DE3143348A1

DE3143348A1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE3143348A1
Application number: DE19813143348
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. 8044 Unterschleißheim Aufderhaar; Günther 8042 Oberschleißheim Hultsch
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Krauss Maffei AG
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-05-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge gemäß
Oberbegriff des Hauptanspruchs Bei Zentrifugen dieser Art ist der Antriebsraum vom eigentlichen Verfahrens raum durch eine Abschirmwand getrennt, wobei die Zentrifuge als Hängezentrifuge ausgebildet ist. Die Lagerung befindet sich dabei oberhalb der Trommel, die an der Welle hängend angeordnet ist Bei diesen Zentrifugen wird die zu trennende Suspension in der Nähe des Trommelbodens zugeführt und strömt nach oben, wobei die in der Suspension enthaltenen festen Bestandteile gegen die Trommelvfand sedimentieren Die geklärten flüssigen Bestandteile fließen am oberen Trommelrand über die Uberlaufkante eines Uberlaufwehrs und werden in ein Fanggehäuse abgeschleudert Wenn eine bestimmte Menge fester Bestandteile sedimentiert ist, wird der Zulauf unterbrochen, wobei die Trommel evtl noch mit einer Waschflüssigkeit beaufschlagt wird, um noch im Trommelraum befindliche Suspensionsflüssigkeit zu v(rdrngen. Der keritstoff wird anschließend mittels einer Spülflüssigkeit von der Trommelwand gelöst und wird mit dieser durch im Trommelboden vorgesehene Öffnungen ausgetragen Da bei einem Klärprozeß im allgemeinen die flüssigen Bescandteile einer Suspension die zu gewinnenden Wertstoffe darstellen bzw. die Wertstoffe enthalten, geht, falls keine Waschflüssigkeit auf die sedimentierten festen Bestandteile aufgebracht wird, eine größere Menge der Wertstoffe verloren, weil sie zusammen mit dem Spülwasser zum Ausräumen der festen Bestandteile durch die Öffnungen im Trommelboden abfließen. Für den Fall Jedoch, daß der Wertstoff noch durch eine Waschflüssigkeit verdrängt wird, muß noch eine für den weiteren Prozeß nachteilige, erhebliche Verdünnung des Wertstoffes in Kauf genommen werden.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Zentrifugen besteht darin, daß ein sicherer Austrag der festen Bestandteile mittels der Spülflüssigkeit nicht immer gewährleistet werden kann. Es zeigt sich, daß häufig feste Bestandteile in der Trommel verbleiben und bei erneutem Hochlaufen der Trommel auf Fülldrehzahl zu Unwuchten führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zentrifuge der genannten Art zu schaffen, mit der ein noch größerer Anteil an Wertflüssigkeit bzw. flüssigen Bestandteilen unverdünnt aus der Trommel ausgetragen werden kann und mit der sichergestellt ist, daß ein vollständigerAustrag der festen Bestandteile erfolgt. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
Neben der Gewährleistung eines sicheren und vollständigen Austrags der festen Bestandteile, wird auch wesentlich weniger Spülflüssigkeit benötigt, da die festen Bestandteile nur noch von der Trommelwand gelöst werden müssen, worauf sie dann von selbst durch die große Trommelöffnung fallen Die bei den bekannten Zentrifugen dieser Art ansonsten noch erforderliche Menge an Spülflüssigkeit zum Ausspülen der festen Bestandteile durch die verhältnismäßig kleinen Öffnungen im Trommelboden erübrigt sich. Die ausgetragenen festen Bestandteile enthalten somit zum einen weniger flüssige Wertbestandteile und sind zum anderen auch mit weniger Spülflüssigkeit vermengt Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Trommel welle kurz gehalten werden kann, wodurch sich welt oberhalb des Arbeitsbereichs der Zentrifuge liegende Resonanzfrequenzen ergeben. Günstig wirkt sich auch aus, daß sich der massive und schwere Trommelboden oben befindet, wodurch der Trommelschwerpunkt nahe der Lagerung der Trommelwelle zu liegen kommt. Die Trommelwelle kann daher auch relativ kurz sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Überlaufwehr aus einer nach unten sich verjüngenden Konusmantelfläche, deren Neigungswinkel so gewählt ist, daß die Resultierende aus Zentrifugal- und Erdbeschleunigung bei der Betriebsdrehzahl zur Entleerung der restlichen flüssigen Bestandteile etwa senkrecht'auf die Konusmantelfläche gerichtet ist. Dabei wirkt die Konusmantelfläche wie eine ebene Fläche unter Erdbeschleunigung, wodurch sich noch die restlichen flüssigen Bestandteile aus der Trommel entfernen lassen, ohne daß eine Vermengung mit festen Bestandteilen in Kauf genommen werden muß.
Vorzugsweise weist der Trommelboden auf seiner Oberseite ein Ringgefäß auf, in das ein mit dem Gehäuse fest verbundenes Suspensionsfüllrohr mündet und von dem zur Innenwandung der Trommel gerichtete Kanäle abzweigen.
Damit wird erreicht, daß die in den Trommelraum eingebrachte Suspension bereits die Winkelgeschwindigkeit der Trommel hat, wodurch ein Verlust an effektiver Klärzone vermieden wird.
In einer weiteren Ausgestaltung schließt sich an der Uberlaufkante eine Ringmulde an, von der aus schräg nach oben durch die Trommelwandung geführte Durchgänge verlaufen, deren nach außen weisende Öffnungen auf das gehäusefeste, ringförmige Fanggefä gerichtet sind.
Die Anordnung der Ringmulde hat den Vorteil, daß mit großer Sicherheit die gesamte Menge der über die tJberlaufkante tretenden flüssigen Bestandteile dem ringförmigen Fanggefäß zugeführt wird, auch wenn z.B. infolge unregelmäßiger Beladung der Trommel mit Suspension eine unverhältnismäßig große Menge flüssiger Bestandteile über die Uberlaufkante geraten sollte. Diese Menge muß zunächst erst einmal das Volumen der Ringmulde auffüllen und kann dann immer noch von einer die Trommel nach unten begrenzenden Barriere zurückgehalten werden.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung von Spritzverlusten besteht darin, daß die nach außen weisenden Öffnungen der Durchgänge in einer von zwei, die Trommel umschließenden Ringen gebildeten Ringraum münden, der sich in das gehäusefeste Fanggefäß öffnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung und in Verbindung mit den Ansprüchen.
Es zeigen: Fix 1 Die Trommel einer erfindungsgemäßen Zentrifuge im Schnitt und Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Zentrifugentrommel.
Die Fig. 1 zeigt eine Zentrifuge mit einer Trommel 1, die sich im wesentlichen aus einer Trommelwand 2 und einem Trommelboden 3 zusammensetzt. Der Trommelboden 3 weist eine Nabe 4 auf, in der eine Welle 5 befestigt ist. Die Welle 5 ist mittels eines Lagers 6 in einem die Trommel 1 umgebenden Zentrifugengehäuse 7 gelagert und ist mit einem Antriebsmotor 8 gekoppelt.
Die Trommel 1 hat in ihrem Trommelboden 3 ein Ringgefäß 9 ausgebildet, in das ein mit dem Zentrifugengehäuse 7 fest verbundenes Suspensions-Zuführrohr 10 mündet. Vom Ringgefäß 9 führen Kanäle 11 zur Innenwandung der Trommel 1. Die zylindrische Innenwandung der Trommel 1 geht im unteren Trommelbereich in eine nach unten sich ver-Jüngende, ein Uberlaufwehr bildende Konusmantelfläche 12 über, die mit einer, den Öffnungsrand der Trommel 1 darstellenden Überlaufkante 13 abschließt.
Dem Öffnungsrand bzw. der Uberlaufkante 13 ist ein gehäusefestes, ringförmiges Fanggefäß 14 zugeordnet, dessen unterer Gefäßwand 15, dem sich eine nach unten erweiternde Kegelstumpf-Mantelfläche 15 anschließt' unterhalb der Überlaufkante 13 liegt, Der obere Rand des Fanggefäßes 14 liegt oberhalb einer Ringnase 16, die auf der Trommelaußenseite oberhalb der Überlaufkante 13 befestigt ist.
Vom Fanggefäß 14 führt eine Ablaufleitung 17 durch das Zentrifugengehäuse 7 nach außen.
In die Trommel 1 ragt von unten ein Düsenbalken 18, dessen Düsen 19 im wesentlichen auf den zylindrischen Teil der Innenwand der Trommel gerichtet sind.
Zum Betrieb der Zentrifuge wird die Trommel 1 bei hoher Drehzahl über das Suspensions-Zuführrohr 10, das Ringgefäß 9 und die Kanäle 11 mit Suspension beschickt, aus der die festen Bestandteile gegen die Trommelinnenwandung sedimentierend Die flüssigen Bestandteile gelangen, wenn deren Flüssigkeitsspiegel das Niveau des Überlaufwehrs bzw der Überlaufkante 13 erreicht hat, durch Abschleudern in das ringförmige Fanggefäß 14 und werden über die Ablaufleitung nach außen geführt.
Hach einer bestimmten Zeit des Suspensionszulaufs wird dieser unterbrochen und die Trommel 1 zwecks Entleerung auf eine Drehzahl abgebremst, bei der die Resultierende aus Zentrifugal und Erdbeschleunigung etwa senkrecht zur Konusmantelfläche 12 gerichtet ist. Dies ist z.B.
bei einer Konusmantelfläche 12 der Fall, die bezogen auf die Trommelachse einen Neigungswinkel von 300 aufweist und die einer Zentrifugalbeschleunigung von 20 m/s² ausgesetzt ist. Dabei wirkt die Konusfläche wie eine ebene Fläche unter Erdbeschleunigung, wobei die zwischen den sedimentierten Feststoffen enthaltene Flüssigkeit noch abfließen kann ohne daß gleichzeitig ein Austrag fester Bestandteile in Kauf genommen werden muß.
Anschließend wird die Trommel 1 auf eine extrem niedrige Drehzahl gebracht, worauf die sedimentierten festen Bestandteile mit Hilfe von Druckwasser, welches durch die am Düsenbalken 18 angeordneten Düsen 19 gespritzt wird, von der Trommelinnenwandung gelöst werden. Dadurch, daß sich bei der extrem niedrigen Trommeldrehzahl nahezu keine Zentrifugalbeschleunigung ergibt, fallen die gelösten, festen Bestandteile senkrecht nach unten in eine, in der Zeichnung nicht dargestellte, Fangvorrichtung.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt ebenfalls eine in einem Zentrifugengehäuse 7 gelagerte Trommel 1, allerdings mit einer gegenüber der Ausführungsform nach Fig 1 schwächer geneigten Konusmantelfläche 12 An die Überlaufkante 13 schließt sich eine Ringmulde 20 an, von der aus schräg nach oben durch die Trommelwandung geführte Durchgänge 21 verlaufen Die Durchgänge 21 münden in einen von zwei, die Trommel 1 umschließenden Ringen 22 und 23 gebildeten Ringraum 24, der sich in das gehäusefeste Fanggefäß 25 öffnet, wobei die beiden Ränder des Fanggefäßes 25 die Ringe 22 und 23 nach oben und unten überdecken, so daß beim Austrag der flüssigen Bestandteile Spritzverluste weitgehend vermieden werden können Das Verhältnis der Neigung der Konusmantelfläche 12 zu der Neigung der Durchgänge 21 ist so gewählt, daß die bei niedriger Trommeldrehzahl aus der Trommel 1 abfließende Restflüssigkeit noch durch die Durchgänge 21 gelangt und vom Fanggefäß 25 aufgenommen wird Bei der noch niedrigen Drehzahl mit vernachlässigbarer Zentrifugalbeschleunigung, bei der über einen Düsenbalken 18 eine Spülflüssigkeit zum Lösen der festen Bestandteile gespritzt wirds kann keine Spülflüssigkeit durch die Durchgänge 21 nach oben laufen. Sie fällt mit den abgelösten festen Bestandteilen nach unten.

