DE1246676B - Klaervorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 d -1/01

Nummer: 1246 676

Aktenzeichen: J 20587IV a/12 d

Anmeldetag: 28. September 1961

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Klärvorrichtung zur kontinuierlichen Naß-Sedimentation von Suspensionen.

In der industriellen Praxis wird die kontinuierliche Naß-Sedimentation von Suspensionen in zylindrischen oder rechteckigen Behältern, die als sogenannte Eindickvorrichtungen bezeichnet werden, vorgenommen. Die Speisung erfolgt gewöhnlich durch einen Zuleitungsschacht in der Mitte an der Oberseite des Behälters. Die Schlämme setzen sich unterhalb des Zuleitungsschachts ab. Die Eindicker sind auch mit langsam umlaufenden Rührrechen versehen, welche die eingedickte Schlammablagerung zu der am Boden der Vorrichtung in der Mitte vorgesehenen Austrittsöffnung transportieren. Die klare Flüssigkeit fließt in Umfangsrichtung und wird im Überlauf über ein Umfangswehr abgezogen. Von dieser herkömmlichen Bauart wurde eine Reihe modifizierter Ausführungsformen entwickelt.

Es ist seit langem bekannt, daß die Klärung von Suspensionen in einem Behälter mit schräg gestellten Plattenpaketen mit größerer Geschwindigkeit vor sich geht als in einer vertikalen Säule. Es sind solche Vorrichtungen bekannt, bei welchen schräg geneigte Platten in einen Eindickbehälter eintauchen, um die Absetzkapazität der Eindickvorrichtung zu erhöhen. Es ist ferner eine Klärvorrichtung mit schräg gestellten Platten bekannt, bei welcher die sich im Oberteil der geschlossenen Klärglocke ansammelnde Luft durch ein nach dem Überlaufprinzip arbeitendes Wasserabflußsystem abgesaugt wird. Obwohl auf richtigen Prinzipien beruhend, haben bisher derartige Vorrichtungen wegen konstruktiver Unvollkommenheiten nur sehr begrenzt Anwendung gefunden.

Zur Vermeidung der bestehenden Mängel wird eine Klärvorrichtung, die aus einem offenen Behälter mit schräg gestellten Plattenpaketen besteht, erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet, daß die Plattenpakete aus Sedimentationselementen aufgebaut sind, von denen jedes ein schmaler rhomboidischer Kasten ist, der an seinem Boden offen, an den Seiten und oben jedoch geschlossen ist, wobei der geschlossene Oberteil mit einem Saugheber versehen ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Eintrittsglied des Saughebers aus einem mit Öffnungen versehenen Rohr, welches sich im oberen Teil des rhomboidischen Kastens waagerecht über die gesamte Breite des Kastens erstreckt. Zweckmäßig sind dabei die Öffnungen des Rohres gegen die stumpfe obere Kante des Kastens gerichtet. Der Saugheber kann mit einem gegebenenfalls auto-Klärvorrichtung

Anmelder:

Insinööritoimisto-Engineering Bureau
R. T. Hukki,
Otakallio, Otaniemi (Finnland)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Risto Tapahi Hukki,
Otakallio, Otaniemi (Finnland)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 28. September 1960 (9264)

matisch betätigten Stellventil zur Regelung der Flüssigkeitsströmung versehen sein.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung wird für die gesamte Kläreinrichtung eine erheblich verbesserte Arbeitsweise erzielt, die von den herkömmlichen Klärvorrichtungen mit schräg geneigten Platten wesentlich abweicht und dazu führt, daß die Eindickkapazität bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Klärvorrichtung um ein Vielfaches größer ist als bei den bekannten Klärvorrichtungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

A b b. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch ein gemäß der Erfindung vorgesehenes Sedimentationselement,

A b b. 2 die zugehörige Vorderansicht,

Abb. 3 eine Seitenansicht des aus einer Gruppe von Sedimentationselementen bestehenden Aggregates,

A b b. 4 die Gesamtansicht einer Klärvorrichtung gemäß der Erfindung.

