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Dokumentenidentifikation DE10104552A1 08.08.2002
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Abschälen eines Feststoffkuchens aus einer Zentrifugentrommel
Anmelder Krauss-Maffei Verfahrenstechnik GmbH, 80997 München, DE
Erfinder Feller, Johannes, 83104 Tuntenhausen, DE;
Grim, Gunnar, 80997 München, DE;
Dommer, Erich, 91242 Ottensoos, DE;
McGillicuddy, James Kevin, Esgewood, Ky., US;
Geiselhart, Frank, 81547 München, DE
Vertreter Glawe, Delfs, Moll, Patentanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 01.02.2001
DE-Aktenzeichen 10104552
Offenlegungstag 08.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.08.2002
IPC-Hauptklasse B02C 11/08
IPC-Nebenklasse B02C 11/04   B02C 15/08   
Zusammenfassung Erfindungsgemäß ist eine Schälmesservorrichtung (3, 5) zum Abtragen eines Feststoffkuchens von der Wandung (1) der Zentrifugentrommel mit Gaszufuhrmitteln (7, 9) versehen, die einen Gasstrom über Teiloberflächen der Schälmesservorrichtung derart richten, daß keine abgeschälten Feststoffpartikel auf diese Oberfläche gelangen bzw. daran anhaften können.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abschälen eines Feststoffkuchens aus einer Zentrifugentrommel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Bei den modernen diskontinuierlichen Filterzentrifugen gliedert sich der Prozeßablauf in der Zentrifuge in die folgenden Schritte: Füllen, Waschen des Filterkuchens, Trockenschleudern des Filterkuchens und dem automatischen Austrag des Filterkuchens.

Bei den horizontal wie auch den vertikal gelagerten Schälzentrifugen erfolgt der Feststoffaustrag dadurch, daß ein Schälmesser, das an einem sog. Räumer angeordnet ist, in die Zentrifugentrommel einfährt, den Filterkuchen abschält und dadurch, daß der Filterkuchen durch ein Austragsorgan aus der Zentrifuge gefördert wird. Im einfachsten Falle von Vertikalzentrifugen besteht dieses Austragsorgan aus Löchern im Trommelboden und einer sog. Schurre (steile Gleitfläche) im Boden des Zentrifugengehäuses. Der Feststoffaustrag kann jedoch nur bei niedriger Drehzahl erfolgen, da bei hoher Drehzahl der Feststoff nicht durch die Löcher im Trommelboden und in die Schurre fallen würde. Bei den Horizontalschälzentrifugen wird der Feststoff nach dem Räumer durch eine Schurre bzw. einen Schneckenaustrag unmittelbar hinter dem eigentlichen Räumer, innerhalb der Zentrifugentrommel erfaßt und aus der Zentrifuge ausgetragen. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Zentrifuge auch bei hohen Drehzahlen den Feststoff austragen kann, wodurch keine Zeitverluste für einen Drehzahlwechsel zwischen der Schleuderdrehzahl und der Austragsdrehzahl entstehen.

Alle bekannten Austragssysteme weisen eine gemeinsame Problemstellung auf, die darin besteht, daß sowohl grobkörnige, kristalline Feststoffe mit relativ geringer Restfeuchte und geringer Anlagerungstendenz an Oberflächen ausgetragen werden müssen, je nach Anwendungsfall aber auch Feststoffe, die sehr feine, nichtkristalline, dadurch teilweise feuchte, klebrige und zu Anklebungen an Feststoffen neigende Konsistenzen aufweisen. Sowohl bei niedrigen Drehzahlen der Zentrifuge, beim Austrag des Feststoffes, jedoch mit erheblich steigender Tendenz bei höheren Drehzahlen der Zentrifuge während des Austragsvorgangs, besteht die Tendenz, daß die aus der Trommel abgeschälten Feststoffe bei Berührung mit Teilen des Räumers an dessen Oberflächen haften bleiben, somit ein zunehmender Produktaufbau auf den Räum- und Austragsorganen erfolgt. Diese Produktablagerungen am Räumer haben mehrere Nachteile. Diese sind im folgenden:

  • - Die Verlegung des Räumers, so daß der Feststoffaustrag nicht mehr funktioniert. Wenn Teile des angelagerten Feststoffes, der ja normalerweise pulverförmig aus der Maschine ausgetragen wird, sich wieder vom Räumer lösen, gelangen diese als Klumpen (Agglomerationen von pulverförmigem Feststoff) in den Austragsstrom und können dort den Transportprozeß stören oder die nachfolgenden Verarbeitungsschritte des Feststoffes beeinträchtigen.
  • - Die Ablagerungen auf dem Räumer führen zwangsläufig zu einer gewissen Übertragungs-Kontamination zwischen den einzelnen Zentrifugenchargen, was bei der Verarbeitung von hochreinen Produkten unerwünscht oder sogar unzulässig ist.
  • - Bei der Verarbeitung von hochreinen Produkten ist es heute üblich, daß die Produktionsanlagen zwischen den einzelnen Produkterzeugungschargen vollständig gereinigt werden. Diese Reinigung wird in einem automatischen Prozeß durchgeführt und muß reproduzierbar gute Ergebnisse aufweisen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Anlagen für eine sog. Multipurpose-Produktion, also die Produktion verschiedenster Substanzen vorgesehen ist. Die Ablagerungen auf den Räumern erschweren die automatische und wiederholgenaue Reinigung der Zentrifuge bzw. machen diesen automatischen Schritt unsicher bzw. unmöglich.

Es sind bisher verschiedene Wege zur Vermeidung von Ablagerungen am Räumer vorgeschlagen worden.

Das am häufigsten eingesetzte Verfahren besteht in der Beschichtung der Oberfläche mit einer Substanz, die eine geringer Adhäsionsneigung gegenüber den Feststoffen aufweist, bzw. Räumer massiv aus solchen Materialien herzustellen. Viele dieser Beschichtungen weisen jedoch gegenüber dem hochbeständigen Grundwerkstoff der Zentrifuge (Edelstahl, Nickelbasiswerkstoffen, Titan etc.) eine wesentlich geringere Korossionsbeständigkeit auf, so daß sie nach relativ kurzer Betriebszeit erneuert werden müssen. Wenn die Beschichtung gegen die Suspensions-, Wasch- oder Reinigungsflüssigkeit eine zu geringe oder auch hohe Löslichkeit aufweist, hat sie eine zu geringe Standzeit oder kann zu Verunreinigungen der zu verarbeitenden Produkte führen. Die Beschichtungen sind stark abhängig von dem zu verarbeitenden Feststoff, so daß bei gleichen Grundwerkstoffen unterschiedliche Beschichtungswerkstoffe verwendet werden müssen. Schließlich bestehen die Beschichtungen in der Regel aus Kunststoffen, die eine geringere Abrasionsbeständigkeit aufweisen, was zu einer geringeren Standzeit sowie zum Problem der Verunreinigung beiträgt.

Demgegenüber kann der Räumer als Saugdüse ausgeführt werden, wobei die Saugdüse in ein Rohrsystem mündet, das aus der Zentrifuge führt. Aus der Zentrifuge wird ein Gasstrom über die Saugdüse abgesaugt, wobei die abgesaugte Gasmenge in das Gehäuse nachströmen kann, entweder über geeignete Öffnungen oder über eine geeignete Gaszufuhr. Im Betrieb wird der abgeschälte Feststoff durch den Gasstrom mitgerissen und durch das Rohrsystem aus der Zentrifuge ausgetragen. Ein derartiges System, das die Merkmale der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 10 aufweist, ist aus der DE 33 40 636 C2 bekannt. Dieses System benötigt einen relativ hohen Gasstrom und erfordert dementsprechend einen hohen apparativen Aufwand. Des weiteren müssen die Feststoffe wieder aus dem Gasstrom abgetrennt werden, was den apparativen Aufwand weiter erhöht. Probleme ergeben sich unter anderem auch dadurch, daß Restfeuchte in den Gasstrom gelangt und entsprechend abgeschieden werden muß, und bei bestimmten Lösungsmitteln können explosive Gasmischungen entstehen, so daß das System mit Inertgasen betrieben werden muß. Schließlich ist zu beachten, daß durch schnelle Gasströme die Feststoffe gegebenenfalls auf Flächen im Bereich der Ansaugöffnung aufprallen und dadurch das Problem der Ablagerungen vergrößern.