Claims

Zentrifuge Patentansprüche 1Zentrifuge zur Trennung der festen und flüssigen Bestandteile einer Suspension, insbesondere einer giftige oder radioaktive Bestandteile enthaltenden Suspension, mittels einer aus einem Trommelboden und einer Trommelwand bestehenden sowie von einem Zentrifugengehäuse umgebenen Trommel, die an der dem Trommelboden gegenüberliegenden Trommel öffnung an deren Öffnungsrand ein radial nach innen gerichtetes, mit einer Uberlaufkante abschließendes Uberlaufwehr ausgebildet hat, wobei Einrichtungen zur Beschickung der Trommel mit SuspeJnsion und zum Austrag der festen Bestandteile mittels SpUlvorrichtungen vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Trommelöffnung nach unten gerichtet ist und daß der Uberlaufkante eirw ringförmiges und gehäusefestes Fl'ssigkeits-Fanggefäß (14, 25) zugeordnet ist, das zur Trommeldrehachse einen radialen Abstand aufweist, der größer ist als der radiale Abstand der Uberlaufkante (13)
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Uberlaufwehr aus einer nach unten sich verJüngenden Konusmantelfläche (12) besteht.
3. Zentrifuge nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Konusmantelfläche (12) eine Neigung aufweist, bei welcher bei der Betriebsdrehzahl zur Entleerung der restlichen flüssigen Bestandteile pusher Trommel (1) die Resultierende aus Zentrifugal-und Erdbeschleunigung im wesentlichen senkrecht auf die Konusmantelfläche (12) gerichtet ist.
4. Zentrifuge nach den Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Trommelboden (3) auf seiner Oberseite ein Ringgefäß (9) aufweist, in das ein mit dem Zentrifugengehäuse (7) fest verbundenes Suspensionsfüllrohr (10) mündet und von dem zur Innenwandung der Trommel (1) gerichtete Kanäle (11) abzweigen.
5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an die Uberlaufkante (13) eine Hingmulde (20) anschließt, von der aus schräg nach oben durch die Trommelwandung geführte Durchgänge (21) verlaufen, deren nach außen weisende-Öffnungen auf das gehäusefeste, ringförmige Fanggefäß (25), gerichtet sind.
6 Zentrifuge nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die nach außen weisenden Öffnungen der Durchgänge (21) in einen von zwei, die Trommel (1) umschließenden Ringen (22, 23) gebildeten Ringraum (24) münden, der sich in das gehäusefeste Fanggefäß (25) öffnet.
70 Zentrifuge nach den AnsprUchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an den unteren Gefäßrand (15) des Fanggefäßes (14) eine nach unten erweiternde Kegelstumpf-Nantelfläche (152) anschließt
8 Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der Trommelaußenseite oberhalb der Uberlaufkante (13) eine Etingnase (16) angeordnet ist, die sich unterhalb des oberen Gefäßrandes des Fanggefaßes (14) befindet
9. Verfahren zum Betrieb der Zentrifuge nach den Ansprechen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Trommel (1) während des Suspensionslaufs und zur Separierung fester und flüssiger Bestandteile sowie zur Abführung der flüssigen Bestand teile Uber das tlberlaufwehr auf einer Drehzahl gehalten wird, bei der die Resultierende aus Zentrifugal- und Erdbeschleunigung in Bezug auf die Konusmantelfläche (12) eine nach oben gerichtete Kraftkomponente ergibt; die Trommel zur Entleerung der restlichen flüssigen Bestandteile nach Beendigung des Suspensionszulaufs auf eine Drehzahl abgebremst wird, bei der die Resultierende aus Zentrifugal- und Erdbeschleunigung im wesentlichen senkrecht zur Konusmantelfläche (12) weist und die Trommel (1) zur Entleerung der festen Bestandteile mittels einer über Düsen (19) gespritzten Spülflüssigkeit auf eine Drehzahl abgebremst wird, bei der die Zentrifugalkomponente nahezu Null wird.