Die A b b. 1 und 2 zeigen einen als Sedimentationselement dienenden schmalen, schräg geneigten rhomboidischen Sedimentationskasten 1, der an seinem Boden offen, an den Seiten und oben jedoch geschlossen ist. Eine Platte 2 unterteilt den unteren Teil des Kastens 1 in einen Eintrittskanal 3 und einen Auslaßkanal 4. Innerhalb des geschlossenen Oberteils des Kastens 1 ist ein mit Öffnungen versehenes

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Rohr 5 angeordnet, welches sich waagerecht über die gesamte Breite des Kastens erstreckt: Die klare Flüssigkeit wird mittels eines mit einem Fortsatz des Rohres 5 verbundenen Saughebers 6 abgeführt. Der Heber weist — wie dargestellt — ein durchsichtiges Schaurohr 7, ein Ventil'8'und'ein Ablaßventil9 auf. Das Ventil 8 dient\zum Anlegen eines äußeren Vakuums bei der Inbetriebnahme. Die in dem Kasten 1 hervorgerufene· Saugwirkung wird von Hand oder automatisch durch f das Ventil 9 gesteuert. Die Lochung des Rohres 5, die in mannigfacher Weise ausgebildet sein kann, ist vorzugsweise gegen die stumpfe obere Kante des Kastens 1 gerichtet. Das Rohr 5 kann an beiden Enden mit Gewinde zum.. Anschluß des Hebers an einem oder an beiden Enden versehen sein. Ist nur ein Heber vorgesehen, so muß das andere Ende des Rohrs 5 verschlossen sein. Ein Ventil 10 an der Oberseite des Kastens 1 dient zum Luftein- bzw. -austritt je nach den besonderen Erfordernissen vor der Inbetriebnahme bzw. nach Stillsetzung der, ,Anlage. · . ■

Das in den A b b. i und 2 dargestellte rhomboidische Sedimentationselement besitzt eine Schrägneigung von 60°. Es wurden jedoch Versuche bei verschiedenen Neigungen im Bereich von 30 bis zu 80° vorgenommen. Die Schrägneigung kann selbstverständlich innerhalb vernünftiger Grenzen ohne wesentliche Änderung der prinzipiellen Wirkungsweise variiert werden.

Um eine beliebige Anzahl von Elementen in einfacher Weise zu einem in A b b. 3 dargestellten Sedimentationsaggregat bzw. einer Sedimentationsbatterie zusammenfassen. zu können, sind an den Kästen 1 Haken 11 und Ansätze bzw. Ösen 12 vorgesehen. Träger 13, die an beiden Seiten des Aggregats unterhalb der'Ansätze 12 angelegt werden, können eine beliebige Anzahl von Elementen tragend aufnehmen. Falls der Sedimentationsaggregat beispielsweise an dem Randbord des Sedimentationsbehälters eingehängt werden soll, können entsprechende Fortsätze 14 vorgesehen sein. Die Elemente können an den Trägern 13 mittels Bolzen 15 oder sonst in geeigneter Weise befestigt werden. Mit Hilfe einer derartigen Anordnung kann jedes beliebige Element in einfacher Weise herausgenommen und durch ein neues ersetzt werden. Selbstverständlich kann das Aggregat in verschiedener Weise aufgebaut sein, beispielsweise aus vorgeformten oder vorgepreßten Formteilen, die bei Aneinanderreihung das aus A b b. 3 ersichtliche charakteristische Gebilde ergeben.

Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform eines fertigen, vollständigen Sedimentationsapparats gemäß der Erfindung. Das Sedimentationsaggregat 16 ist dabei so in einen Sedimentationsbehälter 17 eingesetzt, daß die Oberseite des Aggregats wesentlich unterhalb des Behälterrandes liegt. Der Zulauf erfolgt über eine Leitung 18 zunächst in ein an dem Behälter 17 angebrachtes Zulauf- bzw. Speisegefäß 19. Aus dem Gefäß 19 gelangt der zugeführte Brei bzw. Suspension über ein Überlaufwehr 20 ohne unerwünschte Turbulenz in den Behälter 17. Im kontinuierlichen Betrieb hat das Niveau der Schlämme in dem Behälter 17 etwa die durch die Linien 21 angedeutete Lage. Das Sedimentationsaggregat taucht vollständig oder im wesentlichen vollständig in die Suspensionsmasse ein. Zur Sicherung kann der Behälter mit einem Überlauf 22 versehen sein, um zu verhindern, daß der Behälter 17 bei einer Störung an allen Seiten überläuft.