Ferner können auch Schnecken als Austragsorgane verwendet werden, insbesondere bei relativ klebrigen oder viskosen Feststoffen. Schnecken können jedoch nur relativ schwer gereinigt werden und entsprechen nicht den Reinigungsanforderungen, die beispielsweise die Pharmaindustrie stellt. Daher ist der Einsatz von Schnecken für die Abtrennung von hochreinen Produkten unerwünscht.

Es sind Vorrichtungen bekannt, die so gestaltet sind, daß die Oberfläche des Räumers, die durch den Feststoffstrom verlegt werden können, von einem Austragsorgan, beispielsweise einer Schnecke, überstrichen werden, so daß sich der Feststoff nicht auf dem Räumer dauerhaft aufbauen kann. Auch hier ergeben sich die gleichen Probleme wie bei Schnecken.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abschälen von Feststoffkuchen aus einer Zentrifugentrommel sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben, bei der Ablagerungen von Feststoffen am Räumer wirksam vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10; die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß hat eine Schälmesservorrichtung, der sogenannte Räumer, eine Gaszufuhr und mindestens eine Gasaustrittsöffnung, die so angeordnet ist, daß ein austretender Gasstrom zumindest in einem Teil des Oberflächenbereichs der Schälmesservorrichtung gebildet wird. Als Gas werden insbesondere Luft oder inerte Gase eingesetzt.

Insbesondere wird im Bereich des Schälmessers ein Luft- oder Gasstrom in der Art aufgegeben, daß eine gleichmäßige Überströmung derjenigen Oberflächen des Räumers stattfindet, über die der ausgeschälte Feststoff gleitet und auf dem die Tendenz von Anbackungen besteht. Diese Funktion wird dadurch erreicht, daß der Gasstrom zwischen dem Strom des pulverförmigen Feststoffs und den Räumeroberflächen erzeugt wird. Durch diesen Gasstrom wird erreicht, daß die Feststoffpartikel sozusagen durch ein Luftpolster auf Abstand zur Oberfläche des Räumers gehalten werden.

Es wird nicht nur die Berührung und damit auch eine Geschwindigkeitsreduzierung der Partikel vermieden, wodurch die Kollisionsgefahr unter den einzelnen Partikeln im Feststoffstrom verringert wird. Die Gefahr, daß eine Kollision von Partikeln zur Agglomeration der Feststoffpartikel zu größeren Gebilden führt, die dann wiederum bei einer Berührung mit der Oberfläche, durch ihren höheren Energiegehalt, zu Anlagerungen führen könnten, wird dadurch ausgeschlossen.

Die Einbringung des Gasstromes kann z. B. durch eine entsprechende Ausformung des Schälmessers geschehen, durch die ein über ein Rohrsystem (bzw. Bohrungssystem) zentral hinter das Schälmesser aufgebrachter Gasstrom gleichmäßig über dem Bereich verteilt wird, in dem der Feststoffstrom stattfindet. Je nach Ausführung des Verteilungskanals und abhängig von der Ausführung der Fluidaustritts- oder Gasdüse kann der Gasstrom idealerweise in Strömungsrichtung des Feststoffstromes aufgegeben werden. Denkbar ist auch, den Gasstrom in einem anderen Winkel, wie z. B. 45°, senkrecht oder sogar gegen den Feststoffstrom austreten zu lassen, wobei der Gasstrom durch den Feststoffstrom umgelenkt wird und somit das über die Oberflächen des Räumers gleitende Gaspolster gebildet wird.

Die Düsen zur Aufgabe des Gasstromes können z. B. durch zwei Bauelemente, wie dem Räumer und dem Schälmesser gebildet werden, können jedoch auch durch die entsprechende Ausgestaltung von Schlitzen oder Bohrungen in einem Bauelement wie dem Schälmesser, dem Räumer oder einem separaten Bauelement ausgebildet sein.

Dabei ist es auch nebensächlich, ob der Gasstrom durch eine Einzeldüse, durch mehrere Düsen in einer Linie oder durch eine mit Düsen versehene Fläche (z. B. Lochschlitzblech) aufgegeben wird. Ferner kann der Gasstrom einmalig im Räumer, oder aber verteilt am Räumerrand am Austragsorgan aufgegeben werden.

