Trommel 16. Die Stege 50 und 52 sind in einem geringen Abstand von der innerer. Wandung der Trommel 16 angeordnet Zwischen der Trommel 16 und den Stegen 50 und 52 ist eine geringe Drehzahldifferenz vorhanden, so daß sich die schwerere Phase zu den Austrittsöffnungen 24 hin bewegt und durch diese austritt. Die Nabe 46 besitzt femer einen oder mehrere Zuführungskanäle 54, die die Auskleidung 48 durchsetzen und durch die das Gemisch aus der Eintrittskammer 44 in die Trommel 16 Qingebrach«. wird.

Die in der Nabe 46 angeordnete Eintrittskammer 44 erstreckt sich axial von der Trennwand 56 zu dem Beschleuniger 58. Dieser besitzt eine kegelige Scheibe, die dicht anliegend an der Innenwandung dzr Nabe 46 angebracht und an der ein Schaufelkranz 60 befestigt ist, der dem durch das Zuführungsrohr 42 zugeführten Rohgutgemisch eine radiale und tangential Geschwindigkeit erteilt

An der Trennwand 56 kann ein nicht gezeigter Dichtungsring befestigt sein, der den Ringspalt zwischen dem Außenumfang des Zuführungsrohrs 42 und der Trennwand 56 schließt

Durch eine gestrichelte Linie a ist der durch die Austrittsöffnungen 20 bestimmte, höchste Füllstand in dem is zylindrischen Teil 28 der Trommel 16 angegeben. Der äußerste Teil der jede öffnung 20 begrenzenden Fläche bildet einen Überlauf, über den die leichte Phase aus der Trommel 16 austritt

Gemäß F i g. 1 sind die wendelförmigen Stege 52 an der Außenfläche einer kegelstumpfförmigen Prallwand 62 angeschweißt Die Prallwand 62 ist in derselben Richtung verjüngt wie der verjüngte Endteil 30 der Trommel 16. Das kleinere Ende 64 der Prallwaüi 62 ist starr an der Nabe 46 befestigt Die wendelförmigän Stege 52 sind mit der Außenfläche des breiteren Endes der Prallwand 62 und der Nabe 46 verbunden. Dies ist besonders deutlich in F i g. 3 gezeigt

In der F i g. 2 ist eine Prallwand 66 gezeigt, die ringförmig ausgebildet ist

Die in der Trommel 16 angeordnete Prallwand 62 teilt die langgestreckte Kammer zwischen der Außenwandung der Nabe 46 und der Innenwandung der Trommel 16 in zwei einander axial benachbarte Zonen, und zwar eine erste Zone, die Trennzone 68 und eine zweite Zone, die Ausbringzone 70. Die zweite Zone 70 ist radial auswärts von der Prallwand 62 im inneren Teil der Trommel 16 angeordnet und von deren verjüngten Teil 30 umgeben. Die zweite Zone 70 erstreckt sich axial von einem Umfangsrand 72 der Prallwand 62 zu der Stirnwand 26. Die zweite Zone 70 endet an den. mit ihr in Verbindung stehenden Austrittsöffnungen 24 für die schwere Phase. Die Trennzone 68 liegt auswärts von der Nabo 46 und erstreckt sich von dort auswärts auf der einen Seite des Umfangsrandes 72 bis zu der Innenfläehe der Prallwand 62 und auf der anderen Seite des Umfangsrandes bis zu der Innenwandung der Trommel 16. In der axialen Richtung erstreckt sich die Treisnzone 68 von der Prallwand 62 zu der Stirnwand 22. Die erste oder Trennzone 68 ist von dem zylindrischen Teil 28 der so Trommel 16 umgeben und endet in den Austrittsöffnungen 20 für die leichte Phase.

Das Aufgabegut wird bei seinem Eintritt in die Trennzone 68 in der schnell rotierenden Trommel starken Fliehkräften von gewöhnlich 2000—4000 g ausgesetzt Dadurch wird das aus der leichten und der schweren Phase bestehende Gut in der Trennzone 68 in eine innere ringförmige Schicht aus der leichten Phiise und eine äußere ringförmige Schicht aus der schweren Phase getrennt Die ringförmige Grenzfläche zwischen den beiden Schichten in der Zone 68 ist durch eine gestrichelte Linie e angedeutet. Auswärts von der Linie e liegt die Schicht der schweren Phase und einwärts von der Linie e die Schicht der leichten Phase. Die Innenfläche der Schicht aus der leichten Phase fluchtet annähernd mit der äußersten Überlauffläche des Randes jeder öffnung 20.

Zum Verlegen def Linie, e kann man die Lag; der öffnungen 20 verändern. Zu diesem Zweck verwendet

man eine Stirnwand 22, in der die öffnungen 20 in der gewünschten Anordnung vorgesehen sind. Bei der Wahl dieser Anordnung berücksichtigt man die spezifischen Gewichte der zu trennenden Stoffe, ihre Anteile in dem Rohgut, dessen pro Zeiteinheit zugeführte Menge und verschiedene andere Faktoren.

