EP2946835A1

EP2946835A1 - Zentrifuge, sowie Vorbeschleunigungseinrichtung für eine Zentrifuge

Info

Publication number: EP2946835A1
Application number: EP14169374.7A
Authority: EP
Inventors: Nik Keller
Original assignee: Ferrum AG
Current assignee: Ferrum AG
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge (1) zur Trennung eines Gemischs (2) in einen Feststoffkuchen (3) und in eine Flüssigphase (4). Die Zentrifuge umfasst eine um eine Drehachse (5) rotierbare äussere Siebtrommel (6) und eine darin angeordnete Schubbodenvorrichtung (8) mit einem äusseren Ringbereich (81), so dass der Feststoffkuchen (3) im Betriebszustand mittels des äusseren Ringbereichs (81) der Schubbodenvorrichtung (8) entlang der Drehachse (5) verschiebbar ist. Darüber hinaus ist eine Einspeiseeinrichtung (9) vorgesehen, mit welcher das Gemisch (2) in einen Leerraum (R) einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens (3) durch die Schubbodenvorrichtung (8) entsteht. Erfindungsgemäss ist zur Vorbeschleunigung des Gemischs (2) an der Schubbodenvorrichtung (8) eine Vorbeschleunigungseinrichtung (10) umfassend ein Vorbeschleunigungsblatt (100) mit einer radial wirkenden Vorbeschleunigungsfläche (110) vorgesehen, deren Flächennormale (FN) mit der Drehachse (5) einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorbeschleunigungseinrichtung (10) für eine Zentrifuge (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere einstufige oder mehrstufige Schubzentrifuge oder Doppelschubzentrifuge sowie eine Vorbeschleunigungseinrichtung für eine Zentrifuge gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 10.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird die Erfindung vornehmlich am Beispiel der Anwendung in einer einstufigen oder mehrstufigen Schubzentrifuge diskutiert. Es versteht sich dabei, dass die Erfindung ebenso vorteilhaft in jedem anderen Zentrifugentyp, insbesondere auch in einer Doppelschubzentrifuge Anwendung finden kann, die daher alle durch die vorliegende Anmeldung abgedeckt sind.
Zur Trocknung feuchter Substanzen oder feuchter Substanzgemische sind Zentrifugen in den verschiedensten Ausführungsformen weit verbreitet und werden auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. So kommen beispielsweise zur Trocknung hochreiner pharmazeutischer Produkte diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen, bevorzugt zum Einsatz, während insbesondere dann, wenn kontinuierlich grosse Mengen eines fest-flüssig Gemischs getrennt werden sollen, kontinuierlich arbeitende Schubzentrifugen vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kommen je nach Anforderung ein- oder mehrstufige Schubzentrifugen, sowie sogenannte Doppelschubzentrifugen zum Einsatz.
Bei den verschiedenen Typen der zuletzt genannten Klasse von Schubzentrifugen wird ein fest-flüssig Gemisch, beispielsweise eine Suspension oder ein feuchtes Salz oder Salzgemisch, durch ein Einlaufrohr über einen Gemischverteiler einer schnell rotierenden Trommel, die als Filtersieb ausgestaltet ist, zugeführt, so dass auf Grund der wirkenden Fliehkräfte die flüssige Phase durch das Filtersieb ausgeschieden wird, während im Inneren an der Trommelwand ein Feststoffkuchen abgeschieden wird. Dabei ist in der rotierenden Trommel ein im wesentlichen scheibenförmiger, synchron mitrotierender Schubboden angeordneten, wobei je nach Anzahl der Siebstufen entweder der Schubboden oder eine Siebstufe in axialer Richtung in der Trommel mit einer gewissen Amplitude oszilliert, so dass ein Teil des getrockneten Feststoffkuchens an einem Ende der Trommel herausgeschoben wird. Bei der entgegengesetzten Bewegung des Schubbodens wird ein an den Schubboden angrenzender Bereich der Trommel freigegeben, der dann durch das Einlaufrohr und eventuell über einen Gemischverteiler wieder mit neuem Gemisch beschickt werden kann. Dabei können je nach eingesetztem Typ mit modernen Hochleistungs-Schubzentrifugen problemlos Durchsatzmengen in einer Grössenordnung von 100 Tonnen pro Stunde erreicht werden, wobei Trommeldurchmesser bis zu 1000 mm und mehr durchaus üblich sind und typische Rotationsfrequenzen der Trommel, abhängig vom Trommeldurchmesser von bis zu 2000 Umdrehungen pro Minute und mehr erreicht werden können. Dabei bedingt in der Regel ein grösserer Trommeldurchmesser wegen der auftretenden starken Fliehkräfte eine kleinere maximale Rotationsfrequenz der Trommel. Selbstverständlich können die Betriebsparameter, wie z.B. die Rotationsfrequenz der Trommel, die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Gemisch oder auch der Trommeldurchmesser oder der Typ der eingesetzten Schubzentrifuge auch von dem zu trocknenden Material selbst, dem Gehalt an Flüssigkeit usw. abhängen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen sind in der Regel kontinuierlich arbeitende Filterzentrifugen. Die mehrstufige Filterzentrifuge besteht dabei aus einer äusseren Siebtrommel und mindestens einer in der äusseren Siebtrommel angeordneten Siebstufe, die ebenfalls als Siebtrommel ausgestaltet ist. Dabei können mehrere Siebstufen ineinander konzentrisch angeordnet sein, so dass zwei, drei und mehrstufige Schubzentrifugen realisierbar sind, wobei alle Siebstufen sehr schnell synchron um eine gemeinsame Drehsachse angetrieben werden. Ein zu trennendes fest-flüssig Gemisch gelangt im Betriebszustand kontinuierlich durch ein fest stehendes Einlaufrohr in einen in der innersten Siebstufe angeordneten, ebenfalls synchron mitrotierenden Gemischverteiler und wird auf der innersten Siebstufe über deren ganzen Siebumfang gleichmässig verteilt. Der grösste Teil der Flüssigkeit wird hier bereits abzentrifugiert und es bildet sich ein Feststoffkuchen.
