EP3040192A1 - Walzenpresse - Google Patents

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EP3040192A1
EP3040192A1 EP15194493.1A EP15194493A EP3040192A1 EP 3040192 A1 EP3040192 A1 EP 3040192A1 EP 15194493 A EP15194493 A EP 15194493A EP 3040192 A1 EP3040192 A1 EP 3040192A1
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press
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roll
axis
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Johann GÖTZ
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Getproject & Co KG GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/20—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using rotary pressing members, other than worms or screws, e.g. rollers, rings, discs
    • B30B9/207—Roller-and-ring presses

Definitions

  • the invention relates to a roller press with a rotatably mounted outer drum, an eccentrically arranged in the outer drum, rotatably mounted press roll, the one of the drum and press roller formed press nip feeding material feeding device and a pulp discharge device, wherein the axis of the press roller in the lower part of the Drum is arranged in a respect to the axis of rotation of the drum from the vertical in the direction of the trigger device deviating sector.
  • Such a configured roller press is already out of the DE 32 18 634 A1 out.
  • Other devices for squeezing liquid from a solid are from the 7 25 031 A , of the DE 34 17 966 A1 and the AT 20 00 03 B known.
  • the aim is to substantially reduce the content of the mineral plant constituents in the pressed material.
  • belt filter presses are suitable for the separation of surface water, but not for the separation of water from the cell structure of biomass, as with a band filter press the necessary pressures can not be achieved.
  • screw presses are suitable, either with a conical screw in a conical screen casing or a cylindrical screw with a conical core and / or decreasing pitch in a cylindrical screen casing.
  • a conical screw in a conical screen casing or a cylindrical screw with a conical core and / or decreasing pitch in a cylindrical screen casing.
  • screw presses also have the disadvantage that they lead to relatively large layer thicknesses in the biomass, regardless of the design. With increasing thickness of the layer and increasing compaction of the biomass in the screw namely the flow of water is hindered.
  • the compacted in the screw biomass acts as a filter for undissolved plant ingredients such. As starch, and prevents transfer of these important for the energetic utilization of the press juice substances in the press juice.
  • roller presses with internal and / or external pressure rollers, with smooth and perforated roller surfaces are also known.
  • An advantage of roller presses is the fact that the high compression pressures necessary for breaking up the cell structure of the hemicellular biomass can be produced.
  • the usual perforated roll surfaces of perforated plates or gap sieves are not suitable.
  • rollers with larger wall thicknesses are required, the perforation of which can only be produced by drilling, which is a very complicated and costly procedure for the hole diameters of 2 to 3 mm required for hemi-biomass.
  • Roller presses generally have a narrow press nip, resulting in a good removal of the press juice due to the small layer thicknesses of the solid in conjunction with the perforation of the rollers.
  • the fibers form a coating on the roll surfaces which closes the holes or gaps with increasing pressure. Since there are no relative movements between the biomass and the perforated surfaces as in the screw press, eliminates the self-cleaning effect. As a result, the beneficial effect of the perforation of the roll surfaces is severely limited, if not completely eliminated.
  • the degree of dewatering achieved by roll pressing is very much dependent on the uniform distribution of the material across the roll width.
  • a one-sided feed for example, leads to the fact that on the other hand, the desired pressing pressures are not achieved.
  • halm-like biomass is an extremely poorly flowing bulk material. To achieve a high degree of dewatering, therefore, a suitable dosing system is required.
  • the object of the invention is therefore to provide a roller press, can be dehydrated with the biomass in a single step under cell disruption with simultaneous discharge of plant ingredients in a high degree.
  • a conventional roll press is designed so that a lying in a drum press roll with a closed, ie non-perforated roll surface is placed in the roll drum so that the pressed liquid flows through the low-density and uncompressed biomass against the Mateualpound and is discharged in a largely solids-free zone at the bottom of the drum ( drum sole ) under the baffle of the metering device via preferably formed openings in side windows of the drum.
  • the diameter ratio of the drum and press roll is chosen so that on the one hand the collection of biomass is ensured in the press zone, on the other hand, with regard to the outflow of the liquid, the length of the press zone is kept as short as possible.
  • the press roll preferably has a diameter of 25% to 50% of the diameter of the outer drum, depending on the properties of the biomass.
  • the press roll is preferably arranged at an angle between 30 ° and 60 ° from the lower point of the drum.
  • the surfaces of the drum and the press roll can be profiled and in particular have an interlocking profile.
  • Decisive for a good drainage result is a uniform supply of biomass across the entire press width to the press zone.
  • the press is preferably charged with a screw conveyor in the form that, controlled by a suitable level indicator, a delimited product space is filled within the press on the entire press width up to a predetermined height.
  • the biomass is supplied from the metering device according to the invention uniformly over full width via a guide plate of the press zone.
  • a guide plate of the press zone This can for example consist of rotating drivers or a push element.
  • the metering device can also be used to build up a pre-pressure in the press zone.
  • the roller press consists of a rotatably mounted in the frame 3 by means of ball slewing 5 outer drum 1 and an eccentrically arranged in this to the axis of the drum 1, also rotatably mounted press roller 2.
  • the drum 1 is by means of the teeth on the outer rings of the ball slewing 4 through the Pinion 5 driven.
  • the press roll 2 is mounted in the rocker 6 rotatably connected to the frame 3. It is pressed by means of hydraulic cylinder 7 with a constant preselected pressure to the drum 1, regardless of the amount of biomass supplied and the resulting layer thickness in the press zone. 8
  • the biomass is fed with the screw conveyor 9 to the product space 12 formed by the drum 1, the laterally delimiting walls 10 and the partition 11. It is then preferably fed controlled by the drivers 13 of the rotary metering shaft 14 via the gap 17 between baffle 15 and the press roller 2 of the press zone 8.
  • the guide plate 15 is provided with slots 16 through which the driver 13, seen relative to the baffle 15, emerge on the side of the drum 1 and dive on the opposite side again.
  • the drivers 13 are designed so that adhering biomass is stripped off in the guide plate 15 on the top of the guide plate 15 when diving.
  • the biomass After passing through the press zone 8, the biomass is released from the scrapers 18 from the surfaces of the drum 1 and the press roll 2.
  • the scrapers are rotatably mounted by means of the axis 19 in the lateral boundaries 10 and are preferably by springs outside the pressing space to the surfaces of the drum 1 and press roll 2 pressed.
  • the biomass With increasing filling of the product space 20, the biomass is discharged through the discharge screw 21.
  • the squeezed liquid is discharged through the lateral openings 22 in the side disks arranged on both sides of the drum 1, which annularly bound the drum 1 at the end faces of the drum 1 as a flange.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
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Abstract

Walzenpresse mit einer drehbar gelagerten äußeren Trommel (1), einer in der äußeren Trommel (1) exzentrisch angeordneten, drehbar gelagerten Presswalze (2), einer dem von Trommel (1) und Presswalze (2) gebildeten Pressspalt Pressgut zuführenden Zuführungseinrichtung (9) und einer gepresstes Pressgut abführenden Abzugseinrichtung (21), wobei die Achse der Presswalze (2) im unteren Bereich der Trommel (1) in einem in Bezug auf die Drehachse der Trommel (1) von der Senkrechten in Richtung der Abzugseinrichtung (21) abweichenden Sektor angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein den Boden der Trommel (1) überdeckendes, dem Pressspalt von der Zuführungseinrichtung (9) Pressgut zuleitendes Leitblech (15), wobei das Leitblech (15) Schlitze (16) aufweist und zum Vortrieb der Biomasse unterhalb des Leitblechs (15) eine eine Mehrzahl von Mitnehmern (13) aufweisende Dosierwelle (14) angeordnet ist, wobei die Mitnehmer (13) im Betrieb der Walzenpresse durch die Schlitze (16) hindurch greifen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walzenpresse mit einer drehbar gelagerten äußeren Trommel, einer in der äußeren Trommel exzentrisch angeordneten, drehbar gelagerten Presswalze, einer dem von Trommel und Presswalze gebildeten Pressspalt Pressgut zuführenden Zuführungseinrichtung und einer Pressgut abführenden Abzugseinrichtung, wobei die Achse der Presswalze im unteren Bereich der Trommel in einem in Bezug auf die Drehachse der Trommel von der Senkrechten in Richtung der Abzugseinrichtung abweichenden Sektor angeordnet ist.
  • Eine derartig ausgestaltete Walzenpresse geht bereits aus der DE 32 18 634 A1 hervor. Weitere Vorrichtungen zum Abpressen von Flüssigkeit aus einem Feststoff sind aus der 7 25 031 A , der DE 34 17 966 A1 und der AT 20 00 03 B bekannt.