Die Lage des Umfangsrandes 72 der Prallwand 62 relativ zu der Innenwandung der Trommel 16 und der Linie e muß sorgfältig gewählt werden.

Erstens muß sich die Prallwand 62 über die innere Schicht aus der leichten Phase, d. h. die Linie e, hinaus auswärts erstrecken, damit sie das Fließen der leichten Phase aus der Trennzone 68 in die Ausbringzone 70 verhindert. Der Umfangsrand 72 ist beträchtlich auswärts von der Linie e angeordnet, damit gewährleistet ist, daß die aus der ersten Zone 68 in die /weite Zone 70 fließende schwere Phase nicht etwas leichte Phase mitnimmt. Man erkennt auch, daß die Prallwand 62 nicht durchbrochen sein darf, um ein Fließen der leichten Phase aus der Trennzone 68 in die Ausbringzone 70 zu verhindern.

Zweitens ist der Umfangsrand 72 im Abstand einwärts von der Innenwandung der Trommel 16 angeordnet, so daß dort ein verengter Ringspalt 74 vorhanden ist, durch den der aus der schweren Phase bestehende Unterlauf aus der ersten Zone 68 in die zweite Zone 70 treten kann. Der Abstand zwischen dem Umfangsrand 72 und der Trommel 16 bestimmt den Strömungsquerschnitt des Ringspalts 74 und soll so groß sein, daß eine zu starke Ansammlung von schwerer Phase in der Trennzone 68 verhindert wird bzw. mindestens so groß, daß die in dem Rohgut enthaltene schwere Phase in der Menge hindurchtreten kann, in der die schwere Phase in der Trennzone abgetrennt wird. Der Umfangsrand 72 muß von der Achse radial mindestens ebenso weit entfernt sein wie die Überlauffläche der Austrittsöffnung 24 für die schwere Phase.

Die in der Trennzone 68 auf die leichte und schwere Phase ausgeübte Fliehkraft erzeugt einen Druck, der auf die in der Ausbringzone 70 enthaltene schwere Phase übertragen wird und zusammen mit dem von der Förderschnecke 32 ausgeübten Druck die entgegengesetzt gerichtete Wirkung der Riehkraft auf die schwere Phase in der Zone 70 überwindet. Der Füllstand der schweren Phase in der Zone 70 ist durch die gestrichelte Linie χ angegeben, die sich etwas einwärts von den Überlaufflächen der Austrittsöffnungen 24 befindet, durch die daher die schwere Phase ausgebracht wird.

Da die leichte Phase ein niedrigeres spezifisches Gewicht hat als die schwere Phase, muß die Schicht aus der leichten Phase zum Erzeugen eines gegebenen Fliehkraftdruckes dicker sein als die Schicht aus der schweren Phase. Daher hat die Linie χ einen größeren Radialabstand von der Drehachse als die Linie a. Die durch die Prallwand 62 ermöglichte große Tiefe des in der Trennzone 68 gebildeten Gutkörpers hat den Vorteil, daß die Trennzone ein größeres Rohgutvolumen aufnehmen kann, so daß eine größere Durchsatzleistung erzielbar ist.

Die Prallwand 62 ist zwischen den Austrittsöffnungen 24 für die schwere Phase und dem Weg angeordnet, auf dem das Rohgut in die Trennzone 68 eintritt. Dadurch wird das Rohgut von der Ausbringzone 70 ferngehalten. Bei Verwendung einer kegeligen Prallwand 62 sind die Zuführungskanäle 54 radial einwärts von der Prallwand 62 angeordnet, so daß sie das Rohgut zwischen den Enden der Prallwand 62 gegen deren Innenfläche richten. Das Rohgut wandert längs der Innenfläche 62 aus wärts und axial und wird in der Trennzone 68 den bereits getrennten Phasen zugeführt und dort ebenfalls der Trennung unterworfen. Durch diese Anordnung wird beim Einleiten des Rohgutes ein Spritzen, das zu einer Turbulenz und zu einem Wiedervermischen von bereits getrennten Stoffen mit annähernd gleichen spezifischen Gewichten führen könnte, vermieden.

Die Prallwand 62 ist auf ihrer Innenfläche mit einem Kranz von in Abständen voneinander angeordneten Be schleunigungsflügeln 76 versehen. Diese Flügel 76 ha ben die Aufgabe, das eintretende Rohgut zu beschleunigen, so daß sich seine Winkelgeschwindigkeit der der in der Zone 68 bereits getrennten Schichten nähert. Auch dadurch wird die Turbulenz in der Trennzone vermin-

is dert und so die Trennung begünstigt.