Dabei führt beispielsweise bei einer zweistufigen Schubzentrifuge die innerste Stufe, die auch als erste Stufe bezeichnet wird, neben der Rotationsbewegung um die Drehachse eine Oszillationsbewegung in Richtung der Drehachse aus. Diese oszillatorische Bewegung wird zum Beispiel hydraulisch über einen Schubkolben mit Umsteuermechanismus generiert. Dadurch wird der Feststoffkuchen in Ringabschnitten, entsprechend der Hublänge der Oszillation, von der ersten zur zweiten Stufe geschoben und verlässt die Schubzentrifuge schliesslich über eine Austrittsöffnung. In der Praxis wird dabei der Feststoffkuchen in der Siebtrommel kontinuierlich unter Zugabe von Waschflüssigkeit auf den Feststoffkuchen gewaschen.
Eine bekannte zweistufige Schubzentrifuge, die nach dem zuvor geschilderten Prinzip arbeitet, ist beispielsweise in der DE 25 42 916 A1 eingehend beschrieben. Dabei dient bei zwei- und mehrstufigen Schubzentrifugen die erste Stufe, d.h. die innerste Siebstufe im wesentlichen zur Vorentwässerung des Gemisch, sowie zur Bildung eines Feststoffkuchens, während die äussere Siebtrommel hauptsächlich als Trockenstufe dient. Dadurch, dass mittels der ersten Siebstufe eine Vorentwässerung möglich ist, wird mit mehrstufigen Schubzentrifugen ein deutlich erhöhtes Flüssigkeitsschluckvermögen erreicht, so dass Gemische mit niedrigeren Einlaufkonzentrationen, d.h. mit höherem Flüssigkeitsgehalt verarbeitet werden können.
Obwohl Zentrifugen aller Art seit langem auch für Spezialanwendungen in verschiedensten Ausführungsvarianten wohlbekannt sind, weisen die bekannten Zentrifugen dennoch verschiedene gravierende Nachteile auf. Auch wenn z.B. mit den bekannten mehrstufigen Schubzentrifugen oder Doppelschubzentrifugen niedrigere Einlaufkonzentrationen, d.h. Gemische mit erhöhtem Flüssigkeitsgehalt besser verarbeitet werden können als mit gewöhnlichen einstufigen Schubzentrifugen, darf die Einlaufkonzentration des zu verarbeitenden Gemischs nicht beliebig klein sein. D.h., wenn der Anteil an Flüssigkeit im Gemisch zu hoch ist, beispielsweise 50% oder 70% oder 80% oder gar mehr als 90% Flüssigphase beträgt, muss das Gemisch in mehr oder weniger aufwendigen Verfahren voreingedickt werden. Bei zu hohem Flüssigkeitsgehalt wird nämlich eine gleichmässige Verteilung des zu trocknenden Gemischs über den Umfang der Siebtrommel zunehmend erschwert. Das kann einerseits zu sehr schädlichen Vibrationen der Siebtrommel und damit zu vorzeitigem Verschleiss von Lagern und Antrieb führen; im schlimmsten Fall sogar zu einem Sicherheitsproblem im Betrieb werden. Andererseits bewirkt ein ungleichmässig über den Umfang der Siebtrommel verteilter Feststoffkuchen Probleme beim Waschen. Daher stehen zur Vorentwässerung zum Beispiel statische Eindicker, Bogensiebe oder die bestens bekannten Hydrozyklone zur Verfügung. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz solcher Vorentwässerungssysteme sowohl verfahrenstechnisch als auch apparativ sehr aufwendig und damit teuer ist.
Ein weiterer gravierender Nachteil bei der Verarbeitung von Gemischen kleiner Einlaufkonzentration besteht darin, dass praktisch die gesamte Menge an Flüssigkeit, die mit dem Gemisch zugeführt wird, auf die volle Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, bevor sie durch das Filtersieb der Siebtrommel ausgeschieden wird. Das gleiche trifft auf kleinste Partikel im Gemisch zu, die ebenfalls durch das Sieb vom Feststoffkuchen abschieden werden sollen. Das ist energetisch äusserst ungünstig und beeinflusst das Betriebsverhalten der Zentrifuge deutlich negativ.
