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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfeuchtung von
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Schlamm im Zentrifugalfeld einer Vollmantel-Zentrifuge.
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Bei der Entfeuchtung von Schlamm, insbesondere von feindispersen Schlämmen,
die durch Sedimentation aus einer Suspension in Dekantierzentrifugen anfallen, ist
zu beobachten, daß die Restfeuchte um so niedriger ist, je größer die Radialbeschleunigung
ist, je niedriger die Differenzdrehzahl zwischen einem Außenrotor und einem Innenrotor
mit einer Förderschnecke liegt und je größer der Feststoffdurchsatz ist. Aus diesen
drei genannten Variablen läßt sich unter Berücksichtigung des oben angegebenen Zusammenhangs
eine sogenannte Pressungszahl ermitteln. Während in bestimmten Bereichen der Pressungszahl
die Restfeuchte kontinuierlich abnimmt, beobachtet man jedoch von einer bestimmten
Größe der Pressungszahl ab bei weiterer Zunahme dieser Pressungszahl eine gleichbleibend
große Restfeuchte. Mit anderen Worten, über einer bestimmten Grenze der Pressungszahl
läßt sich keine weitere Verminderung der Restfeuchte mehr erreichen.
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Physikalisch ist diese Beobachtung so zu erklären, daß bei dieser
Grenz-Restfeuchte alle Partikeln zueinander Festkörperkontakt haben und sich somit
die niedrigste mögliche Packungsdichte eingestellt hat. Dieser theoretisch mögliche
Wert der Grenzrestfeuchte liegt jedoch weit unterhalb derjenigen Werte, die in gerätetechnisch
realisierten Sedimentations-Zentrifugen erreicht werden können. Zumindest ist es
bisher bei großtechnischen Vorrichtungen nicht gelungen, die oben erlä,uterte Grenz-Restfeuchte
zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Vorrichtung zur
Entfeuchtung von Schlamm im Zentrifugalfeld der eingangs näher genannten Art zu
schaffen, durch weicher die Restfeuchte des Schlammes auch bei verhältnismäßig niedriger
Pressung des Schlammes derart stark vermindert wird, daß die theoretisch mögliche
Grenz-Restfeuchte, die auch als Plateaufeuchte bezeichnet
wird,
praktisch mit verhältnismäßig geringem -technisch-wirtschaftlichem Aufwand erreicht
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß innerhalb einer
mit dem Schlamm beschickten rotierenden Vollmantel-Trommel Agitator-Elemente angeordnet
sind, die als Vibrator-oder Rührorgane ausgebildet sind, welche gegenüber dem Schlamm
eine Relativbewegung ausführen, durch die unabhängig von einer Förderwirkung mechanische
Bewegungsenergie in den Schlamm eingebracht wird.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird ein Entwässerungseffekt
überraschenderweise dadurch erzielt, daß verdichtbare Schlämme dadurch auf eine
besonders geringe Restfeuchte gebracht werden können, daß sie im Zentrifugalfeld
mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, die zu lokalen Verdichtungen und
zur Ausbildung von Scherfugen führen, durch welche Flüssigkeit radial nach innen
abfließen kann.
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Vorzugsweise können in dem Schlamm periodische mechanische Beanspruchungen
erzeugt werden, beispielsweise durch Agitator-Elemente, die als Vibratoren ausgebildet
sind. Über die Oberfläche eines solchen Vibrators, der innerhalb des Schlammes Schwingbewegungen
ausführt, werden lokale mechanische Beanspruchungen in Form von Verdichtungen hervorgerufen
die Flüssigkeit freisetzen, welche durch geeignete Kanäle, radial nach innen fließt,
wobei diese Abflußkanäle für die Flüssigkeit entweder entlang den Agitator-Elementen
verlaufen oder sich auch von selbst bilden können.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
kann auch vorgesehen sein, daß Agitator-Elemente als Rührorgane ausgebildet sind,
die drehbar angeordnet sind und mit einer gegenüber der Trommel unterschiedlichen
Drehzahl antreibbar sind. Dabei ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen,
daß
eine in vorgebbarer Weise steuerbare Drehzahldifferenz zwischen der Trommel und
den Rührorganen einstellbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht
vor, daß die Rührorgane als Rührblätter oder Leitbleche ausgebildet sind, deren
Anstellwinkel verstellbar ist.
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Gute Ergebnisse können auch dadurch erreicht werden, daß durch die
Rührorgane der Schlamm alternierend durch eine in Umfangsrichtung oder in Axialrichtung
hin und her gehende Bewegung beaufschlagbar ist.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
zeichnet sich dadurch aus, daß die Rührorgane derart ausgebildet sind, daß mit der
Einbringung von mechanischer Energie und der damit verbundenen Scherwirkung zugleich
eine Förderwirkung in einer vorgebbaren Richtung ausgeübt wird.
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Die angestrebte Entwässerung des Schlammes kann auch dadurch erreicht
werden, daß die Rührorgane in einer Richtung parallel zur Drehachse der Trommel
hin und her bewegbar angeordnet sind.
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Zur Anpassung an das jeweils verarbeitete Gut kann dabei vorgesehen
sein, daß der Hub, die Geschwindigkeit und/oder der Anstellwinkel von als Rührflächen
ausgebildeten Rührorganen einstellbar sind. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung,
anstatt einer Rotationsbewegung oder anstatt einer hin und her gehenden Bewegung
der Agitator-Elemente die Anordnung derart zu treffen, daß die Rührorgane derart
ausgebildet und angeordnet sind, daß sie innerhalb der Trommel eine Taumelbewegung
ausführen.
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Es können gemäß der Erfindung vorzugsweise Einzelgeräte gebaut werden,
die den eingedickten Schlamm beispielsweise aus einem Unterlauf eines Eindickers
oder aus einem normalen Dekanter aufnehmen und nur als letzten Behandlungsschritt
eine besonders gute Entwässerung durchführen. Somit kann vorzugsweise vorgesehen
sein,
daß die Rührorgane in einer Entfeuchtungsvorrichtung angeordnet sind, die einer
herkömmlichen Schlammbehandlungsmaschine. nachzuschalten ist.
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Ebenso kann die erfindungsgemäße Beaufschlagung des Schlammes mit
mechanischer Energie auch in einem Nachschaltgerät in eine bestehende Zentrifuge
eingebaut oder an eine Zentrifuge angebaut werden, insbesondere also in Verbindung
mit einem Dekanter verwendet werden. Somit sieht eine weitere bevorzugte Ausführungs
form des Erfindungsgegenstandes vor, daß die Rührorgane in wenigstens einer Entfeuchtungsstufe
innerhalb einer herkömmlichen Zentrifuge wie einer Dekantierzentrifuge angeordnet
sind. Vorzugsweise ist dabei die Anordnung so getroffen, daß die Rührorgane im Bereich
des Übergangs vom Zylinder zum Konus angeordnet sind.
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Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Dekantierzentrifuge
kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Rührorgane in einer herkömmlichen Dekantierzentrifuge
im Bereich der Schnecke angeordnet sind, so daß außer der Förderwirkung auf den
Schlamm zugleich eine Scherwirkung ausgeübt wird.
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Dabei ist es vorteilhaft, daß die Rührorgane zwischen den Schneckenblättern
angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsform dieser Variante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung läßt sich auch die Anordnung derart treffen, daß die Rührorgane aus
Teilen der Schneckenblätter bestehen, die durch entsprechende Formen eine Scherwirkung
auf den Schlamm ausüben.
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Ebenso ist es möglich, die erwünschte erhöhte Scherung des Schlammes
dadurch zu erreichen, daß die Schneckenblätter im Außenumfangsbereich radiale Schlitze
aufweisen. Auf diese Weise wird ein Teil des Schlammes durch die radialen Schlitze
zurückfließen.
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Um die Förderwirkung zu verbessern, sieht eine weitere vorteilhafte
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vor, daß die zwischen den Schlitzen vorhandenen
Flächenbereiche eine Schränkung aufweisen, so daß eine Anordnung nach Art von Turbinenschaufeln
gebildet ist.
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Um die Förderwirkung weiter zu erhöhen, kann auch vorgesehen sein,
daß an der Trommel radial nach innen ragende Rührorgane angeordnet sind. Eine besonders
hohe Scherwirkung wird dabei dadurch erzeugt, daß die Rührorgane als turbinenschaufelartig
ausgebildete Leitbleche ausgebildet sind. Um unterschiedlichen Schlämmen optimal
gerecht zu werden, ist weiterhin vorgesehen, daß der Anstellwinkel der Leitbleche
einstellbar ist.
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Eine besonders starke Scherwirkung ergibt sich auch bei einer Anordnung,
welche sich dadurch auszeichnet, daß die Rührorgane als axial hin und her gehende,
kammartig miteinander verzahnte Rotoren ausgeführt sind.
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Besonders geringe Restfeuchten lassen sich bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorzugsweise dadurch erreichen, daß eine hin und her gehende Bewegung
der Agitator-Elemente herbeigeführt wird, unabhängig davon, ob die Bewegung grundsätzlich
rotatorisch oder translatorisch erfolgt.
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Um die erfindungsgemäßen Vorteile einer besonders guten Entfeuchtung
des Schlammes zu erreichen, ist es nicht unbedingt erforderlich, eine entsprechende
Vorrichtung kontinuierlich zu betreiben. Ein chargenweiser Betrieb hat viele Vorteile:
Entsprechend dem bei höherer Eindickung des Schlammes entstehenden höheren Drehmoment
kann man zum Ende der Bearbeitung einer Charge hin die Drehzahl vermindern und bei
ganz geringer Drehzahl des Außenrotors oder sogar bei dessen Stillstand den eingedickten
Schlamm austragen.
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Man kann auch energiesparend bei geringer Trommeldrehzahl Schlamm
einfüllen, dann die Vorrichtung auf hohe Drehzahlen hochfahren und bei hoher Drehzahl
entwässern. Wenn das Drehmoment während des Betriebes der Vorrichtung gemessen wird,
läßt sich anhand steigender Stromaufnahme des Antriebsmotors die Konsistenz des
Schlammes und die somit bereits erreichte Entfeuchtung messen. Wenn die Schaufeln
oder Rührorgane, die auch als Leitbleche ausgebildet sein können und jedenfalls
als Agitator-Elemente wirken, nach Art von Turbinenschaufeln angestellt sind, kann
bei sehr geringer Drehzahl der Schlamm ausgetragen werden.
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Dazu wird eine zylindrische Vollmanteltrommel nur zum Teil mit den
Agitator-Elementen in Form von Scherblättern an der Schnecke und der Trommel ausgerüstet.
Der Zulauf ist auf der Rückseite der Trommel angeordnet. Der entwässerte Schlamm
wird nach vorne in das freie Stück der Trommel transportiert, und von dort wird
er mit einer Schäleinrichtung ähnlich wie bei einer Schälzentrifuge ausgeräumt.
Die nach oben hin ausgetretene Flüssigkeit wird vorher mit einem Flüssigkeits-Schälrohr
abgezogen.
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Die Maschine kann auch so ausgebildet sein, daß eine längere zylindrische
Vollmanteltrommel von einer in axialer Richtung relativ kurzen Scher-Schnecke axial
hin und her durchfahren wird, wobei sich die Scher-Schnecke natürlich relativ zur
Trommel dreht.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine
Schlammentwässerungsvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine alternative
Ausführungsform einer Schlammentwässerungsvorrichtung,
Fig. 3 Ausführungsbeispiele
für Agitator-Elemente, die zwischen den Schneckenblättern einer Förderschnecke angeordnet
sind, und Fig. 4 eine abgewandelte Förderschnecke, bei welcher die Schneckenblätter
in ihrem äußeren Umfangsbereich Agitator-Elemente aufweisen.
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Gemäß der Darstellung in der Figur 1 ist ein Außenrotor 10 beiderseitig
in Wälzlagern 20 drehbar gelagert angeordnet. Der Außenrotor 10 weist eine Vollmantel-Trommel
12 auf, die verhältnismäßig schwach konisch ausgebildet ist. An diese Trommel schließt
sich auf der einen Seite, zu welcher sich der Konus öffnet, ein tiefkonischer Teil
13 an. Dieser t:iefkonische Teil 13 könnte auch als Doppelkonus bezeichnet werden,
der im wesentlichen einen ringförmigen Raum bildet, der zu wesentlichen Teilen weiter
radial nach außen reicht als der Innenraum des Außenrotors 10. Innerhalb des Außenrotors
10 ist konzentrisch ein Innenrotor 11 drehbar gelagert. Der Innenrotor 11 ist gemäß
der Darstellung in der Figur 1 über beiderseitige Gleitlager 21 in der Welle des
Außenrotors 10 drehbar gelagert. Sowohl der Außenrotor 10 als auch der Innenrotor
11 tragen turbinenschaufelartige Leitbleche 14 bzw. 15, die als Agitator-Elemente
auf den Schlamm einwirken. Die Leitbleche 14 sind in den Außenrotor 10 von außen
eingeschraubt und vorzugsweise in ihrem Anstellwinkel verstellbar. Die Leitbleche
15 des Innenrotors 11 sind an dessen Grundkörper angeschweißt.
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Der voreingedickte Schlamm wird über eine Pumpe durch ein feststehendes
Einlaufrohr 16, welches in einem mit dem Maschinenrahmen verbundenen Klemmstück
17 befestigt ist, in den Innenraum der Maschine eingeführt. Der Schlamm tritt durch
eine Öffnung 18 in den Zwischenraum zwischen dem Innenrotor 11 und dem Außenrotor
10 ein. Die beiden Rotoren laufen mit einer Differenzdrehzahl um, die durch ein
Planetlengetriebe erzeugt werden kann.
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Da die als Leitbleche, als Schaufeln oder als Bolzen ausgebildete
Agitator-Elemente kammartig von außen und innen ineinander greife wird der Schlamm
zwischen diesen Agitator-Elementen geschert.
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Dabei wird Flüssigkeit- abgetrennt, die wegen ihres geringeren spezifischen
Gewichtes die Tendenz haut, radial nach innen zu strömen. Die äus dem Schlamm abgeschiedene
Flüssigkeit bildet auf der radial inneren Seite des Schlammes eine Flüssigkeitsschicht
deren Innendurchmesser durch eine kreisringförmige Stauscheibe 30 eingestellt werden
kann.
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Der Schlamm wird durch die Fliehkraft zu der weiter geöffneten Seite
des Konus hin transportiert und tritt in den tiefkonischen Teil 13 ein. Der Schlammtransport
kann durch geeignete Wahl der Anordnung und Form der Leitbleche 14 und 15 beschleunigt
oder auch verzögert werden.
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An dem umlaufenden Rand des Doppelkonus, welcher den tiefkonische:
Teil 13 des Außenrotors 10 bildet, wird der stark eingedickte Schlamm entweder kontinuierlich
durch eine Anzahl von Düsen 19 oder diskontinuierlich durch einen gesteuerten Kreisringschieber
ausgetragen, wie dies grundsätzlich bekannt ist.
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Die Leitbleche 15 im Innenrotor 11 können auch bis in den Doppelkonusraum
reichen und in den Schlamm hineinragen.
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Um einen völligen Durchbruch des eingedickten Schlammes durch die
Düsen 19 zu vermeiden, können an sich bekannte Methoden zur Messung des Schlammspiegels
angewandt werden.
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Der Weg des Schlammes durch die Vorrichtung wird grundsätzlich durch
die in der Figur 1 eingezeichneten Pfeile angedeutet, welche innerhalb des Einlaufrohres
16 nach links, durch die Öffnung 18 hindurch schräg nach links-oben und oberhalb
der Düse 19 nach oben weisen.
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Die Flüssigkeit, welche sich radial innerhalb des Schlammes angesammelt
hat, fließt gemäß dem nach rechts-oben weisenden Pfeil über die Stauscheibe 30 ab.
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Wenn der Austrag durch Düsen vermieden werden soll und der gescherte
Schlamm eine ausreichend hohe Konsistenz angenommen hat, sind auch Ausführungsformen
verwendbar, bei denen der Schlamm durch entsprechende Leitbleche 14 und 15 entlang
dem Konus aufwärts gefördert wird. Eine entsprechende Anordnung ist in der Figur
2 in einem schematischen Längsschnitt dargestellt. Die Figur 2 veranschaulicht eine
rein konische Gegenstrom-Maschine, bei welcher auf derjenigen Seite, auf der die
Flüssigkeit austritt, noch eine Windung oder mehrere Windungen einer normalen Schnecke
angeordnet sind. Die Schneckenblätter sind in der Figur 2 mit 22 bezeichnet.
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Es sei darauf hingewiesen, daß in der Figur 2 für Bauteile, welche
ähnlichen Bauteilen in der Figur 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet
werden wie in der Figur 1.
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Analog zu den bekannten Ausführungen eines Dekanters, der auch als
Gleichstrom-Maschine ausgebildet sein kann, kann auch bei der in der Figur 2 veranschaulichten
Vorrichtung der Schlamm, welcher voreingedickt ist, der Maschine auf derjenigen
Seite zugeführt werden, die gegenüber von dem Feststoffaustragangeordnet ist. Der
Schlamm folgt somit dem Weg, der durch den nach links weisenden Pfeil in dem Einlaufrohr
16 und durch den nach unten weisenden Pfeil unterhalb einer Austragöffnung 31 dargestellt
ist.
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Die gemäß der Erfindung aus dem Schlamm abgeschiedene Plüssigkeit
wird über die Stauscheibe 30 gemäß dem nach rechts-unten weisenden Pfeil abgezogen.
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Die im Außenrotor 10 eingeschraubten Leitbleche 14 können von außen
in ihrem Anstellwinkel zur Mantellinie des Konus verstellt werden. Die am Innenrotor
11 befestigten Leitbleche 15 können entweder fest angeschweißt sein oder ebenfalls
derart verdrehbar gehalten sein, daß auch ihr Anstellwinkel verändert werden kann.
Der noch weiter zu entfeuchtende Schlamm tritt durch ein feststehendes Einlaufrohr
16 in den Innenrotor 11 ein und tritt durch diesen über die Öffnung 18 in den Trennraum
ein, d.h. in denjenigen Raum, der zwischen dem Innenrotor 11 und dem Außenrotor
10 angeordnet ist. Der Innenrotor ist wie bei der Anordnung nach Figur 1 innerhalb
der Hohlwelle des Außenrotors über'Gleitlager 21 drehbar gelagert.
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Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Agitator-Elemente
wird in den Figuren 3 und 4 veranschaulicht. Die entsprechende gerätetechnische
Ausführungsform sieht vor, einen herkömmlichen Dekanter, der als Gegenstrom-Dekanter
oder auch als Gleichstrom-Dekanter arbeiten kann, durch konstruktive Anderungen
so umzurüsten oder nachzurüsten, daß neben dem Schlammtransport durch die Schnecke
noch eine zusätzliche mechanische Einwirkung auf den Schlamm durch spezielle Einbauten
ausgeübt wird, wie sie in der Figur 3 schematisch veranschaulicht sind.
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Zwischen den Schneckenblättern 25 sind Scherflügel 23a bzw.
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23b jeweils an radialen Bolzen 24 angebracht. Die Scherflügel 23a
fördern den Schlamm abwechselnd vor und zurück, während die Scherflügel 23b den
Schlamm in einer Richtung weiterbewegen. Auch an die Schneckenblätter 25 angebrachte
Laschen 26, wie sie im rechten Teil der Figur 3 dargestellt sind, haben den oben
beschriebenen Scher-Effekt.
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Die gemäß der Erfindung angestrebte mechanische Beanspruchung des
Schlammes, insbesondere durch Scherung, kann auch dadurch
herbeigeführt
werden, daß die Schnecke im Bereich ihres äußeren Umfangs unterbrochen wird. Die
Figur 4 zeigt in dem linken Teil ein Schneckenblatt 25a, welches radiale Einschnitte
oder Schlitze 29a aufweist. Zwischen den Schlitzen werden Agitatorblätter 27 gebildet,
welche derart wirken, daß der Schlamm durch die Schlitze 29a hindurch zurückgedrückt
wird. Dabei wird durch eine bewußt herbeigeführte Scherwirkung mechanisch derart
auf den Schlamm eingewirkt, daß die gemäß der Erfindung angestrebte Entwässerung
erreicht wird.
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Zur Verbesserung der Förderwirkung können die zwischen den Schlitzen
29b gebildeten Bereiche derart gebogen werden, daß geschränkte Agitatorblätter 28
entstehen. Dadurch ergibt sich im äußeren Umfangsbereich des Schneckenblattes 25b
eine turbinenschaufelartige Anordnung.