F i g. 3 zeigt die Förderschnecke 32 und die kegelige Prallwand 62. Man erkennt, daß die Prallwand 62 im Bereich ihres Umfangsrandes 72 einen zylindrischen Teil 78 besitzt, der das breitere Ende der Prallwand 62

zö zusätzlich abstützt Bei dieser Anordnung ist dieser Umfangsteil 78 mit den wendeiförmigen Stegen 50 verschweißt, wodurch die Festigkeit der aus der Förderschnecke 32 und der Prallwand 62 bestehenden Anordnung verbessert wird.

Gemäß Fig.4 hat der Umfangsteil 78 einen in der Axialrichtung zeigenden Rand 80, der dem nachlaufenden Rand des zugeordneten wendeiförmigen Steges 50 folgt, wobei sich jedoch nach einer vollständigen Windung dieses Steges ein kurzes Längsstück des Randes 80 axial erstreckt. Diese Maßnahme bewirkt, daß das die Innenfläche der Prallwand 62 verlassende Rohgut dem in der Trennzone 68 befindlichen Gut auf der nachlaufenden Seite des nächstliegenden Steges 50 zugeführt wird, d. h- auf jener Seite, auf der am wenigsten schwere Phase vorhanden ist. Da die Stege 50 und 52 mit ihrer vorlaufenden Seite die schwere Phase zu dem verjüngten Ende 30 der Trommel 16 hin vorschieben, sammelt sich auf der vorlaufenden Seite schwere Phase an, während auf der nachlaufenden Seite nur wenig schwere Phase vorhanden ist. Durch die Einführung des Rohgutes in die Trennzone 68 an einer Stelle, an der nur wenig schwere Phase vorhanden ist, wird die Gefahr eines Aufwirbeins von abgesetzter schwerer Phase herabgesetzt und dadurch die Klärung der leichten Phase ver- bessert.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung besitzt eine Prallwand 66 in Form einer ebenen Ringscheibe, die von der Nabe 46 getragen wird und mit ihr konzentrisch ist.

so In F i g. 2 sind Teile, die Teilen der F i g. 1 entsprechen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Ähnlich wie die Prallwand 62 begrenzt auch ,Se Prallwand 66 einen Ringspalt für den Durchtritt der den Unterlauf bildenden schweren Phase. Daher gelten für die Wahl des Radialabstandes zwischen dem Umfangsrand 72 und der Trommel 16 und für die Herstellung des Druckglcichgewichts zwischen den in der Trennzone 68 befindlichen Phasen einerseits und der in der Ausbringzone 70 befindlichen schweren Phase andererseits die- selben Gesichtspunkte.

Die Zuführungskanäle 54 in der Nabe 46 sind der der Trennzone 68 benachbarten Seite der Prallwand 66 unmittelbar benachbart.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge zum Trennen eines Aufgabegutes, dessen Komponenten annähernd gleiches spezifisches Gewicht aufweisen, in eine schwerere und eine leichtere Phase, wobei die abgetrennte schwerere Phase eine schlammigschlüpfrige Konsistenz hat, insbesondere von Abwässern, mit einer langgestreckten Trommel, die an einer Seite ein konusförmig verjüngtes Endteil mit einer Austrittsöffnung für die schwerere Phase aufweist, mit einer Öffnung zum Austritt der leichteren Phase am anderen Ende der Trommel, mit einer in der Trommel koaxial zur Trommelachse angeordneten mit Differenzdrehzahl umlaufenden Förderschnecke, die die schwerere Phase längs der Innenwand der Trommel zu deren Austrittsöffnung hin fördert, mit einem axialen Zuführungsrohr für das zu trennende Aufgabegut, und mit einer auf dem Schneckenkern befestigten, zwischen der Eitileitungsstelle Ei; das zu trennende Gut in der Trommel und der Austrittscffp.ung für die schwerere Phase angeordneten Prallwand, die mit der Innenwand der Trommel einen ringförmigen Durchtrittsquerschnitt begrenzt und mindestens die durch die leichtere Phase gebildete Schicht durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (24) der abgetrennten schwereren Phase einen größeren radialen Abstand von der Trommelachse aufweist als die Öffnung (20) zum Austritt der leichteren Phase, so daß auf die schwerere Phase ein hydrostatischer Druck ausgeübt wird, und daß die Prallwand (62,6S) in die eine schlammig-schlüpfrige Konsistenz aufweisende schwerere Phase-eintaucht.

2. Vollmantel-Schnecfce/izentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand aus einer ringförmigen Scheibe (66) besteht, die auf der Nabe (46) der Förderschnecke (32) befestigt ist.

3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (66) senkrecht zu der Längsachse der Trommel (16) angeordnet ist.

4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Nabe (46) der Förderschnecke (32) befestigte und diese Nabe (46) umgebende Prallwand (62) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kegelstumpfförmige Prallwand (62) in Richtung auf das verjüngte Endteil (30) der Trommel (16) verjüngt und auf ihrer Außenseite mit einem wendeiförmigen Schneckensteg (52) versehen ist.

6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Prallwand (62) an ihrem Ende mit dem größeren Durchmesser mit einem zylindrischen Teil (78) versehen ist.