Wesentlich ist lediglich, daß eine Vorrichtung so angeordnet ist, daß zusammen mit dem Produktstrom ein Gasstrom entsteht, der sich zwischen dem Feststoffstrom und der betreffenden Wandlung des Räumers ausbildet. Denkbar ist auch, daß der Gasstrom vor dem Räumer aufgegeben und durch den Feststoffstrom hindurchgeblasen wird oder aber auch hinter dem Räumer aufgegeben wird und durch Vorrichtungen und/oder die Fahrweise des Räumers entsprechend ausgebildet werden kann. Denkbar ist die Aufgabe des Gasstromes hinter dem Räumer, wobei der Räumer als Zackenmesser oder Wellmesser ausgebildet wird und durch eine axiale Bewegung des Zackenmessers trotz des Schälvorgangs zwischen Produkt und Zacken/Spalte ausgebildet werden, die das Hindurchtreten des Gasstromes ermöglichen. Denkbar ist ferner eine Aufgabe des Gasstromes hinter dem Schälmesser, wobei das Schälmesser in der Art und Weise gesteuert wird, daß sich kurzfristige Anschälvorgänge mit kurzfristigen Abhebevorgängen des Räumers von der Filterkuchenoberfläche abwechseln. Hierdurch wird ein pulsierender Feststoffstrom und ein pulsierender Gasstrom erzeugt. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Gasstromes und des Feststoffstromes kann jedoch das System des über die Räumeroberfläche gleitenden Gasstromes mit dem darübergleitenden Feststoffstrom in einer ausreichenden Art erzeugt werden.

Durch die neue Ausführung wird ein Berühren der Feststoffpartikel mit den betreffenden Oberflächen des Räumers ausreichend verhindert, so daß eine Feststoffablagerung nicht mehr stattfinden kann.

Die vorgeschlagene Ausführung ist unabhängig von den verwendeten Materialien der Zentrifuge und des Räumers, unabhängig von dem Produkt und dem Lösungsmittel, das zu verarbeiten ist, und weitgehend unabhängig von der geometrischen Gestaltung des Räumers.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit verschiedenen Positionen des Räumers,

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch in Seitenansicht (Axialansicht) eine Zentrifugentrommel 1, wobei an der Innenseite der Trommelwandung ein Filtermittel 11 vorgesehen ist.

Im Inneren der Zentrifugentrommel 1 ist eine Schälmesservorrichtung mit einem Streben 21, einem Messerhaltern 5 und einem Schälmesser 3 angeordnet, wobei die Vorrichtung zwischen einer Position A, in der das Schälmesser von der Wandung der Trommel 1 entfernt ist, und in einer Position C, in der das Schälmesser 3 sich im Bereich des Trommelmantels 1 befindet, verschwenkbar ist. Vorzugsweise erstreckt sich des Schälmesser 3 axial entlang der gesamten Innenlänge der Trommel. Es kann auch kürzer sein, wobei der Räumer axial beweglich sein sollte.

Im Betrieb der Zentrifuge befindet sich die Schälmesservorrichtung in der Position A, die Trommel wird gedreht, und an der der Trommelinnenseite des Filtermittels 11 zugewandten Seite bildet sich ein Feststoffkuchen 13.

Wenn der Feststoffkuchen 13 eine vorgegebene Dicke erreicht hat, wird bei sich drehender Trommel das Schälmesser auf den Feststoffkuchen zubewegt und schält Feststoffe 15 vom Feststoffkuchen ab. Die Feststoffe 15 fallen aufgrund der Schwerkraft in eine unterhalb des Schälmessers angeordnete Austragsvorrichtung (Schurre) und werden von dort nach außen ausgetragen.

Insoweit entspricht der dargestellte Aufbau konventionellen Aufbauten, und da im übrigen der Aufbau von Schälzentrifugen dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, wird hier auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich. Wie Fig. 2 zeigt, hält der Messerträger 5 an seiner den abgeschälten Feststoffen 15 abgewandten Seite einen Gasanschluß, der über Kanäle (nicht dargestellt) mit einer Gasaustrittsdüse 9 an der den abgeschälten Feststoffen zugewandten Seite des Messerträgers 5 in Verbindung steht. Die Gasaustrittsdüse ist so ausgebildet, daß sie das über den Gasanschluß 7 zugeführte Gas als Gasstrom über die Oberfläche des Messerträgers 5 leitet. Durch diesen Gasstrom, der durch die Pfeile angedeutet ist, wird ein Gaspolster zwischen den abgeschälten Feststoffen 15 und der Oberfläche des Messerträgers gebildet, so daß die abgeschälten Feststoffe 15 sich nicht an der Oberfläche des Messerträgers anlagern können. Vorzugsweise ist die Gasaustrittsdüse 9 als Schlitz ausgebildet, der sich über die gesamte Breite des Schälmessers 9 erstreckt.