Aber selbst bei der Verarbeitung von Gemischen mit deutlich höherer Feststoffkonzentration zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten Zentrifugen zum Teil massive Nachteile. So wird das durch das Einlaufrohr in den Gemischverteiler eingebrachte Gemisch beim Auftreffen auf die Siebtrommel in kürzester Zeit auf die volle Umfangsgeschwindigkeit der Trommel beschleunigt. Insbesondere bei empfindlichen Substanzen kann das unter anderem zu Kornbruch führen, das heisst, dass beispielsweise Feststoffkörner, die in einer der Zentrifuge zugeführten Suspension verteilt sind, bei dem abrupten Beschleunigungsvorgang in unkontrollierter Weise in kleinere Stücke zerbersten, was negative Einflüsse auf die Qualität des produzierten Feststoffkuchens haben kann, wenn beispielsweise die Partikelgrösse der Körner im Endprodukt eine Rolle spielt.
Vor allem bei einstufigen Schubzentrifugen, bei denen der Einlaufspalt oszilliert, sowie bei zwei- oder mehrstufigen Maschinen, wenn diese mit zu dünnen Konzentrationen betrieben werden, kann es neben den oben beschriebenen negativen Effekten auch zu axialem Spritzen aus dem Spalt zwischen Einlaufrohr und Einlaufscheibe kommen. Der Grund dafür ist auch hier, dass die Suspension in Umfangsrichtung zu wenig oder gar nicht vorbeschleunigt wird, so dass es zu einer Art "Reflektion" des zu trocknenden Gemischs beim Auftreffen auf den mit der Trommel mitrotierenden Schubboden, also zu dem erwähnten axialen und / oder zumindest teilweise radialen Spritzen kommt.
Diese Problematik hat die Anmelderin bereits viel früher erkannt und mit der EP 1 468 742 A1 , der EP 1 468 743 A1 , sowie der EP 1 468 744 A1 entsprechende Vorschläge gemacht, wie das Problem insbesondere für einstufige, mehrstufige sowie für Doppelschubzentrifugen in den Griff zu bekommen ist. In den zuvor genannten Patentanmeldungen wurde dabei im wesentlichen vorgeschlagenen, je nach Anforderungen z.B. die Schubbodenvorrichtung mit einem Vorbeschleunigungstrichter, der sich im wesentlichen erweiternd in Richtung zur Einspeiseeinrichtung der Zentrifuge hin erstreckt, wobei der Vorbeschleunigungstrichter bereits als Vorbeschleunigungssieb ausgestaltet ist und so bereits eine gewisse Vorentwässerung leistet.
Als weitergehende Massnahme wurde weiter vorgeschlagen das Vorbeschleunigungssieb des Vorbeschleunigungstrichters mit einem Drehantrieb auszustatten, so dass das Vorbeschleunigungssieb mit einer vorgebbaren Drehzahl rotierbar ist, wodurch eine zu abrupte Umfangsbeschleunigung des einlaufenden Gemischs vermieden werden kann.
Ein weiterer Vorschlag ist es den äusseren Ringbereich der Schubbodenvorrichtung, mit welchem die axiale Verschiebung des Feststoffkuchens in der Trommel bewerkstelligt wird, mit geneigten Beschleunigungsflächen zu versehen, so dass ebenfalls eine sanftere Beschleunigung des auf die innere Siebfläche der Trommel einlaufenden Gemischs möglich wird.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Problematik wird im Folgenden eine schon bekannte und in der Praxis sehr erfolgreiche Lösung für die eingangs beschriebenen Probleme kurz skizziert, wie sie die Anmelderin früher bereits in der EP 1 468 744 A1 vorgeschlagen hatte.
Zur besseren Unterscheidung der vorliegenden Erfindung vom Stand der Technik gemäss Fig. 1 tragen die Bezugszeichen der Fig. 1, die auf Merkmale einer bekannten Lösung gemäss EP 1 468 744 A1 verweisen ein Hochkomma, während die Bezugszeichen der nachfolgenden Figuren 2 bis 3b, die sich auf erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele beziehen, kein Hochkomma tragen.
Die bekannte Schubzentrifuge 1', die im Beispiel der Fig. 1 eine zweistufige Schubzentrifuge ist, dient zur Trennung eines Gemischs 2' in einen Feststoffkuchen 3' und in eine Flüssigphase 4' und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse 5' über eine Trommelachse 51' rotierbare äussere Siebtrommel 6', die in einem Gehäuse G' untergebracht ist. Die Trommelachse 51' steht mit einem nicht dargestellten Trommelantrieb in an sich bekannter Weise in Wirkverbindung, so dass die Siebtrommel 6' durch den Trommelantrieb in schnelle Rotation um die Drehachse 5' versetzbar ist. Innerhalb der äusseren Siebtrommel 6' ist bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1', wie beispielsweise in Fig. 1 anhand einer zweistufigen Schubzentrifuge exemplarisch dargestellt, mindestens eine weitere Siebstufe 14' angeordnet. Desweiteren ist in der Siebtrommel 6' ein Gemischverteiler 7' mit einer Schubbodenvorrichtung 8' und einer Einspeiseeinrichtung 9' vorgesehen, wobei die Siebstufe 14' entlang der Drehachse 5' hin- und herbewegbar angeordnet ist, so dass der Feststoffkuchen 3' mittels der Schubbodenvorrichtung 8' verschiebbar ist. Sowohl die äussere Siebtrommel 6' als auch, wenn wie bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1' vorhanden die Siebstufe 14', weisen dabei Sieböffnungen 61', 141' auf, durch die in bekannter Weise bei schneller Rotation die Flüssigphase 4' aus dem Feststoffkuchen 3' bzw. aus dem Gemisch 2', das bei einstufigen Maschinen auf eine innere Umfangsfläche 62' bzw. auf eine innere Siebstufenfläche 142' der Siebstufe 14' bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1' wie in Fig. 1 aufbringbar ist, durch die auftretenden Fliehkräfte nach aussen abführbar ist.
Innerhalb der Siebtrommel 6' ist hier ein Gemischverteiler 7' mit einer Schubbodenvorrichtung 8' und einer Einspeiseeinrichtung 9' angeordnet, der es gestattet, kontinuierlich durch die Einspeiseeinrichtung 9' zugeführtes Gemisch 2' auf die innere Umfangsfläche 62' der Siebtrommel 6' bzw. bei mehrstufigen Schubzentrifugen auf die Siebstufenfläche 142' der Siebstufe 14' durch Einbringen in einen Leerraum R', der beim Verschieben des Feststoffkuchens 3' entsteht, zu verteilen.
Das Gemisch 2' ist dabei mittels der Einspeiseeinrichtung 9', die hier ein Einlaufrohr umfasst, zur Vorbeschleunigung in den Einlauftrichter 10', 101' einspeisbar, der sich im wesentlichen konisch erweiternd in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 8' hin erstreckt, wobei der Einlauftrichter 101' bei dem speziellen Beispiel der Fig. 1 um eine Antriebsachse 11', 111' drehbar angeordnet und mittels eines Antriebs 12' mit einer vorgebbaren Drehzahl um die Antriebsachse 111' rotierbar ist.
Dadurch, dass das Gemisch 2' im Bereich des Einlauftrichters 10', 101' nicht abrupt, d.h. in kürzester Zeit auf die volle Rotationsgeschwindigkeit der Siebtrommel 6' beschleunigt wird, sind zum Beispiel Kornbruch und andere schädigende Einwirkungen auf das Gemisch 2' verhinderbar und es hat sich später gezeigt, dass auch das eingangs erwähnte axiale Spritzen signifikant reduzierbar ist. Damit sind in der Schubzentrifuge 1' gemäss Fig. 1 insbesondere auch mechanisch sehr empfindliche Stoffe, auch bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Siebtrommel 6' verarbeitbar.
An einem peripheren Bereich ist die Schubbodenvorrichtung 8' derart als Ringbereich 81' ausgebildet, dass mit dem Ringbereich 81' bei einstufigen Schubzentrifugen 1' der in der Siebtrommel 6', und bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1' der in der Siebstufe 14' abgelagerte Feststoffkuchen 3' durch eine Oszillation entlang der Drehachse 5' der Schubbodenvorrichtung 8' und / oder der Siebstufe 14' bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1' aus der Siebtrommel 6', bzw. bei mehrstufigen Schubzentrifugen 1' in die Siebtrommel 6' oder in eine weitere nicht dargestellte Siebstufe 14' verschiebbar ist.
Die Schubbodenvorrichtung 8' rotiert dabei in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel synchron mit der Siebtrommel 6' um die Drehachse 5'. Die oszillatorische Bewegung, die durch den Doppelpfeil in Fig. 1 angedeutet wird, vollführt in dem hier gezeigten Beispiel die Siebstufe 14', während die Schubbodenvorrichtung 8' nicht oszilliert. Somit besteht im Betriebszustand eine oszillatorische Relativbewegung zwischen der oszillierenden Siebstufe 14' und der in axialer Richtung unbeweglichen Schubbodenvorrichtung 8' bzw. der Siebtrommel 6'. Die oszillatorische Bewegung wird bevorzugt mittels eines hier nicht gezeigten Umsteuermechanismus generiert und über eine Schubstange P' übertragen, wobei in einer ersten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung mit dem äusseren Ringbereich 81' der Schubbodenvorrichtung 8' abgelagerter Feststoffkuchen 3' in Ringabschnitten, deren Breite durch die Hublänge der Oszillationsbewegung bestimmt ist, aus Siebtrommel 6' geschoben wird. Während einer zweiten Halbperiode der oszillatorischen Bewegung entsteht der Leerraum R' in der Siebtrommel 6', so dass in den Leerraum R' neues Gemisch 2' einbringbar ist.
Mit der anhand Fig. 1 exemplarisch beschriebenen bekannten Lösung gemäss EP 1 468 744 A1 sowie mit den weiteren Vorschlägen gemäss EP 1 468 742 A1 bzw. EP 1 468 743 A1 konnte die Anmelderin die oben angesprochen Probleme, also das Problem der abrupten Beschleunigung des Gemischs in Umfangsrichtung sowie das oft damit einhergehende axiale und teilweise auch radiale Spritzen im Prinzip für alle gängigen Zentrifugentypen, insbesondere für einstufige, mehrstufige und Doppelschubzentrifugen schon mehr oder weniger optimal lösen.
Wie der Fachmann der vorangehenden Beschreibung der Fig. 1 entnimmt, lösen diese Vorschläge die bekannten Probleme zwar auf hervorragende Weise. Allerdings sind diese Lösungen baulich mehr oder weniger aufwändig und haben damit ihren Preis. Das ist sicher für die Verarbeitung sehr hochwertiger, sehr empfindlicher oder eben auch sehr teurer Produkte, wie sie z.B. typisch für pharmazeutische Anwendungen und dergleichen sind, gerechtfertigt. Häufig besteht aber auch natürlich das berechtigte Bedürfnis nach baulich weniger aufwändigen und damit natürlich wirtschaftlich günstigeren Lösungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es somit eine Zentrifuge bzw. eine Einrichtung für eine Zentrifuge bereitzustellen, mit welcher die eingangs beschriebenen Probleme mit dem abrupten Beschleunigen des zu entfeuchtenden Gemischs bzw. die Probleme mit dem axialen und teilweise radialen Spritzen signifikant reduziert bzw. mehr oder weniger vollständig vermieden werden können, und dies auch für Gemische mit dünnen Einlaufkonzentrationen, also auch für Gemische mit hohem Flüssigkeitsanteil, wobei die Zentrifuge baulich deutlich weniger aufwändig gestaltet sein soll als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, so dass die Zentrifuge bzw. die entsprechenden Komponenten einfacher und billiger hergestellt werden können und letztlich damit auch weniger wartungsanfällig sind, somit längere Wartungsinterwalle möglich sind, wodurch auch die Zuverlässigkeit und letztlich die Betriebskosten optimiert werden können.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 gekennzeichnet.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit eine Zentrifuge zur Trennung eines Gemischs in einen Feststoffkuchen und in eine Flüssigphase. Die erfindungsgemässe Zentrifuge umfasst eine um eine Drehachse rotierbare äussere Siebtrommel und eine darin angeordnete Schubbodenvorrichtung mit einem äusseren Ringbereich, so dass der Feststoffkuchen im Betriebszustand mittels des äusseren Ringbereichs der Schubbodenvorrichtung entlang der Drehachse verschiebbar ist. Darüber hinaus ist eine Einspeiseeinrichtung vorgesehen, mit welcher das Gemisch in einen Leerraum einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens durch die Schubbodenvorrichtung entsteht. Erfindungsgemäss ist zur Vorbeschleunigung des Gemischs an der Schubbodenvorrichtung eine Vorbeschleunigungseinrichtung umfassend ein Vorbeschleunigungsblatt mit einer radial wirkenden Vorbeschleunigungsfläche vorgesehen, deren Flächennormale mit der Drehachse einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst.
Durch die Zentrifuge bzw. durch die Vorbeschleunigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung konnte erstmals erfolgreich demonstriert werden, dass die aus dem Stand der Technik bekannten und oben ausführlich beschriebenen Probleme in den meisten praktischen Fällen durch die Erfindung mit einer ausserordentlich einfachen Anordnung gelöst werden können und in vielen Fällen auf die sehr aufwändigen Massnahmen bzw. Vorrichtungen z.B. gemäss EP 1 468 744 A1 , EP 1 468 742 A1 bzw. EP 1 468 743 A1 verzichtet werden kann. Die im Stand der Technik bestehenden Probleme mit dem abrupten Beschleunigen des zu entfeuchtenden Gemischs bzw. die Probleme mit dem axialen und / oder teilweise radialen Spritzen können durch die Erfindung signifikant reduziert bzw. mehr oder weniger vollständig vermieden werden und dies auch bei der Verarbeitung von Gemischen mit dünnen Einlaufkonzentrationen, also auch für Gemische mit sehr hohem Flüssigkeitsanteil. Dabei ist die erfindungsgemässe Zentrifuge bezüglich der Vorbeschleunigungseinrichtung baulich sehr einfach, also wenig komplex ausgestaltet, so dass die Zentrifuge bzw. die entsprechenden Komponenten der Erfindung einfacher und billiger hergestellt werden können und letztlich damit auch weniger wartungsanfällig sind, somit längere Wartungsinterwalle möglich sind, wodurch auch die Zuverlässigkeit und letztlich die Betriebskosten optimiert werden können. Da das einlaufende Gemisch durch die erfindungsgemässe Vorbeschleunigungseinrichtung zuverlässig auf eine vorgebbare Beschleunigung in Umfangsrichtung vorbeschleunigt wird, wird nicht nur beispielweise der eingangs beschriebene schädliche Kornbruch im Produkt weitestgehend vermieden, sondern die oft sehr stark abrasive Wirkung des einlaufenden Gemischs beim Auftreffen auf die rotierenden Komponenten der Zentrifuge wird deutlich reduziert, wodurch der Verschleiss aller beteiligter Komponenten der Zentrifuge stark reduziert wird und somit die Betriebs- und Wartungskosten einer erfindungsgemässen Zentrifuge insgesamt zusätzlich weiter gesenkt werden können.
Durch den sehr einfachen Aufbau der Vorbeschleunigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung eignet sich diese auch hervorragend zum einfachen Nachrüsten von bereits im Betrieb befindlichen Zentrifugen. Auch das ist ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu den bekannten Lösungsvorschlägen z.B. gemäss EP 1 468 744 A1 , EP 1 468 742 A1 oder EP 1 468 743 A1 , die in der Praxis zwar hervorragende Ergebnisse zeigen können, sich aber kaum zum Nachrüsten bestehender Zentrifugen eignen, weil sie baulich sehr komplex sind und daher in bestehende Zentrifuge praktisch nicht nachrüstbar sind.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorbeschleunigungseinrichtung einfach ein Vorbeschleunigungskreuz umfassend eines oder eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern, die sich im Einbauzustand des Vorbeschleunigungskreuzes im wesentlichen entlang der Drehachse in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstrecken und in Bezug auf eine Umfangsrichtung der Drehachse gegeneinander unter einem vorgebbaren Winkel versetzt angeordnet sein können. Das Vorbeschleunigungsblatt kann dabei in Bezug auf die Drehachse aber auch z.B. schraubenartig ausgestaltet sein, d.h., dass das Vorbeschleunigungsblatt in einem speziellen Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet sein kann, dass sich der Vorbeschleunigungswinkel bevorzugt kontinuierlich im Rahmen eines vorgebbaren Winkelbereiche ändern kann.
In der Praxis kann an der Einspeiseeinrichtung zusätzlich ein Abschirmelement vorgesehen sein, das einerseits einen zusätzlichen Schutz gegen in Richtung zur Einspeiseeinrichtung zurück spritzendes Gemisch bietet und andererseits in gewissem Umfang auch als Leitvorrichtung für das aus der Einspeiseeinrichtung in die Trommel auslaufende Gemisch dienen kann, wobei das Abschirmelement bevorzugt ein sich symmetrisch um die Drehachse erstreckendes Abschirmelement ist. In der Praxis kann das Abschirmelement dabei als ein sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung erweiternder Abschirmtrichter ausgestaltet sein. Ebenso kann das Abschirmelement aber auch parallel zur Schubbodenvorrichtung angeordnet sein und eine flache oder gebogene Geometrie aufweisen.
Um eine noch effektivere und weniger abrupte Vorbeschleunigung des einlaufenden Gemisch zu erreichen kann die Vorbeschleunigungseinrichtung derart ausgestaltet und an der Schubbodenvorrichtung vorgesehenen sein, dass sich zumindest ein Vorbeschleunigungskopf des Vorbeschleunigungsblatts bis in die Einspeiseeinrichtung und / oder bis in das Abschirmelement hinein erstreckt, so dass die Vorbeschleunigung des Gemischs bereits im Bereich des Abschirmelements bzw. in der Einspeiseeinrichtung selbst, also beispielweise bereits im Einspeiserohr stattfindet bzw. dort bereits beginnt und nicht erst ganz in der Nähe des Schubbodens selbst. Dadurch steht noch mehr Zeit für die Vorbeschleunigung des Gemischs zur Verfügung was in einer noch schonenderer Behandlung des Gemischs resultiert und auch die axiale und / oder radiale Tendenz zum Spritzen noch weiter reduziert.
Ganz besonders bevorzugt ist die Vorbeschleunigungseinrichtung mit einem Befestigungsmittel, beispielweise mit Schrauben lösbar mit der Schubbodenvorrichtung verbunden, so dass die Vorbeschleunigungseinrichtung einfach ausgetauscht werden kann oder aber auch einfach in eine bereits bestehende Zentrifuge nachgerüstet werden kann. Dazu kann die Vorbeschleunigungseinrichtung vorteilhaft an einem der Vorbeschleunigungsteller angeordnet sein, der bevorzugt mit dem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung verbindbar ist.
Die erfindungsgemässe Zentrifuge kann dabei beispielsweise eine einstufige oder mehrstufige Schubzentrifuge, eine Doppelschubzentrifuge oder ein anderer Zentrifugentyp sein, da die Verwendung der Vorbeschleunigungseinrichtung zur Vorbeschleunigung des einlaufenden Gemischs grundsätzlich nicht auf einen bestimmten Zentrifugentyp beschränkt ist, was auch die enorme Flexibilität der Erfindung in Bezug auch ihre Einsatzmöglichkeiten in der Praxis eindrucksvoll demonstriert.
Da sich die Vorbeschleunigungseinrichtung unter anderem auch hervorragend zur Nachrüstung in sich bereits im betrieb befindliche Zentrifugen eignet betrifft die Erfindung auch eine Vorbeschleunigungseinrichtung als solches, die ein Vorbeschleunigungsblatt mit einer mindestens radial wirkenden Vorbeschleunigungsfläche umfasst, deren Flächennormale mit der Drehachse einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst. Dabei kann der Vorbeschleunigungswinkel im Bereich von 1° bis 179°, im speziellen zwischen 10° und 170°, bevorzugt zwischen 45° und 135° und besonders bevorzugt 90° sein und / oder das Vorbeschleunigungsblatt kann derart ausgestaltet sein, dass sich der Vorbeschleunigungswinkel bevorzugt kontinuierlich innerhalb mindestens einem der vorgenanntem Winkelbereiche ändert.
In einem sehr einfachen aber für die Praxis sehr wichtigen Ausführungsbeispiel ist die Vorbeschleunigungseinrichtung ein Vorbeschleunigungskreuz umfassend eines oder eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern, wobei das Vorbeschleunigungsblatt in Bezug auf die Drehachse z.B. schraubenartig ausgestaltet sein kann, d.h. dass das Vorbeschleunigungsblatt in einem speziellen Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet sein kann, dass sich der Vorbeschleunigungswinkel bevorzugt kontinuierlich im Rahmen eines vorgebbaren Winkelbereiche ändern kann.