  • Zur energetischen Verwertung von Biomassen sind verschiedene miteinander verknüpfte Verfahren bekannt, z.B. Silierung durch Lagerung unter Luftabschluss, Konservierung durch die sich dann bildende Milchsäure, Trennung der Silage in einen Presssaft und ein Pressgut durch mechanische Entwässerung der Silage, Vergärung des so gewonnenen Presssafts in einer Biogasanlage und Trocknung des Pressgutes mit der Abwärme aus der Biogasanlage zur Herstellung eines Brennstoffes.
  • Wichtig bei diesen Verfahren ist die Überführung eines großen Teils der in den Pflanzen enthaltenen leicht vergärbaren Pflanzeninhaltsstoffe in den Presssaft. Dies sind einerseits gelöste Stoffe, wie Glukose, und andererseits ungelöste Stoffe, wie Stärke. Mit Rücksicht auf die Verbrennungseigenschaften des produzierten Brennstoffes wird angestrebt, den Gehalt der mineralischen Pflanzeninhaltsstoffe in dem Pressgut weitgehend zu reduzieren.
  • Generell gestaltet sich die Überführung der ungelösten, aber auch der gelösten Pflanzeninhaltsstoffe in den Presssaft als schwierig, weil diese in der Zellstruktur der Pflanzen aus Lignocellulose eingeschlossen sind.
  • Daher ist es notwendig, die Zellstruktur der silierten Pflanzen unter mechanischer Einwirkung aufzuschließen, diese weitgehend zu entwässern und dabei organische und anorganische Pflanzeninhaltsstoffe auszutragen, wobei prinzipiell verschiedene Vorrichtungen zur mechanischen Entwässerung zur Verfügung stehen.
  • Beispielsweise eignen sich Bandfilterpressen für die Abscheidung von Oberflächenwasser, jedoch nicht die für die Abscheidung von Wasser aus der Zellstruktur von Biomasse, da mit einer Bandfilterpresse die hierfür notwendigen Drücke nicht erreicht werden können.
  • Des Weiteren eignen sich Schneckenpressen, entweder mit einer konischen Schnecke in einem konischen Siebmantel oder einer zylindrischen Schnecke mit konischem Kern und/oder abnehmender Steigung in einem zylindrischen Siebmantel. Bei geringen Anforderungen an den Entwässerungsgrad und den dafür erforderlichen geringen Pressdrücken werden meist gestanzte Lochbleche oder Spaltsiebe für die Siebmäntel eingesetzt.
  • Der Pressdruck führt zwar dazu, dass die Feststoffe die Bohrungen in dem Siebmantel verstopfen. Durch die von den verdichteten Feststoffen erzeugten Scherkräfte werden aber die nach innen aus den Löchern herausragenden Teile der sie verstopfenden Feststoffpartikeln abgetragen. Hierdurch ergibt sich ein selbstreinigender Effekt, der vielfach durch Verwendung von Lochblechen mit sich in Flussrichtung erweiternden gebohrten Löchern verbessert wird.
  • Schneckenpressen haben aber auch den Nachteil, dass diese unabhängig von der Bauform zu relativ großen Schichtdicken bei der Biomasse führen. Mit zunehmender Dicke der Schicht und zunehmender Verdichtung der Biomasse in der Schnecke wird nämlich der Abfluss von Wasser behindert. Zusätzlich wirkt die in der Schnecke verdichtete Biomasse als Filter für ungelöste Pflanzeninhaltsstoffe, wie z. B. Stärke, und verhindert ein Überführen dieser für die energetische Verwertung des Presssafts wichtigen Stoffe in den Presssaft.
  • Nachteilig bei den Schneckenpressen sind außerdem der hohe Verschleiß und ein hoher Energiebedarf auf Grund der Reibung des verdichteten Materials an dem Siebmantel. Hieraus resultiert wiederum eine Begrenzung der Pressdrücke.
  • Für die Fest/Flüssigtrennung sind außerdem Walzenpressen mit innen- und/oder außenliegenden Anpresswalzen, mit glatten und perforierten Walzenoberflächen bekannt. Vorteilhaft bei Walzenpressen ist die Tatsache, dass die für ein Aufbrechen der Zellstruktur der halmartigen Biomasse notwendigen hohen Pressdrücke erzeugt werden können. Allerdings sind die üblichen perforierten Walzenoberflächen aus Lochblechen oder Spaltsieben dafür nicht geeignet. Für diesen Zweck sind Walzen mit größeren Wandstärken erforderlich, deren Perforation nur durch Bohren hergestellt werden kann, welches bei den für halmartige Biomasse erforderlichen Bohrungsdurchmessern von 2 bis 3 mm ein sehr aufwändiges und kostenträchtiges Verfahren ist.
  • Walzenpressen haben in der Regel einen engen Pressspalt, wodurch sich aufgrund der geringen Schichtdicken des Feststoffes in Verbindung mit der Perforation der Walzen eine gute Abfuhr des Presssaftes ergibt. Bei halmartiger Biomasse bilden die Fasern allerdings auf den Walzenoberflächen einen Belag, der mit zunehmendem Druck die Löcher oder Spalten verschließt. Da es keine Relativbewegungen zwischen der Biomasse und der perforierten Oberflächen wie bei den Schneckenpressen gibt, entfällt der selbstreinigende Effekt. Dadurch wird die vorteilhafte Wirkung der Perforation der Walzenoberflächen stark eingeschränkt, wenn nicht gar gänzlich beseitigt.
  • Schließlich hängt der durch Walzenpressen erreichte Entwässerungsgrad ganz wesentlichen von der gleichmäßigen Verteilung des Materials über die Walzenbreite ab. Eine einseitige Beschickung führt zum Beispiel dazu, dass auf der anderen Seite die angestrebten Pressdrücke nicht erreicht werden. Insbesondere halmartige Biomasse ist ein außerordentlich schlecht fließendes Schüttgut. Für die Erzielung eines hohen Entwässerungsgrades ist daher ein geeignetes Dosiersystem erforderlich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Walzenpresse zu schaffen, mit der Biomasse in einem einzigen Schritt unter Zellaufschluss bei gleichzeitigem Austrag der Pflanzeninhaltsstoffe in einem hohen Maße entwässert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Walzenpresse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird eine herkömmliche Walzenpresse so ausgestaltet, dass eine in einer Trommel liegende Presswalze mit einer geschlossenen, d.h. nicht perforierten Walzenoberfläche so in der Walzentrommel angeordnet wird, dass die abgepresste Flüssigkeit durch die gering verdichtete und unverdichtete Biomasse entgegen dem Mateualfluss abfließt und in einer weitgehend feststofffreien Zone am Boden der Trommel (Trommelsohle) unter dem Leitblech der Dosiereinrichtung über bevorzugt ausgebildete Öffnungen in Seitenscheiben der Trommel abgeführt wird.
  • Das Durchmesserverhältnis von Trommel und Presswalze wird so gewählt, dass einerseits der Einzug der Biomasse in die Presszone sichergestellt ist, andererseits mit Rücksicht auf den Abfluss der Flüssigkeit die Länge der Presszone so kurz wie möglich gehalten wird. Die Presswalze hat bevorzugt abhängig von den Eigenschaften der Biomasse einen Durchmesser von 25 % bis 50 % des Durchmessers der äußeren Trommel. Die Presswalze ist vorzugsweise in einem Winkel zwischen 30° und 60° vom unteren Punkt der Trommel angeordnet.
  • Um den Einzug des Materials sicher zu stellen, können optional die Oberflächen der Trommel und der Presswalze profiliert werden und insbesondere ein ineinander greifendes Profil aufweisen.
  • Entscheidend für ein gutes Entwässerungsergebnis ist eine gleichmäßige Zuführung der Biomasse über die ganze Pressenbreite zur Presszone. Dafür wird die Presse vorzugsweise mit einer Förderschnecke in der Form beschickt, dass, gesteuert über einen geeigneten Füllstandsmelder, ein abgegrenzter Produktraum innerhalb der Presse auf der ganzen Pressenbreite bis zu einer vorgegebenen Höhe gefüllt ist.
  • Am unteren Ende des Produktraumes wird die Biomasse von der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung gleichmäßig auf voller Breite über ein Leitblech der Presszone zugeführt. Diese kann beispielsweise aus umlaufenden Mitnehmern oder einem Schubelement bestehen. Die Dosiereinrichtung kann auch dafür benutzt werden in der Presszone einen Vordruck aufzubauen.
  • Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten besonders vorteilhaft ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch eine Walzenpresse nach der Erfindung;
    Fig. 2
    einen horizontalen Schnitt durch der Walzenpresse aus Fig. 1; und
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht der Walzenpresse nach der Erfindung.
  • Das in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Walzenpresse nach der Erfindung. Die Walzenpresse besteht aus einer in dem Gestell 3 mittels Kugeldrehverbindungen 5 drehbar gelagerten äußeren Trommel 1 und einer in dieser zur Achse der Trommel 1 exzentrisch angeordneten, ebenfalls drehbar gelagerten Presswalze 2. Die Trommel 1 wird mittels der Verzahnungen an den Außenringen der Kugeldrehverbindungen 4 durch die Ritzel 5 angetrieben. Die Presswalze 2 ist in der mit dem Gestell 3 drehbar verbundenen Schwinge 6 gelagert. Sie wird mittels Hydraulikzylinder 7 mit konstantem vorgewählten Druck an die Trommel 1 angepresst, unabhängig von der Menge der zugeführten Biomasse und der sich daraus ergebenden Schichtdicke in der Presszone 8.
  • Die Biomasse wird mit der Förderschnecke 9 dem durch die Trommel 1, den seitlich begrenzenden Wandungen 10 und die Trennwand 11 gebildeten Produktraum 12 zugeführt. Sie wird dann vorzugsweise von den Mitnehmern 13 der drehbaren Dosierwelle 14 über den Spalt 17 zwischen Leitblech 15 und der Presswalze 2 der Presszone 8 kontrolliert zugeführt. Das Leitblech 15 ist mit Schlitzen 16 versehen, durch welche die Mitnehmer 13, relativ zum Leitblech 15 gesehen, an der Seite der Trommel 1 auftauchen und auf der gegenüberliegenden Seite wieder abtauchen. Die Mitnehmer 13 sind so ausgebildet, dass anhaftende Biomasse beim Abtauchen in das Leitblech 15 auf der Oberseite des Leitblechs 15 abgestreift wird.
  • Nach dem Durchgang durch die Presszone 8 wird die Biomasse von den Abstreifern 18 von den Oberflächen der Trommel 1 und der Presswalze 2 gelöst. Die Abstreifer sind mittels der Achse 19 in den seitlichen Begrenzungen 10 drehbar gelagert und werden vorzugsweise durch Federn außerhalb des Pressraumes an die Oberflächen von Trommel 1 und Presswalze 2 angepresst. Mit zunehmender Füllung des Produktraumes 20 wird die Biomasse durch die Austragsschnecke 21 ausgetragen. Die ausgepresste Flüssigkeit wird durch die seitlichen Öffnungen 22 in den beidseits angeordneten Seitenscheiben der Trommel 1, die als Flansch die Trommel 1 an den Stirnseiten der Trommel 1 ringförmig begrenzen, abgeführt.

Claims (7)

  1. Walzenpresse mit einer drehbar gelagerten äußeren Trommel (1), einer in der äußeren Trommel (1) exzentrisch angeordneten, drehbar gelagerten Presswalze (2), einer dem von Trommel (1) und Presswalze (2) gebildeten Pressspalt Pressgut zuführenden Zuführungseinrichtung (9) und einer gepresstes Pressgut abführenden Abzugseinrichtung (21), wobei die Achse der Presswalze (2) im unteren Bereich der Trommel (1) in einem in Bezug auf die Drehachse der Trommel (1) von der Senkrechten in Richtung der Abzugseinrichtung (21) abweichenden Sektor angeordnet ist,
    gekennzeichnet durch
    ein den Boden der Trommel (1) überdeckendes, dem Pressspalt von der Zuführungseinrichtung (9) Pressgut zuleitendes Leitblech (15),
    wobei das Leitblech (15) Schlitze (16) aufweist und zum Vortrieb der Biomasse unterhalb des Leitblechs (15) eine eine Mehrzahl von Mitnehmern (13) aufweisende Dosierwelle (14) angeordnet ist, wobei die Mitnehmer (13) im Betrieb der Walzenpresse durch die Schlitze (16) hindurch greifen.
  2. Walzenpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Presswalze (2) im unteren Bereich der Trommel (1) in einem in Bezug auf die Drehachse der Trommel (1) von der Senkrechten um 30° bis 60° in Richtung der Abzugseinrichtung (21) abweichenden Sektor angeordnet ist.
  3. Walzenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Presswalze (2) 25 % - 50 % des Durchmessers der äußeren Trommel (1) beträgt.
  4. Walzenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Innenraum der Trommel (1) begrenzende Wandung (10).
  5. Walzenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (1) eine Seitenscheibe mit einer Mehrzahl von die Wandung (10) longitudinal durchstoßenden Abflussöffnungen (22) aufweist.
  6. Walzenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche der Trommel (1) und/oder die äußere Mantelfläche der Presswalze (2) ein Profil aufweisen.
  7. Walzenpresse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungseinrichtung (9) und/oder die Abzugseinrichtung (21) als Förderschnecke ausgebildet sind.
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