DE69122665T2

DE69122665T2 - Trennungssysteme

Info

Publication number: DE69122665T2
Application number: DE69122665T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Luther Grimwood
Original assignee: Thomas Broadbent and Sons Ltd
Current assignee: Thomas Broadbent and Sons Ltd
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2011-06-15
Also published as: EP0461918A1; DE69122665D1; EP0461918B1; GB9013371D0; JPH0699101A; US5182020A

Description

DRUCKEXEMPLAR

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Trennung von festen Teilchen aus Schlamm, sowie zur Trennung zweier Flüssigkeiten mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht plus Feststoffen, und zwar bezieht sie sich insbesondere auf solche Trennsysteme, ohne auf diese begrenzt zu sein, die von einer Dekantierzentrifuge der mit Voll- oder Siebmantel ausgestatteten Art Gebrauch machen (im folgenden als "Dekantierer" bezeichnet).
Systeme zur Trennung von festen Teilchen aus Flüssigkeiten, sowie zur Trennung zweier Flüssigkeiten mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht plus Feststoffen, die von Dekantierern Gebrauch machen, waren nur für Festkörperchen und Flüssigkeitströpfchen von trennungsfähiger Mindestgröße geeignet. Obgleich diese Mindestgröße entsprechend dem unterschiedlichen spezifischen Gewicht der Flüssigkeiten und Feststoffe, den Abmessungen und der Geschwindigkeit des Dekantierers und der volumetrischen Durchsatzleistung schwankt, entspricht diese Mindestgröße in der industriellen Praxis einem im Bereich von 2 bis 20 Mikron liegenden Durchmesser.
Aus Deutlichkeitsgründen wird in der folgenden Beschreibung nur auf die Feststoff-Flüssigkeitstrennung Bezug genommen, obgleich sie sich ebenso auf die Flüssig-Flüssig-Trennung bezieht, wobei sich Feststellungen über Feststoffe gegebenenfalls auf flüssige Tröpfchen beziehen, insofern die Trennung in der Klärzone in Betracht kommt.
Es wird zuerst auf Abb. 7 verwiesen, wo der dort abgebildete herkömmliche Siebmanteldekantierer einen Kessel 10 mit einem zylindrischen Teil 10a, einem spitz zulaufenden, konischen Teil 10b und einem engeren, perforierten Trockenteil 10c aufweist. Der Kessel ist um seine Längsachse X drehbar gelagert, und Transportschnecke 12 ist koaxial zum Kessel angeordnet, wobei die Schaufelspitzen von Transportschnecke 12 in Betrieb an der Innenwand von Kessel 10 liegen. Dem Kessel wird durch Zuleitungsrohr 14 der Feststoff-/Flüssigschlamm zur Trennung zugeführt. Der Kessel wird in Betrieb schnell rotiert, wobei sich der Schlamm aus Feststoffen und Flüssigkeit an der Kesselwand als eine Schicht mit Dicke d absetzt. Die Flüssigkeitstiefe wird durch Austrittsöffnungen 16 für die leichtere Phase in einer Endfläche von Kessel 10 beschränkt. Die Feststoffe werden von der Flüssigkeit des Schlamms getrennt und durch Zentrifugalkraft automatisch auf die Kesselwand geworfen. Die Anordnung der Transportschnecke ist derart, daß sie mit einer Geschwindigkeit rotiert, die sich von der des Kessels etwas unterscheidet, damit Feststoffe auf der Innenwand des Kessels von Teil 10a des Kessels abgeräumt und hinunter zum Austritteil 10c und anschließend zur Feststoff-Austrittsöffnung 17 befördert werden.
Der herkömmliche Siebmanteldekantierer ist im wesentlichen in vier Zonen unterteilt, nämlich eine Zuleitungszone A, eine anfängliche (konische) Trockenzone B, eine endgültige Trockenzone (Siebzone) C und eine (zylindrische) Klärzone D. Ein herkömmlicher Vollmanteldekantierer ist im wesentlichen in drei Zonen A, B und D unterteilt und hat keine endgültige Trockenzone C, während die getrennten Feststoffe durch Austrittsöffnungen an dem Ende der konischen Zone B ausgetragen werden, das den kleinen Durchmesser hat.