In einem für die Praxis besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorbeschleunigungseinrichtung jedoch einfach ein Vorbeschleunigungskreuz umfassend eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern, die sich im Einbauzustand des Vorbeschleunigungskreuzes im wesentlichen entlang der Drehachse in Richtung zur Einspeiseeinrichtung hin erstrecken und in Bezug auf eine Umfangsrichtung der Drehachse gegeneinander unter einem vorgebbaren Winkel versetzt angeordnet sein können.
Wie oben bereits erwähnt kann die Vorbeschleunigungseinrichtung vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass sie mit einem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung verbindbar ist, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung ganz besonders bevorzugt einen Vorbeschleunigungsteller umfasst, der im Speziellen mit dem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung verbindbar ist und sich damit insgesamt sehr einfach im Wartungsfall austauschen lässt bzw. in eine bestehende Zentrifuge nachrüsten lässt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine aus dem Stand der Technik bekannte zweistufige Schubzentrifuge;
Fig. 2: ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen einstufigen Schubzentrifuge;
Fig. 3a: ein erfindungsgemässes Vorbeschleunigungskreuz in Draufsicht;
Fig. 3b: das Vorbeschleunigungskreuz der Fig. 3a aus Blickrichtung A.

Die Fig. 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ausführungsbeispiel, das eingangs bereits ausführlich beschrieben wurde und daher an dieser Stelle nicht diskutiert werden muss.
Fig. 2 zeigt im Schnitt in einer schematischen Darstellung wesentliche Komponenten eines einfachen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen einstufigen Schubzentrifuge. Es versteht sich, dass die Darstellung der einstufigen Schubzentrifuge lediglich exemplarisch zu verstehen ist und die Beschreibung selbstverständlich auch für die im Rahmen dieser Anmeldung erwähnten anderen Zentrifugentypen in analoger Weise gilt und entsprechend übertragbar ist.
Die erfindungsgemässe einstufige Schubzentrifuge der Fig. 2, die im Folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, dient zur Trennung eines Gemischs 2 in einen Feststoffkuchen 3 und in eine Flüssigphase 4 und umfasst als wesentliche Komponenten eine um eine Drehachse 5 rotierbare äussere Siebtrommel 6 und eine darin angeordneten Schubbodenvorrichtung 8 mit einem äusseren Ringbereich 81, so dass der Feststoffkuchen 3 im Betriebszustand mittels des äusseren Ringbereichs 81 der Schubbodenvorrichtung 8 entlang der Drehachse 5 verschiebbar ist. Des Weiteren ist eine Einspeiseeinrichtung 9 vorgesehen, mit welcher das Gemisch 2 in einen Leerraum R einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens 3 durch die Schubbodenvorrichtung 8 entsteht. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist zur Vorbeschleunigung des Gemischs 2 an der Schubbodenvorrichtung 8 eine Vorbeschleunigungseinrichtung 10 in Form eines Vorbeschleunigungskreuzes bevorzugt umfassend eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern 100, wobei an jedem Vorbeschleunigungsblatt 100 eine zumindest radial wirkende Vorbeschleunigungsfläche 110 vorgesehen ist, deren Flächennormale FN mit der Drehachse 5 einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst, der im vorliegenden ganz speziellen Ausführungsbeispiel 90° beträgt, wie später aus den Fig. 3a bzw. Fig. 3b besser zu erkennen sein wird.
Gut zu erkennen ist das an der Einspeiseeinrichtung 9 vorgesehene Abschirmelement 91, das sich im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 symmetrisch um die Drehachse 5 erstreckt und ein sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung 8 erweiternder Abschirmtrichter 911 ist, der einerseits einen zusätzlichen Schutz gegen in Richtung zur Einspeiseeinrichtung 9 zurück spritzendes Gemisch 2 bietet und andererseits in gewissem Umfang auch als Leitvorrichtung für das aus der Einspeiseeinrichtung 9 in die Trommel auslaufende Gemisch 2 dienen kann.
Die Vorbeschleunigungseinrichtung 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel dabei derart ausgestaltet und an der Schubbodenvorrichtung 8 vorgesehenen, dass sich ein Vorbeschleunigungskopf 101 des Vorbeschleunigungsblatts 100 bis in einen Bereich des Abschirmelement 91 hinein erstreckt und zwar in jeder axialen Stellung der Schubbodenvorrichtung 8.
Wie anhand der Fig. 3a bzw. Fig. 3b besser zu erkennen ist, ist die Vorbeschleunigungseinrichtung mit einem Befestigungsmittel, hier mit Schrauben lösbar mit der Schubbodenvorrichtung 8 verbunden und die Vorbeschleunigungseinrichtung 10 umfasst einen Vorbeschleunigungsteller 11, der Schrauben lösbar mit der Schubbodenvorrichtung 8 verbunden ist.
Die Fig. 3a und Fig. 3b zeigen das Vorbeschleunigungskreuz der Fig. 2 etwas genauer im Detail, wobei Fig. 3a eine Draufsicht auf das Vorbeschleunigungskreuz aus Richtung B gemäss Fig. 3b zeigt und die Fig. 3b eine Seitenansicht des Vorbeschleunigungskreuzes aus Blickrichtung A gemäss Fig. 3a ist.
Die Vorbeschleunigungseinrichtung 10, also das Vorbeschleunigungskreuz gemäss Fig. 3a bzw. Fig. 3b umfasst vier jeweils senkrecht gegeneinander angeordnete Vorbeschleunigungsblätter 100 mit radial wirkenden Vorbeschleunigungsflächen 110, deren Flächennormale FN im Einbauzustand mit der Drehachse 5 einen Vorbeschleunigungswinkel von jeweils 90° einschliesst.
Das Vorbeschleunigungskreuz ist dabei auf einem Vorbeschleunigungsteller 11 aufgeschweisst, der mit Schrauben lösbar mit der Schubbodenvorrichtung 8 verbindbar ist.
Es versteht sich von selbst, dass die Merkmale der zuvor exemplarisch beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsvarianten erfindungsgemässer Zentrifugen bzw. erfindungsgemässer Vorbeschleunigungseinrichtungen je nach Anforderung, in geeigneter Weise auch entsprechend beliebig vorteilhaft kombinierbar sind und der Fachmann versteht ohne weiteres, dass auch weitere, nicht erfinderische Fortbildungen vom beanspruchten Schutzumfang erfasst sind.

Claims

Zentrifuge zur Trennung eines Gemischs (2) in einen Feststoffkuchen (3) und in eine Flüssigphase (4), umfassend eine um eine Drehachse (5) rotierbare äussere Siebtrommel (6) und eine darin angeordnete Schubbodenvorrichtung (8) mit einem äusseren Ringbereich (81), so dass der Feststoffkuchen (3) im Betriebszustand mittels des äusseren Ringbereichs (81) der Schubbodenvorrichtung (8) entlang der Drehachse (5) verschiebbar ist, sowie mit einer Einspeiseeinrichtung (9) mit welcher das Gemisch (2) in einen Leerraum (R) einbringbar ist, der beim Verschieben des Feststoffkuchens (3) durch die Schubbodenvorrichtung (8) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbeschleunigung des Gemischs (2) an der Schubbodenvorrichtung (8) eine Vorbeschleunigungseinrichtung (10) umfassend ein Vorbeschleunigungsblatt (100) mit einer radial wirkenden Vorbeschleunigungsfläche (110) vorgesehen ist, deren Flächennormale (FN) mit der Drehachse (5) einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst.
Zentrifuge nach Anspruch 1, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) ein Vorbeschleunigungskreuz umfassend eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern (100) ist.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vorbeschleunigungsblatt (100) in Bezug auf die Drehachse (5) schraubenartig ausgestaltet ist.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der Einspeiseeinrichtung (9) ein Abschirmelement (91), bevorzugt ein sich symmetrisch um die Drehachse (5) erstreckendes Abschirmelement (91).
Zentrifuge nach Anspruch 4, wobei das Abschirmelement (91) ein sich in Richtung zur Schubbodenvorrichtung (8) erweiternder Abschirmtrichter (911) ist oder das Abschirmelement (91) parallel zur Schubbodenvorrichtung (8) angeordnet ist und eine flache oder gebogene Geometrie aufweist.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) derart ausgestaltet und an der Schubbodenvorrichtung (8) vorgesehenen ist, dass sich zumindest ein Vorbeschleunigungskopf (101) des Vorbeschleunigungsblatts (100) bis in die Einspeiseeinrichtung (9) und / oder bis in das Abschirmelement (91) hinein erstreckt.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) mit einem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung (8) verbunden ist.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) einen Vorbeschleunigungsteller (11) umfasst, der bevorzugt mit dem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung (8) verbunden ist.
Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zentrifuge eine einstufige oder mehrstufige Schubzentrifuge oder eine Doppelschubzentrifuge ist.
Vorbeschleunigungseinrichtung für eine Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung ein Vorbeschleunigungsblatt (100) mit einer radial wirkenden Vorbeschleunigungsfläche (110) umfasst, deren Flächennormale (FN) mit der Drehachse (5) einen von Null Grad verschiedenen Vorbeschleunigungswinkel einschliesst.
Vorbeschleunigungseinrichtung nach Anspruch 10, wobei der Vorbeschleunigungswinkel im Bereich von 1° bis 179°, im speziellen zwischen 10° und 170°, bevorzugt zwischen 45° und 135° und besonders bevorzugt 90° ist und / oder wobei das Vorbeschleunigungsblatt (100) derart ausgestaltet ist, dass sich der Vorbeschleunigungswinkel bevorzugt kontinuierlich innerhalb mindestens einem der vorgenanntem Winkelbereiche ändert.
Vorbeschleunigungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) ein Vorbeschleunigungskreuz umfassend eine Mehrzahl von Vorbeschleunigungsblättern (100) ist.
Vorbeschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Vorbeschleunigungsblatt (100) in Bezug auf die Drehachse (5) schraubenartig ausgestaltet ist.
Vorbeschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass sie mit einem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung (8) verbindbar ist.
Vorbeschleunigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Vorbeschleunigungseinrichtung (10) einen Vorbeschleunigungsteller (11) umfasst, der bevorzugt mit dem Befestigungsmittel lösbar mit der Schubbodenvorrichtung (8) verbindbar ist.