In der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Gasaustrittsdüse 9 zwischen dem Schälmesser 3 und dem Messerträger 5. Sie kann jedoch auch im Schälmesser 3 vorgesehen sein, und auch können mehrere Düsen im Verlauf des Weges der abgeschälten Feststoffe 15 entlang des Messerträgers vorgesehen sein.

Als Gas wird insbesondere Druckluft verwendet, abhängig vom Einsatzzweck können auch andere Gase, beispielsweise inerte Gase, verwendet werden.

Zwar wurde die Erfindung anhand einer Filterzentrifuge erläutert, sie ist aber ganz allgemein bei Schälzentrifugen wie bei Sedimentationszentrifugen anwendbar.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Abschälen eines Feststoffkuchens von der Innenwandung einer Zentrifugentrommel (1) mit einer Schälmessevorrichtung (3, 5, 21), dadurch gekennzeichnet, daß die Schälmesservorrichtung (3, 5, 21) eine Gaszufuhr (7) und mindestens eine Gasaustrittsöffnung (9) aufweist, die so angeordnet ist, daß ein aus der Gasaustrittsöffnung austretender Gasstrom zumindest in einem Teil des Oberflächenbereichs der Schälmesservorrichtung (3, 5, 21) gebildet wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom parallel oder antiparallel zur Austragsrichtung der abgeschälten Feststoffe gerichtet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrom in einem Winkel zwischen 0° und 180° zur Austragsrichtung der Feststoffe gerichtet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schälmesservorrichtung ein Schälmesser (3) und einen Messerträger (5) aufweist, wobei eine Gasauslaßöffnung (9) am Schälmesser vorgesehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schälmesservorrichtung ein Schälmesser (3) und einen Messerträger (5) aufweist, wobei eine Gasauslaßöffnung am Messerträger vorgesehen ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung in Form einer Einzeldüse, als Düsenanordnung aus mehreren linear angeordneten Düsen oder als Schlitzdüsenanordnung ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung an der der Austragsseite abgewandten Seite der Schälmesservorrichtung (3, 5) vorgesehen ist und die Schälmesservorrichtung Gasdurchlaßöffnungen aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchlaßöffnung durch Zacken eines Schälmessers (3) gebildet sind.
  9. 9. Schälzentrifuge mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. 10. Verfahren zum Abschälen eines Feststoffkuchens von der Innenwand einer Zentrifugentrommel, wobei man mit einer Schälmesservorrichtung Feststoffe von einem Feststoffkuchen abschält und die abgeschälten Feststoffe austrägt, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen die abgeschälten Feststoffe (15) und mindestens einen Teil der den abgeschälten Feststoffen zugewandten Oberfläche der Schälmesservorrichtung ein Gaspolster aus strömendem Gas erzeugt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas direkt auf die Oberfläche der Schälmesservorrichtung leitet.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas zwischen dem Feststoffkuchen (13) und die Schälmesservorrichtung einleitet.
  13. 13. Verfahren nach Ansprüch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas durch Gasdurchtrittsöffnungen in der Schälmesservorrichtung leitet.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man periodisch die Schälmesservorrichtung vom Feststoffkuchen trennt, so daß ein pulsierender Gasstrom zwischen den abgeschälten Feststoffen und der Schälmesservorrichtung erzeugt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse hinter dem Schälmesser bzw. durch das Schälmesser so ausgebildet ist, daß ein gleichmäßiger Gasstrom über die gesamte Länge des Teiles der Schälmesservorrichtung ausgebildet wird, der sich in Produktionsrichtung dem Schälmesser anschließt.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zur Aufnahme des Gasstroms aus dem Schälmesser und dem Messerträger gebildet wird.






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