Durch Beschleunigung des durch das Zuleitungsrohr fließenden Feststoff-/Flüssigschlamms in Zuleitungszone A setzt sich der Hauptteil der großen Feststoffe (die schwerere Phase) schnell an der Kesselwand ab, um durch den differentiell rotierenden Förderer 12 abgetragen und zu den anfänglichen und endgültigen Trockenzonen B (sowie gegebenenfalls C) befördert und dann an einem Austrittsende 17 ausgetragen zu werden. Die in der Zuleitungszone in der Flüssigkeit noch suspendierten feinen Feststoffe fließen entlang der Schneckenwindung zwischen den Förderschaufeln durch Klärzone D zu Öffnungen 16 für die leichtere Phase. Die feinen Feststoffe nähern sich Austrittsöffnung 16 für die leichtere Phase entlang dieser Schneckenwindung mit der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit und treten mit einer Radialgeschwindigkeit aus, die von der durch die Rotation des Dekantierers erzeugten Zentrifugalkraft, der Viskosität der Flüssigkeit, der Größe der festen Teilchen und den von etwa nahen Teilchen ausgehenden Nebenwirkungen abhängig ist. Wenn die Feststoffe von der Flüssigkeit infolge der gegebenen Strömungsgeschwindigkeit zur Austrittsöffnung 16 getragen werden, ehe sie von der Radialgeschwindigkeit gegen Kessel 10 getragen werden, dann werden sie nicht getrennt, sondern mit der leichteren Phase durch Öffnung 16 ausgetragen worden sein. Unter gewissen Voraussetzungen gehen Feststoffe, die eine gewisse, als Kornscheide bezeichnete Größe unterschreiten, auf diese Art und weise verloren und verkörpern damit eine Trennungsunzulänglichkeit.
Abbildung 8 zeigt die Spiralbahn der Flüssigkeit in der Klärzone des Dekantierers im "abgewickelten" Zustand, dargestellt als langer Tank mit Länge L (die Länge der Spiralbahn zwischen Förderschaufeln 12), Weite W (die Steigung von Transportschnecke 12) und Flüssigkeitstiefe d, deren Inhalt unter der Einwirkung einer durch Rotation von Kessel 10 erzeugten Zentrifugalkraft steht. Trajektone P deutet die Bahn eines kennzeichnenden, in der leichteren Phase schwebenden Feststoffs, der an der Kesselwand abgelagert und deshalb rückgewonnen wird, an, während Trajektorie Q die kennzeichnende Bahn eines kleineren, in der leichteren Phase schwebenden Feststoffs anzeigt, der nicht an der Kesselwand abgesetzt wird, sondern stattdessen verloren geht und mit der Flüssigkeit durch Austrittsöffnung 16 für die leichtere Phase fließt. Damit Feststoffe also auf der Kesselwand eines herkömmlichen Dekantierers abgelagert werden können, muß das durchschnittliche Feststoffkörperchen eine Strecke von 50 % der Radialtiefe d des Schlamms radial nach außen zurücklegen, ehe es die Spiraldistanz L der Klärzone zurücklegt, wonach es durch Förderschnecke 12 abgeräumt und mit den Feststoffen ausgetragen wird.
Es ist ein Zweck der Erfindung, die Trennung zu verbessern, indem in der Klärzone mehr feine Feststoffe entfernt werden, um so die Trennungseffizienz zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Zentrifuge weist einen um eine Längsdrehachse drehbaren Kessel, einen in den Kessel führende Zuleitung für eine zu trennende Mischung, eine so adaptierte Transportschnecke, damit sie zu einer anderen Geschwindigkeit als der des Kessels um die Drehachse des Kessel rotieren kann, um Teilchen zu einer Austrittsöffnung des Kessels abzuräumen, und eine Mehrzahl von Wandmitteln auf, die sich in Betrieb in die zu trennende Mischung erstrecken und deren Ebenen im wesentlichen parallel zur Drehachse des Kessel angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von planaren Wandmitteln verschiedener Länge, die eine Mehrzahl von Passagen verschiedener Länge bilden, durch welche die in der zu trennenden Mischung befindlichen Teilchen sich fortbewegen können, wobei die Wandmittel so angeordnet sind, damit die zu trennende Mischung in Längsrichtung des Kessel in eine Serie progressiv engerer Zwischenräume hineinfließt.
Durch Anordnung mehrerer Passagen für den Durchlauf der zu klärenden leichteren Phase stehen die von der leichteren Phase zu trennenden Teilchen (d.h. Feststoffe) für eine kurze Entfernung unter Zentrifugalkraft, ehe sie zur Grenzschicht an den Wänden der Passagen gelangen. Sobald sie sich in der Grenzschicht befinden, übt die Strömung der leichteren Phase keine weitere Wirkung auf sie aus, womit sie von der Flüssigkeit effektiv getrennt sind. Die Feststoffe in der Grenzschicht werden dann durch die Zentrifugalkraft direkt auf die Kesselwand verdrängt und daraufhin zum Austrittsende abgeräumt. Auf diese Weise werden von den feineren Teilchen in der leichteren Phase viel mehr getrennt, als mit der leichteren Phase aus dem Dekantierer abgeführt werden.
Die Passagen sind vorzugsweise in einer generell zylindrischen Klärzone des Dekantierers angeordnet.
Die Transportschnecke ist vorzugsweise bandförmig mit Halterungen, z.B. an einer Nabe entlang der Längsache befestigte Schaufeln, wobei sich die Passagen von der Nabe zur Dekantierkesselwand erstrecken.
Bei einer bevorzugen Ausführungsart werden die Passagen durch eine Mehrzahl Platten gebildet, die jeweils mit Zwischenraum angeordnet sind. Die Platten können mit der Transportschnecke rotieren und an dieser entweder fest oder abnehmbar angebracht sein. Die Platten können auf einer Halterung montiert sein, die an einer Nabe des Förderers montiert werden kann. Es kann eine Mehrzahl von Plattengruppen vorgesehen werden, wobei jede auf einer eigenen Halterung montiert ist, die an der Förderernabe abnehmbar befestigt werden kann.
Die Transportschnecke kann entweder vollständig oder teilweise, wie z.B. in einer Klärzone des Dekantierers, die Gestalt eines Wendelbandförderers aufweisen. Der Bandförderer kann von einer Mehrzahl an Bandfördererstützen getragen werden, die an der Förderernabe angebracht sind. Eine Plattengruppe kann in der Lücke zwischen jeweils nebeneinanderliegenden Bandfördererstützen befestigt werden, die auch selbst die Gestalt von Plattengliedern haben können.
Die ebenen Plattenflächen, die die Passagen und/oder die Bandförderer-Stützplatten bilden, können parallel zur Längsdrehachse des Dekantierers ausgerichtet werden und in radialer Richtung des Förderers geneigt sein.
Im letzteren Fall entstehen Passagen verschiedener Weite, die das Absetzen größerer Teilchen in den weiteren Passagen ermöglichen, so daß es weniger wahrscheinlich ist, daß diese die engeren Passagen blockieren, weil sich dort eher die kleineren Teilchen absetzen werden.
Der Dekantierer wird vorzugsweise mit einer Öffnung oder mehreren Öffnungen in einer Endwand des Kessels versehen, um die Tiefe der leichteren Phase im Kessel zu begrenzen. Diese Öffnung/en kann/können jeweils mit einer Abdeckung versehen werden, die entfernt werden kann, um in das Kesselinnere zu gelangen.
Es sollen jetzt spezifische Ausführungsarten rein beispielsweise unter Bezugnahme auffolgende Zeichnungen in der Anlage beschrieben werden:
Abb. 1 ist ein Längsquerschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Dekantierers, der angesichts seiner gleichlangen Platten nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 2a ist ein Querschnitt in Richtung von Pfeilen II in Abb. 1;
Abb. 2b entspricht einem Teil von Abb. 2a in Vergrößerung;
Abb. 3a ist eine perspektivische Ansicht eines Satzes der passagenbildenden Platten, die Teil des Dekantierers von Abb. 1 sind;
Abb. 3b ist ein Diagramm der Geschwindigkeit der Flüssigkeit zwischen benachbarten Platten in Abb. 3;
Abb. 4 ist eine Seitenansicht verschiedener Schaufeln, die entsprechend einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung als Alternative zu den Schaufeln von Abb. 3 verwendet werden können;
Abb. 5 ist eine schematische Darstellung der Positionierung der Schaufeln von Abb. 3;
Abb. 6 ist ein Querschnitt durch eine alternative Ausführungsart des Dekantierers entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Abb. 7 ist ein Längsquerschnitt durch einen herkömmlichen Dekantierer; und
Abb. 8 ist eine schematische Darstellung der Strömungsbahn von Teilchen im Dekantierer von Abb. 7.
Es wird zuerst auf Abb. 1 Bezug genommen, wo der Dekantierer einen Kessel 10 aufweist, der so ausgelegt ist, daß er um eine zentrale Längsachse Y rotiert und durch Zuleitungsrohr 14 mit Schlamm beschickt wird. Der Schlamm wird durch die Rotation von Kessel 10 um Achse Y in radiale Bewegung nach außen gegen die Innenwand des Kessels gesetzt, wobei Schlammtiefe d wie bei dem vorhergehenden Stand der Technik durch Austrittsöffnung 16 für die leichtere Phase begrenzt wird. Eine Transportschnecke 12' ist koaxial zum Kessel drehbar so montiert, daß mit ihrer Innenfläche ein kleiner Spielraum für den Betrieb vorhanden ist. Die Transportschnecke 12' ist so angeordnet, daß sie zu einer etwas anderen Geschwindigkeit als der des Kessels rotiert, damit die an der Kesselwand abgesetzten Feststoffe zum Austrittsende des Kessel abgeräumt werden können.
Die Transportschnecke ist im Bereich der anfänglichen Trocken- und Zuleitungszonen, d.h. in Zonen A, B und C, herkömmlich gehalten. In der Klärzone wird der Förderer von seiner vollen Tiefe jedoch zu einem dünnen Bandförderer 20 reduziert, der an der Förderernabe durch eine Anzahl abstandsgleicher, an Förderernabe 21 angebrachter Platten 22 befestigt ist, deren Flächen parallel zur Drehachse Y angeordnet sind, ohne aber durch Achse Y zu laufen, wie es am besten in Abb. 2 zu erkennen ist. Es ist zu beachten, daß die abgewinkelten Platten 23 teils in die Flüssigkeit tauchen, so daß die leichtere Phase in einer axialen Richtung mit viel niedrigerer Geschwindigkeit zu den Austrittsöffnungen 16 fließt und praktisch keine Spiralströmung in der Flüssigkeit auftritt. Die Abstände von -einer jeden abgewinkelten Platte 22 zur nächsten sind mit beweglichen Plattensätzen 24 gefüllt (Abb. 3), die jeweils aus einer Mehrzahl dünner, auf einer bogenförmigen Basis 26 montierten Platten 23 bestehen, wobei die Basiskrümmung mit der Außenseite von Förderernabe 21 zusammentrifft. Die ebenen Plattenflächen sind in die Radialrichtung geneigt, wie es Abb. 2 am besten entnommen werden kann, wobei sie so disponiert sind, daß ihre Flächen parallel zur Drehachse liegen. Die engen Lücken zwischen den Platten werden durch Distanzierstäbe 28 aufrechterhalten.
Jeder Plattensatz wird in einen Raum zwischen zwei nebeneinanderliegenden abgewinkelten Platten 22 gefügt, die den Bandförderer tragen. Ein Ende der bogenförmigen Platte 26 befindet sich unter dem Vorsprung eines abgewinkelten Rings 29 auf der Förderernabe, und das andere Ende der bogenförmigen Platte eines jeden der Plattensätze wird durch ein Segment eines weiteren segmentierten, abgewinkelten Rings 30 festgehalten, der mit der Förderernabe verbolzt werden kann. Plattensätze 13 können durch Entfernung der Segmente von Ring 30 nach Bedarf entfernt und ersetzt werden.
In Gebrauch wird Kessel 10 wie in einem herkömmlichen Dekantierer rotiert, und es kann Abb. 3a entnommen werden, daß die laminare Strömung durch den engen Abstand der Platten erzielt wird, wobei die Fluchtgeschwindigkeit zwischen den Platten 23 verteilt wird, die axiale Geschwindigkeit von Null in der Grenzschicht zwischen den Platten und der Flüssigkeit bis auf einen Maximalwert am Mittelpunkt zwischen den zwei nebeneinanderliegenden Platten variiert und die Höchstgeschwindigkeit wesentlich niedriger ist als die Geschwindigkeit entlang der Spiralbahn bei Konstruktionen entsprechend einem vorhergehenden Stand der Technik. Die radiale Geschwindigkeit eines jeden Teilchens im Schlamm bleibt infolge der durch die Kesselrotation erzeugten Zentrifugalkraft unverändert, und während das durchschnittliche Teilchen bei dem vorherstehenden Stand der Technik eine Strecke von 50 % von Tiefe d der Flüssigschicht radial nach außen zurücklegen mußte, ehe es auf der Kesselwand abgelagert wurde, muß das durchschnittliche Feststoffteilchen bei der vorliegenden Erfindung nur eine kurze Entfernung x (Abb. 2) zu einer der dünnen Platten 23 zurücklegen, wo das Teilchen dann zu der Grenzschicht gehört und nicht länger von der axialen Strömungsgeschwindigkeit der leichteren Phase betroffen wird. Die an der Grenzschicht an den Platten abgelagerten Teilchen werden dann durch die Zentrifugalkraft zu der Kesselwand genommen, ohne weiterhin durch die Strömung der leichteren Phase verdrängt zu werden, woraufhin sie durch Bandförderer 20 und die herkömmliche Transportschnecke 12' aufgesammelt und abgetragen und zum Austrittsende befördert werden. Feine Teilchen (d.h. Feststoffe), die sonst mit der Flüssigzentratentleerung verloren gehen könnten, werden auf diese Weise zur Kesselwand gebracht, da die Teilchen infolge der Zentrifugalkraft nach viel kürzerer Strecke auf die Grenzschichten der Platten auftreffen, als bei Teilchen im Falle der Kesselwandung herkömmlicher Dekantierer der Fall ist.
Eine weitere Verbesserung der Trennung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann sich aus der Verwendung von verschieden langen Metallplatten ergeben, wie es in Abbildungen 4 und 5 schematisch dargestellt ist. Abb. 4 zeigt drei Platten 24a, b und c mit Längen La, Lb und Lc von der Seite, und sie können entsprechend Abb. 5a (eine schematisch dargestellte Anordnung von Platten 24) in der Reihenfolge a, b, c, b, a usw. angeordnet werden. Hierdurch werden, wie abgebildet, drei verschieden breite Räume erzeugt. Trennung a der Platten ist in Raum 1 am weitesten und ist das Absetzvolumen für die größten Teilchen in der Flüssigkeit. Raum 2 hat eine engere Plattentrennung b und ist das Absetzvolumen für mittelgroße Teilchen. Der gesamte Raum 3 mit der kleinsten Trennung c ist das Absetzvolumen für die feinsten Teilchen.
Eine alternative Anordnung wird in Abb. 5b gezeigt, wo jeder Plattensatz nur anhand von Platten mit Längen La und Lb gebildet ist und daher nur zwei Absetzvolumima bietet.
Die Verwendung dünner Platten verschiedener Länge mit einer derartigen Anordnung in Sätzen, damit die Flüssigkeit nacheinander in eine Serie engerer Lücken fließt, hat den Vorteil, daß die größeren Teilchen in den früheren Stadien der Strömung der leichteren Phase durch die Klärzone getrennt werden können, ohne die folgenden, engeren Lücken zur Trennung der feinsten Teilchen zu verstopfen. Weiterhin könnten die Sätze von dünnen Plattenmontagen mit anderen Sätzen in anderen Plattenabständen und -längen entsprechend der Korngrößenverteilung der in der Klärzone zu teilenden Teilchen ausgetauscht werden.
In Abb. 6 wird eine alternative Dekantieranordnung gezeigt, die einen solchen Austausch ermöglicht. Sie ist dem Dekantierer in Abb. 1 praktisch identisch, weist aber Platte 32 in Gestalt eines Kreisringsegments auf, um ein großes segmentförmiges Loch 34 in der Endwand von Kessel 10 abzudecken. Jeder Satz dünner Platten kann durch Fördererrotation mit Hinsicht auf den Kessel dann jeweils der Reihe nach gegenüber die Segmentöffnung gefahren, der Klemmbogen entfernt und der Satz dünner Platten durch das Segmentloch entnommen werden, um einen neuen Satz einzubauen. Das Segmentloch wird durch Deckplatte 34 abgedichtet, damit die Flüssigkeit nicht aus dem Kessel entweichen kann, wobei diese Platte, wie vorstehend erwähnt, mit Austrittsöffnung 16 für die Flüssigkeit versehen werden kann.

Claims

1. Eine Zentrifuge mit Kessel (10), der um eine Längsdrehachse (Y) rotieren kann, einer Zuleitung (14), um dem Kessel eine zu trennende Mischung zuzuführen, einer Transportschnecke (12), die zur Umdrehung um die Drehachse von Kessel (10) mit einer anderen Geschwindigkeit als der des Kessel fähig ist, um Teilchen zu einem Austrittsende des Kessel abzuräumen, sowie mit einer Mehrzahl von planaren Wandmitteln (23) verschiedener Länge, die in Gebrauch in die zu trennende Mischung hineinragen, deren Flächen im wesentlichen parallel zur Drehachse des Kessel liegen und die eine Mehrzahl verschieden langer Passagen bilden, zwischen welchen die in der zu trennenden Mischung befindlichen Teilchen durchlaufen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmittel so angeordnet sind, damit die zu trennende Mischung entlang der Längsrichtung des Kessels in eine Serie von immer enger werdenden Lücken fließt.

2. Eine Zentrifuge entsprechend Anspruch 1, deren Wandmittel (23) und die dazwischen gebildeten Passagen sich in einer Richtung erstrecken, die der Drehachse (y) des Kessels wesentlich oder generell parallel ist.

3. Eine Zentrifuge entsprechend Anspruch 2, deren ebene Wandflächen die Drehachse (Y) des Kessels nicht überschneiden.

4. Eine Zentrifuge entsprechend jedwedem der vorstehenden Ansprüche, deren Wandmittel (23) eine Mehrzahl von Platten aufweisen.

5. Eine Zentrifuge entsprechend Anspruch 4, die eine Mehrzahl von Platten (24a, 24b, 24c) verschiedener Länge (La, Lb, Lc) aufweist.

6. Eine Zentrifuge entsprechend Anspruch 5, deren nebeneinanderliegende Platten (24) von verschiedener Länge sind.

7. Eine Zentrifuge entsprechend jedwedem der Ansprüche 4 bis 6, die eine Mehrzahl von Plattengruppen (24) aufweist.

Drawings:

Abb. 1

Abb. 2a

Abb. 2b Rotationsbedingte Kraft

Abb. 3a

Abb. 3b maximum velocity = Höchstgeschwindigkeit zero velocity in boundary layer = Geschwindigkeit gleich null in Grenzschicht

Abb. 4

Abb. 5 space = Raum

Abb. 6

Abb. 7

Abb. 8