Im folgenden wird das Prinzip des Materialflusses im kontinuierlichen Betrieb beschrieben:

Sobald die zugeführte Suspension an einer oder an mehreren Stellen in den Behälter 17 eingetreten ist, muß die Hauptströmung in Richtung nach unten erfolgen, da in der in A b b. 4 gezeigten Vorrichtung keine normale Uberlaufmöglichkeit vorgesehen ist. Die Suspension sinkt daher in dem von den Seitenwandungen des ,Aggregats 16 und der Wandung des

ίο Behälters 17 begrenzten Zwischenraum abwärts.

Ein bestimmter Bruchteil, der aus den gröbsten

Feststoffteilen zusammen mit einigen feineren Teilen besteht, sinkt weiter abwärts direkt in den konischen ..Fortsatz 23 im Boden des Behälters 17. Der übrige Teil der Suspension fließt jedoch in die Eintrittskanäle des Aggregats 16 und wird nach Änderung der Strömungsrichtung- in-den SedimentätionSelementen unter dem Einfluß der durch den Austritt der Flüssigkeit über den Heber 6 verursachten Saug-

ao wirkung laminar nach oben zu steigen beginnen.

Die in den Sedimentationselementen abgetrennten Feststoffe treten unter der Einwirkung der Schwerkraft und des hydrostatischen Drucks durch die offenen Austrittskanäle 4 ebenfalls in den Ansatz 23 aus, während die flüssige Fraktion durch die Heber 6 mit der jeweils erwünschten Geschwindigkeit abgelassen wird. Die beiden Ströme der Eindickungsprodukte sammeln sich in dem Ansatz 23 und werden durch Austrittsöffnungen 24 aus der Vorrichtung abgelassen. Die Flüssigkeitsfraktionen aus den Saughebern 6 werden in einem Sammelbehälter 25 gesammelt.

Dem Fachmann ist dabei bekannt, daß für die Entnahme der flüssigen Fraktionen unter kontrolliertem Saugdruck sowie für die Sammlung dieser Fraktionen in einer gemeinsamen Strömung eine Reihe verschiedener Möglichkeiten bestehen. Ebenso gibt es auch verschiedene Verfahren zum Ablassen der eingedickten Fraktion; herkömmlich sind kontrollierte Schwerkraftströmung und Abpumpen mittels Diaphragmapumpen. Schließlich können in dem Ansatz 23 verschiedenartige mechanische Vorrichtungen zur weiteren Eindickung der abgesetzten Feststoffe sowie zum Transport des Schlammes an die Ablaßstellen vorgesehen sein.

Ein bedeutsames Anwendungsgebiet für die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht in einer Kombination, bei welcher eine beliebige Anzahl von Sedimentationsaggregaten 16 in einen herkömmlichen Eindicker eingesetzt werden, wodurch dessen Kapazität wesentlich erhöht wird. In diesen Fällen kann die Wirkungsweise auch so eingerichtet werden, daß die Entnahme der Flüssigkeit teilweise durch Überlauf, wie nach dem herkömmlichen Verfahren, und teilweise mittels kontrollierter laminarer Strömung durch die Aggregate erfolgt. Die endgültige Abscheidung der eingedickten Fraktion erfolgt nach dem herkömmlichen Verfahren.

Die Wirksamkeit der Erfindung im allgemeinen und ihre Anwendbarkeit in Verbindung mit einem Eindickapparat herkömmlicher Bauart im besonderen läßt sich an Hand der folgenden Versuchsergebnisse zeigen, die typisch für eine große Anzahl von in verschiedenen Industrieanlagen vorgenommenen Experimenten sind:

Hierzu wurden Testelemente, die im wesentlichen wie vorstehend beschrieben gemäß der Erfindung ausgebildet waren, in eine herkömmliche Eindick-

vorrichtung eingetaucht, wie sie in einer Mineral-Aufbereitungs-Anlage in Betrieb ist. Sodann wurden gleichzeitig Proben aus dem mit normaler Geschwindigkeit abgelassenen Überlauf der Eindickvorrichtung sowie aus Strömen entnommen, die mit verschiedenen, jeweils gemessenen Geschwindigkeiten durch die mit den Testelementen verbundenen Saugheber abgelassen wurden. Die Proben wurden auf ihren Gehalt an Feststoffen analysiert. Die Kapazität zur Flüssigkeitsabtrennung wurde in beiden Fällen in Litern Flüssigkeit pro Quadratmeter horizontale Querschnittsfläche und Minute angegeben. Im folgenden ist ein typisches Versuchsergebnis wiedergegeben:

Herkömmliche
Eindickvorrichtung

Versuchsvorrichtung
gemäß der
Erfindung

Strömungsgeschwindigkeit in Litern/m²/min

130

500

680

880

1100

1480

1990

Prozent

Feststoffe in der

entnommenen

Flüssigkeit

1,12 bis 1,28

0,25 0,43 0,87 0,98 1,08 1,14 1,27 1,45

Wie ersichtlich, ist für die Abscheidung von Flüssigkeit gleicher Klarheit die in Litern/m²/min ausgedrückte Kapazität der Versuchsvorrichtungen gemäß der Erfindung 15- bis 25mal größer, als die Kapazität der herkömmlichen Eindickvorrichtung ist. Für gleiche Kapazität beträgt der Feststoffgehalt der mit der Versuchsvorrichtung gemäß der Erfindung erhaltenen Flüssigkeit nur 20 °/o des im Überlauf der herkömmlichen Eindickvorrichtung mitgeführten Feststoffgehaltes.

Qualitativ kann man feststellen, daß unter sonst unveränderten Bedingungen die Kapazität des Sedimentationsaggregats um so größer ist, je kleiner der Neigungswinkel der Platten gegenüber der Horizontalen ist. Eine unter 45° geneigte Vorrichtung besitzt daher eine höhere Kapazität als eine unter einem Winkel von 60° angeordnete gleichartige Vorrichtung. Ferner kann man sagen, daß die Trennung um so wirksamer ist, je dünner und langer das Element ist.

Es ist auch noch interessant festzustellen, daß die Kapazität der Sedimentationseinheit gemäß der Erfindung so groß ist, daß es schwierig, wenn nicht geradezu unmöglich ist, sie unter normalen Laboratoriumsbedingungen zu untersuchen. Daher wurden alle Testversuche in Industrieanlagen unter normalen Verfahrensbedingungen unternommen.

Die Sedimentationsvorrichtung gemäß der Erfindung kann so ausgebildet werden, daß sie keine beweglichen Teile besitzt. Falls erwünscht, kann jedoch das Sedimentationsaggregat eine Vibration erfahren, insbesondere um den Austritt der abgesetzten Feststoffe durch die Austrittskanäle 4 zu unterstützten. In gleicher Weise kann auch der Sedimentationsbehälter mit einem oder mehreren Vibratoren versehen werden, die vorzugsweise an der Außenseite des Behälters angeordnet werden. Schließlich kann der Sedimentationsbehälter mit mechanischen Vorrichtungen zur Unterstützung der Abfuhr der abgesetzten Feststoffe versehen werden, wie bereits weiter oben ausgeführt. Grundsätzlich kann das Sedimentationsaggregat aus jedem Material hergestellt sein, das in der Flüssigkeit, in welche es eingetaucht wird, weder löslich ist noch stark korrodiert wird.

Die Saugheber besitzen von Haus aus die Fähigkeit, mögliche Betriebsschwankungen auszugleichen. Mit zunehmender Höhe des Suspensions-Flüssigkeits-Standes in dem Behälter wächst der hydrostatische Druck, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit in

ao den Saughebern sich ebenfalls erhöht; für abnehmende Höhe des Suspensions-Flüssigkeits-Standes gilt das Umgekehrte.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in allen Fällen verwendet werden, wo die Feststoffe, seien es organische, anorganische oder metallische, sich in der umgebenden Flüssigkeit absetzen können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Klärvorrichtung, bestehend aus einem offenen Behälter mit schräggestellten Plattenpaketen, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenpakete aus Sedimentationselementen aufgebaut sind, von denen jedes ein schmaler rhomboidischer Kasten (1 in A b b. 1 bis 3) ist, der an seinem Boden offen, an den Seiten und oben jedoch geschlossen ist, wobei der geschlossene Oberteil mit einem Saugheber (5, 6, 7 in A b b. 2) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsglied des Saughebers ein mit öffnungen versehenes Rohr (5) ist, welches sich im oberen Teil des rhomboidischen Kastens waagerecht über die gesamte Breite des Kastens erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen des Rohres (5) gegen die stumpfe obere Kante des Kastens (1) gerichtet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugheber mit einem gegebenenfalls automatisch betätigten Stellventil zur Regelung der Flüssigkeitsströmung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 20 882, 43 066,
78 476, 89 701, 515 105, 597 301;

schweizerische Patentschrift Nr. 252 745;

belgische Patentschrift Nr. 526 361;

britische Patentschriften Nr. 15 514 (1905),
318 558.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen