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WO2002062483A1 - Verfahren zum trennen eines mehrphasengemisches und dekantierzentrifugensystem zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum trennen eines mehrphasengemisches und dekantierzentrifugensystem zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Publication number
WO2002062483A1
WO2002062483A1 PCT/EP2002/001148 EP0201148W WO02062483A1 WO 2002062483 A1 WO2002062483 A1 WO 2002062483A1 EP 0201148 W EP0201148 W EP 0201148W WO 02062483 A1 WO02062483 A1 WO 02062483A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
weir
pond depth
centrifuge
drum
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2002/001148
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Fleuter
Andreas Brinkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Westfalia Separator Production GmbH
Original Assignee
Westfalia Separator Industry GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westfalia Separator Industry GmbH filed Critical Westfalia Separator Industry GmbH
Priority to US10/467,640 priority Critical patent/US7115202B2/en
Publication of WO2002062483A1 publication Critical patent/WO2002062483A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B1/2016—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
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    • B04B2001/2041—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl with baffles, plates, vanes or discs attached to the conveying screw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2083—Configuration of liquid outlets

Definitions

  • the invention relates to a method for separating a multi-phase mixture into at least one liquid phase and a dry phase with a predetermined dry substance concentration c T ⁇ , by means of a decanter centrifuge which has: an annular immersion disk which is connected on its inner circumference to a shaft and the latter The outside diameter is smaller than the inside diameter of a centrifuge drum, and at least one liquid weir arranged at the end of the centrifuge drum with a weir gap through which the liquid phase can be derived from the centrifuge drum, and with a pond depth setting device with which the pond depth x ⁇ the in the rotating phase of the centrifuge drum is adjustable,
  • the pond depth is defined as the difference between the outside and inside diameter of the liquid ring rotating in the centrifuge drum.
  • a decanter centrifuge with at least partial hydraulic delivery is known from DE 43 20 265 C2.
  • a liquid ring between the immersion disk and the liquid weir is set in the rotating centrifuge drum with a certain fill level, the so-called pond depth, and thus a hydrostatic pressure is generated by the liquid phase, which contributes to the discharge of the dry phase.
  • the hydraulic conveying can take place additionally or instead of the discharge with a screw that can be rotated with a differential speed.
  • the weir is essentially in two parts.
  • a weir plate closes the cylindrical casing of the centrifuge drum and rotates with it. It is provided with at least one passage for draining a liquid from the centrifuge drum.
  • a parallel throttle disc is assigned to the weir plate, which is arranged axially displaceably on the stationary mounting of the rotatable centrifuge drum. Between the rotating weir plate and the a fixed throttle disc forms a gap which extends in the radial direction and through which the liquid phase is thrown out of the centrifuge drum. The weir gap width can be varied by axially displacing the throttle plate.
  • This liquid weir for a decanter centrifuge has proven itself because it can be adjusted when the centrifuge drum is rotating and thus allows the dry matter concentration to be regulated over the weir gap width. By regulating the weir gap width, it is possible to react to changes in concentration and quantity in the supplied multi-phase mixture in the running process.
  • the regulation of the dry matter concentration via the adjustable liquid weir requires an unchanged high energy consumption of the decanter centrifuge rotating at high speed.
  • the high energy consumption is based in particular on the fact that the quantity of the multi-phase mixture supplied to the drum has to be accelerated continuously from a rest position until it reaches the high angular velocity impressed by the centrifuge drum.
  • the weir position can shift to an edge position in which the throttle plate of the weir can no longer be adjusted. If the concentration and / or the amount of the multiphase mixture given changes significantly, then the dry matter concentration can no longer be regulated. The process must be stopped and restarted at an empirically determined drum speed.
  • a pneumatic liquid weir is known from DE 195 00 600, in which the flow resistance of the liquid phase in the weir is increased by blowing compressed gas into the weir gap, thereby increasing the pond depth.
  • this design of the liquid weir it is also possible to regulate the dry matter concentration by adjusting the weir during operation.
  • Drum also very energy-intensive due to the high mass moments of inertia of a loaded decanter centrifuge and the high angular speeds.
  • a method that would be suitable for operating a decanter centrifuge with an adjustable liquid weir is not disclosed. It is therefore the task of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that on the one hand there is an optimization of the energy consumption in base load operation of a decanter centrifuge and on the other hand that the decanter centrifuge is operated in such a way that even with sudden changes in type and Quantity of the incoming product, a regulation of the process with regard to a predetermined dry substance concentration of the separated drying phase is guaranteed.
  • This object is achieved with a method of the type mentioned at the outset, which is characterized by the following further steps: e) defining a pond depth tolerance range with a lower pond depth x T / U and an upper pond depth X ⁇ , o; f) comparing the adjusted pond depth Xw with the pond depth tolerance range and continuously carrying out steps b) to f) at a pond depth x ⁇ lying within the pond depth tolerance range; g) increasing the centrifuge drum speed n by a speed step value ⁇ nz at a pond depth x ⁇ that is smaller than the lower pond depth x ⁇ , u .
  • a decanter centrifuge with a immersion disk and a liquid weir is to be operated in such a way that an optimization with regard to energy consumption can be carried out in base load operation with a largely constant quantity and concentration of the feed and that At the same time, there is a willingness to react to sudden changes in the inlet by returning the weir to a central position defined by the tolerance range, from which it can both thicken and further dilute the dry phase.
  • a decanter centrifuge is used, the liquid weir of which consists of a weir plate with at least one liquid recess and a throttle plate which is mounted in a stationary manner with the formation of a weir gap with respect to the weir plate and is axially displaceable.
  • the pond depth x ⁇ must be reduced by increasing the weir gap width w and increasing by reducing the weir gap width w .
  • a corresponding weir gap width tolerance range with a lower weir gap width x WjU and an upper weir gap width x W / 0 is assigned to the pond depth tolerance range.
  • a further embodiment of the method provides that a decanter centrifuge is used, the liquid weir of which has at least one axially extending, U-shaped liquid channel, the inlet and outlet openings of which are arranged towards the outer circumference of the liquid weir and in which a U- shaped bend of the liquid channel, a compressed gas can be introduced to form a hydrohermetic pressure chamber.
  • the pond depth x ⁇ can thus be increased by increasing the gas pressure and reduced by lowering the gas pressure.
  • a corresponding gas pressure tolerance range with a lower gas pressure p ⁇ and an upper gas pressure p 0 is assigned to the pond depth tolerance range.
  • the invention also relates to a decanter centrifuge system for carrying out the method, with at least the following individual parts:
  • a decanter centrifuge comprising: a hollow shaft which has at least one internal inlet eye; a centrifuge drum which is rotatable about the hollow shaft and which is provided with at least one dry substance discharge recess made in its drum shell; an annular immersion disk which is connected on its inner circumference to the hollow shaft and whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the drum shell; at least one liquid weir arranged at the end of the centrifuge drum with a weir gap, through which the liquid phase can be derived from the centrifuge drum, and with a pond depth adjustment device, with which the pond depth X T that in the
  • Centrifuge drum rotating liquid phase is adjustable, a sensor device for measuring the dry substance concentration c ⁇ s in the removed dry phase ; - A weir control device for controlling the pond depth x ⁇ depending on the dry matter concentration c ⁇ s .
  • a decanter centrifuge system with the features of the preamble of claim 17 is from the publication "Intelligent measurement and control technology for optimized process control in wastewater treatment” (DR. H.-J. BEYER / M. FLEUTER, Westfalia Separator Industry GmbH in: 4 Mersebuger conference automation, measuring methods and experiments in mechanical process engineering, November 1999). With the help of a weir control device it is achieved that the pond depth x ⁇ is adjusted depending on the dry matter concentration c T s. This enables extensive automation of the phase separation process.
  • Intervention by the operator is still required, however, if there are strong changes in the type, quantity and / or concentration of the incoming product and the weir has reached a limit position from which it can no longer react to the changes that have occurred.
  • high energy consumption can be determined in the ongoing process due to the high drum speeds.
  • a decanter centrifuge system of the type mentioned above, which is characterized by a speed control device for regulating the drum speed n z as a function of the pond depth x ⁇ and of the dry substance concentration c ⁇ S r tn t, a concentration signal input (221), a pond depth signal input (222) and a speed control signal output (224).
  • the speed control device is subordinated.
  • the weir control device maintains priority in the system for controlling the pond depth as a function of the dry matter concentration.
  • the speed control device thus has a role as a supplementary system which can optimize energy consumption in times of base load operation or can also optimize the position of the weir with regard to the system's reactions to changes in the inflow.
  • the dry matter concentration can also be controlled by changing the drum speed or at least reduced to such an extent that the dry matter remains flowable and clogging of the discharge lines is prevented.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a decanter centrifuge system in a schematic overview.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a decanter centrifuge system in a schematic overview
  • FIG. 3 shows the internal structure of a decanter centrifuge with a mechanical liquid weir in a sectional view
  • FIG. 6 shows a decanter centrifuge with a pneumatic, liquid weir in a sectional view
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a decanter centrifuge system according to the invention.
  • a decanter centrifuge 100 is connected to an inlet pipe 11, a liquid line 36 and a dry substance discharge line 27.
  • the decanter centrifuge 100 has a drum drive device 25 for driving a centrifuge drum 20 and a screw drive device 45 for driving a screw conveyor 40.
  • the decanting center Fuge 100 provided with a liquid weir, which is adjustable via a weir adjustment device 35.
  • a sensor device 60 is arranged on the dry substance discharge line 27, with which a dry substance concentration c ⁇ s can be measured in the dry phase drawn off there.
  • the measurement signal from the sensor device 60 is applied to the concentration signal input 211 of a weir control device 210.
  • a weir gap width control signal with which the weir adjusting device 35 is acted on, is output at its control output 214.
  • the design of the weir control device 210 as a PI controller has proven to be particularly suitable. Due to a high integrating component, control deviations can initially be averaged over a period of time, so that the decanting centrifuge system does not swing up.
  • the measurement signal from the sensor device 60 is also applied to the concentration signal input 221 of a speed control device 220.
  • a signal is transmitted to a weir gap width signal input 222, which transmits the current weir gap width.
  • This weir gap width signal can be taken directly from the control output 214 of the weir control device 210, so that it represents a target value of the weir gap width.
  • the actual weir gap width is preferably determined by measuring the distance directly at the weir and applied to the weir gap signal input 222 of the speed control device 220.
  • the speed control device 220 is designed as a step controller.
  • the preferred embodiment shown in FIG. 2 differs from the first from FIG. 1 in that it has a deactivation device 215 which only unlocks the speed control device 220 when the start-up phase of the process has ended and the weir gap width x w provisionally by Weir control device 210 has been adjusted.
  • the deactivation device 215 deactivates the speed control device 220 after a change in the drum speed until the associated influence on the dry substance concentration cs to be measured on the sensor device 60 has been compensated for again by the weir control device 210.
  • the speed control device 220 is then enabled again, so that it can, if necessary, carry out a further change in the drum speed.
  • FIG. 3 shows the internal structure of a decanter centrifuge 1, which essentially consists of a centrifuge drum 20, a hollow shaft 20, a liquid weir 30 and a screw conveyor 40.
  • the centrifuge drum 20 is rotatably supported at bearings 23, 24 and can be rotated via a drum drive device 25 (cf. FIG. 1).
  • a hollow shaft 10 is arranged within the centrifuge drum 20 and is rotatably mounted on the drum jacket 21 via bearings 15, 16.
  • a screw conveyor 40 is fastened, which rotates via a screw drive device 45. is animal.
  • the worm drive device 45 can also be part of the drum drive device 25, for example formed by a separate gear stage.
  • Hollow shaft 10 and drum jacket 21 are arranged concentrically, so that an annular space 26 is formed between the hollow shaft 10 and the drum jacket 21.
  • the hollow shaft 10 has a plunger 14 which, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, is arranged in the vicinity of a cross-sectional taper of the hollow shaft 10 and the drum jacket 21.
  • the exchange disk 14 is fastened on the hollow shaft 10 and closes the annular space 26 from the hollow shaft.
  • the outer circumference of the exchange disk 14 is spaced from the inner circumference of the centrifuge jacket 21, so that a passage of liquid or dry substance is possible there.
  • the drum jacket 21 is provided with at least one dry substance discharge recess 22.
  • a liquid weir 30 is arranged at the opposite axial end of the centrifuge drum 20.
  • the centrifuge drum 20 is closed with a weir plate 32 which has individual recesses which allow liquid to escape.
  • a throttle plate 34 Opposed to the weir plate 32 is a throttle plate 34, which is attached to a stationary part of the housing of the decanter centrifuge 1 and does not rotate with the cylinder drum 20.
  • the throttle plate 34 is displaceable parallel to the axis of rotation of the cylinder drum 20. The width of a weir gap 33 formed between weir plate 32 and throttle plate 34 can thus be varied even when the cylinder drum 20 is rotating.
  • the throttle plate 34 can be adjusted via electrical or pneumatic adjusting devices which a gap width signal can be controlled, which is output by the control output 214 of a weir control device 210.
  • FIG. 6 shows a section of a decanter centrifuge with a pneumatic liquid weir 330. This has a U-shaped liquid channel with an inlet opening 331 directed towards the centrifuge drum 20, a U-shaped bend 333 and an outlet opening 332. It closes in FIG. 6 Embodiment shown another U-shaped channel deflection, so that a labyrinth seal is formed with 4 deflections.
  • a compressed gas line 334 can be used to blow compressed gas into the liquid channel in the region of the U-shaped bend 333, where a hydrohermetic pressure chamber is formed.
  • the compressed gas introduced into the bend 333 increases the flow resistance for the liquid phase 54 and thus increases the dynamic pressure at the liquid weir 330, so that the pond depth x ⁇ increases and the dry substance concentration of the discharged sludge phase 52 decreases. If the gas pressure is chosen too high, the gas phase breaks out of the bend 333 of the channel and either collects in the centrifuge drum 20 or flows outwards. At a gas pressure that is approximately the pressure of the rotating liquid phase in the bend 333, no more gas passes into the liquid phase 54, so that it can emerge unhindered.
  • the method of the invention can be used in the same way as previously stated for a decanter centrifuge with a mechanically adjustable liquid weir 30.
  • the previously described decanter centrifuge system can also be operated with its sensors 60 and Control devices 210, 220 can also be operated together with a decanter centrifuge with a pneumatically adjustable liquid weir 330.
  • the product to be processed is a multi-phase mixture which has at least one liquid phase and a solid phase which is insoluble in it.
  • a multi-phase mixture which has at least one liquid phase and a solid phase which is insoluble in it.
  • the cylinder drum 20 is accelerated to a high nominal speed n Zo , and the product is introduced.
  • the nominal speed n zo is limited by the design of the decanter centrifuge 100.
  • the drying phase 52 which separates out in the centrifuge drum 20 has a high dry substance concentration c ⁇ s .
  • the nominal speed n 20 may be lower than the design-related maximum speed n z, max .
  • the process can then be started at a starting speed that is 0.5 to 0.7 times the maximum speed. Thereby the dry phase initially shows an increased amount of residual water. To compensate for this, the process is started with a weir wide open so that as much liquid as possible can flow off.
  • the nominal speed n zo is chosen so high at the beginning of the process that a strong phase separation is achieved and that fine dust is not washed out with the separated liquid phase.
  • the weir gap width x w of the weir gap 33 is initially set to a starting value when the process is started, which is approximately 0.5% to 5% of the maximum adjustable weir gap width x w , max .
  • the pressure in the annular space 26 rises through the narrow weir gap 33, so that liquid 54 presses into the centrifuged drying phase 52.
  • the dry phase 52 thus diluted is conveyed past the immersion disk 14 to the dry matter discharge recess 22.
  • the width ratios on the weir are shown schematically in FIGS. 5a and 5b.
  • the liquid phase 54 is flung radially outwards due to the high centrifugal forces.
  • the weir gap 33 is shown to be very wide, as shown in FIG. 5b, the liquid phase throws away and no longer wets the throttle plate 34.
  • the gap width x w is then without Influence on the hydraulic conveyance of the drying phase 52 in the centrifuge drum 20.
  • the maximum adjustable weir gap width W / m a is therefore the width of the weir gap 33 at which the throttling plate 34 is just being wetted by the emerging liquid phase 54 and thus regulating the dynamic pressure the liquid phase can take place.
  • the weir gap width x w is then regulated as a function of the dry matter concentration c ⁇ s in the removed dry phase 52 until a predetermined target dry matter concentration c TS / 0 is reached .
  • a weir gap width is defined as the desired working point, which is determined taking into account machine-technical and product-specific data and, if necessary, determined through preliminary tests. Furthermore, a weir gap width tolerance range designated 37 in FIG. 4b and a start weir gap width X, ⁇ are defined. The width of the weir gap tolerance range 37 is preferably 0.5% to 5% of the maximum weir gap width Xw, max.
  • the operating point can also be set in the middle of the process-technically effective travel range of the throttle plate 34, so that there are equally large reserves for the travel path of the throttle plate in both directions.
  • the optimization of the method according to the invention begins with a view to saving energy, provided the regulated weir gap width x w is not within the weir gap width tolerance range 37. If the weir gap width lies within the weir gap width tolerance range 37, the process is continued without optimizing energy consumption by continuously feeding in the product and subtracting the liquid and dry phases. Regulating the weir gap width reacts to changes in concentration or quantity in the feed, so that the dry matter concentration c T s again corresponds to a predetermined target value after a short period of time.
  • the drum speed n z is increased so that the dry matter concentration c ⁇ s tends to be increased in the dry phase . This is counteracted by increasing the pressure in the liquid phase, which is achieved by reducing the weir gap width x w .
  • the throttle plate of the weir is again positioned in the weir gap width tolerance range 37.
  • the centrifuge drum speed n z is reduced by a speed step value ⁇ n Z /, which is preferably 2% of the maximum nominal speed. It is also possible to carry out the method with speed step values ⁇ n z of 30 to 70 rpm. It has been shown that, on the one hand, this preferred value for the speed step values is large enough to bring about energy savings in the shortest possible time and in the fewest steps. On the other hand, the amount of change imposed on the process does not lead to one Swinging up the system or other negative effects.
  • the weir gap width x w is readjusted as a function of the dry matter concentration c ⁇ s in the subtracted drying phase 52 until a predetermined target dry matter concentration c TS / 0 is reached .
  • the regulated weir gap width x w is in turn compared with the predetermined weir gap width tolerance range 37. As long as the weir gap width x w lies outside the weir gap tolerance range 37, the steps are:
  • Weir 30 is then in a position in which there are still sufficient reserves to move the throttle valve 34 in the process-technically effective range and thus to change the weir gap width x w if a change in the quantity and / or composition of the product added so requires.
  • Invention for drying, thickening or reducing the volume flow of sewage sludge which is a mixture of liquid and solids with a dry matter content of 0.1 - 50 g / 1 represents.
  • the aim is to dewater to a dry matter concentration c T s of 60 g / 1.
  • FIG. 4 shows the time course of the drum speed n z (FIG. 4a), the weir gap width x w (FIG. 4b) and the volume flow of the supplied product (FIG. 4c) in the method according to the invention.
  • the centrifuge drum 20 is accelerated to a high drum speed which is in the range of the design-related speed which is the maximum permissible during operation.
  • the weir gap width x w is increased in a ramp function until the drum is completely filled with the volume of the multi-phase mixture provided during operation, the predetermined drum speed is reached and a constant one Volume throughput in the decanter centrifuge.
  • phase "I" which comprises steps a) to d) of the method according to the invention, the weir gap width x w is adjusted until a predetermined dry matter concentration c ⁇ s is reached in the dry phase 52 that has been subtracted.
  • phase “II” a check is carried out at the start of phase “II” to determine whether the weir gap width x w is already within the weir gap width tolerance range 37, which is shown in FIG. 4b between the dashed lines.
  • the drum speed n z can be reduced by one Speed step value ⁇ n a are made, whereby an energy saving is achieved.
  • the lower dry matter concentration c ⁇ s in the discharged drying phase due to the reduction in the drum speed is compensated for by increasing the weir gap width x w .
  • phase "IV” the weir gap width x is within the weir gap width tolerance range 37 after the readjustment has been carried out.
  • the speed control device 220 is therefore deactivated and the drum speed is not further reduced.
  • the weir 30 is now in a position from which the decanter centrifuge system of the invention can react in both directions to changes in the product feed.
  • the weir gap 33 can be opened further in order to increase the removal of liquid in the case of a product with a lower dry substance concentration. However, it can also be closed further, as a result of which a certain residual moisture is retained in the discharged drying phase in the case of a more concentrated product, which prevents clogging of the discharge-side line systems.
  • phase “V” of FIG. 4c an increase in the inflow amount is recorded, for example due to a rain shower. At the same time, however, the solids content is lower.
  • the weir gap width x w from the tolerance range 37 greatly increased out so that more liquid can be drawn off.
  • the process sequence is also shown graphically in the flow chart of FIG. 7: First, the centrifuge start the drum and the weir is set to a starting weir gap. The feed line of the multiphase mixture is then opened into the rotating decanter centrifuge, which is gradually filled with it. The liquid phase and the dry phase are drawn off continuously.
  • the weir control device 210 (cf. FIGS. 1, 2) regulates the discharge concentration to the desired target value via the weir position. During this time, the function of the speed control device 220 is still bridged. After this bridging time has ended, the control is released.
  • the optimal working point of the weir control device 210 is determined taking into account machine-technical and system-specific data. From this operating point, the area results in which the decanter centrifuge works optimally in terms of process technology and energy consumption. The center and width of this area are used to define a weir gap width tolerance area.
  • the current position of the weir is then determined and compared with the weir gap tolerance range.
  • control valve's control value is below this range, the decanter is underutilized and the drum speed, which is directly related to the energy consumption of the separation process, can be reduced by a speed step value.
  • the drum speed is too low and must be raised in order to return the weir position to the weir gap width tolerance range. If one of the conditions for the adjustment of the drum speed is given, a check is carried out to determine whether the weir control device is corrected, ie whether the discharge concentration corresponds to the setpoint. If this is the case, the drum speed is adjusted. If the control difference is too large, the dry matter concentration c ⁇ s must first be readjusted and the drum speed is only changed in a later step.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Mehrphasengemisches (50) in wenigstens eine Flüssigkeitsphase (54) und eine Trockenphase (52) mit einer vorbestimmten Trockensubstanzkonzentration. Es wird eine Dekantierzentrifuge (100) mit einer ringförmigen Tauchscheibe (14) und einem endseitig an der Zentrifugentrommel (20) angeordnetem Flüssigkeitswehr verwendet. Nach dem Anlaufen der Zentrifugentrommel (20) und Einstellen einer Startteichtiefe wird ein Mehrphasengemisch (50) in die rotierende Zentrifugentrommel (20) eingeleitet. Die Trockenphase (52) und die Flüssigkeitsphase (54) werden abgezogen. Die Teichtiefe, also der Flüssigkeitsstand in der Zentrifugentrommel, wird über das Flüssigkeitswehr bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Trockensubstanzkonzentration geregelt. Erfindungsgemäss wird die Teichteife laufend mit einem Toleranzbereich verglichen. Das Wehr wird während des Verfahrens vorzugsweise so positioniert, dass damit in beiden Richtungen eine Reaktion auf Konzentrationsänderungen im Zulauf möglich ist. Ausserdem wird die Drehzahl der Zentrifuge im Verfahren stufenweise abgesenkt und die Wehrstellung angepasst, so dass die Konzentration der Trockenphase konstant bleibt. Durch die Drehzahlsenkung wird eine Energieeinsparung bewirkt.

Description

Verfahren zum Trennen eines Mehrphasengemisches und Dekantierzentrifugensystem zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Mehr- phasengemisches in wenigstens eine Flüssigkeitsphase und ei- ne Trockenphase mit einer vorbestimmten Trockensubstanzkonzentration cTΞ, mittels einer Dekantierzentrifuge, die aufweist: eine ringförmige Tauchscheibe, die an ihrem inneren Umfang mit einer Welle verbunden ist und deren Außendurch- messer kleiner ist als der Innendurchmesser einer Zentrifugentrommel ,- und wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehrspalt, durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel ableit- bar ist, und mit einer Teichtiefeneinstellvorrichtung, mit der die Teichtiefe xτ der in der Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist,
mit folgenden Schritten: a) Anlaufen der Zentrifugentrommel auf eine Starttrom- meldrehzahl nz,ι und Einstellen der Teichtiefe xτ auf eine Startteichtiefe x(1 . b) Einleiten des Mehrphasengemisches in die rotierende Zentrifugentrommel ; c) Abzug der Trockenphase durch die wenigstens eine Trok- kensubstanzaustragsausnehmung und Abzug der Flüssigkeitsphase durch den Wehrspalt; d) Regeln der Teichtiefe xτ mittels der Teichtiefenein- Stellvorrichtung in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll- Trockensubstanzkonzentration cτs,ι •
Die Teichtiefe ist definiert als die Differenz zwischen Au- ßen- und Innendurchmesser des in der Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsrings.
Eine Dekantierzentrifuge mit wenigstens teilweiser hydraulischer Förderung, wie Sie für die Durchführung des Verfahrens vorausgesetzt wird, ist aus der DE 43 20 265 C2 bekannt. Hierbei wird in der rotierenden Zentrifugentrommel ein Flüssigkeitsring zwischen Tauchscheibe und Flüssigkeitswehr mit bestimmter Füllstandshöhe, der sogenannten Teichtiefe, eingestellt und somit durch die Flüssigkeitsphase ein hydrostatischer Druck erzeugt, der zum Austrag der Trockenphase bei- trägt. Die hydraulische Förderung kann zusätzlich oder anstelle des Austrage mit einer mit Differenzdrehzahl rotierbaren Schnecke erfolgen.
Das Wehr ist im wesentlichen zweiteilig ausgebildet ist. Eine Wehrplatte schließt den zylinderförmigen Mantel der Zen- trifugentrommel ab und rotiert mit dieser. Sie ist mit wenigstens einem Durchlass zum Ablassen einer Flüssigkeit aus der Zentrifugentrommel versehen. Der Wehrplatte ist eine parallele Drosselscheibe zugeordnet, die axial verschiebbar an der ortsfesten Lagerung der rotierbaren Zentrifugentrommel angeordnet ist. Zwischen der rotierenden Wehrplatte und der ortsfesten Drosselscheibe bildet sich ein Spalt aus, der sich in radialer Richtung erstreckt und durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel heraus geschleudert wird. Durch axiale Verschiebung der Drosselscheibe kann die Wehrspaltweite variiert werden. Durch eine Verringerung der Weite des Wehrspaltes wird eine Druckerhöhung in der Flüssigkeitsphase bewirkt, so dass diese vermehrt die Trockenphase aus der Zentrifugentrommel herausdrückt. Die Flüssigkeitsphase dringt teilweise auch in die Trockenphase ein und verringert dessen Konzentration an Trockensubstanz. Umgekehrt bewirkt eine Erweiterung des Wehrspaltes eine Druckminderung, eine reduzierte hydraulische Förderung und schließlich eine Erhöhung der Trockensubstanzkonzentration in der Trockenphase .
Dieses Flüssigkeitswehr für eine Dekantierzentrifuge hat sich bewährt, da es bei rotierender Zentrifugentrommel nachstellbar ist und so eine Regelung der Trockensubstanzkonzentration über die Wehrspaltweite erlaubt . Mittels der Regelung der Wehrspaltweite kann auf Konzentrations- und Menge- nänderungen bei dem zugeführten Mehrphasengemisch im laufenden Prozess reagiert werden.
Es hat sich jedoch erwiesen, dass die Regelung der Trockensubstanzkonzentration über das verstellbare Flüssigkeitswehr einen unverändert hohen Energieeinsatz der mit hoher Dreh- zahl rotierenden Dekantierzentrifuge erfordert. Der hohe Energieverbrauch beruht insbesondere darauf, dass die der Trommel zugeführte Menge des Mehrphasengemisches kontinuierlich aus einer Ruhelage beschleunigt werden muss, bis sie die mittels der Zentrifugentrommel aufgeprägte hohe Winkel- geschwindigkeit erreicht. Im Laufe des Verfahrens kann sich die Wehrstellung in eine Randlage verschieben, in der die Drosselplatte des Wehrs nicht weiter verstellbar ist. Bei starken Änderungen von Konzentration und/oder Menge des aufgegebenen Mehrphasenge- misches kann dann keine Regelung der Trockensubstanzkonzentration mehr erfolgen. Der Prozess muss abgebrochen und mit einer empirisch zu bestimmenden Trommeldrehzahl neu angefahren werden.
Bekannt ist aus der DE 195 00 600 ein pneumatisches Flüssig- keitswehr, bei dem durch Einblasen von Druckgas in den Wehrspalt der Strömungswiderstand der Flüssigkeitsphase im Wehr erhöht wird, wodurch die Teichtiefe erhöht wird. Auch mit dieser Ausbildung des Flüssigkeitswehrs ist eine Regelung der Trockensubstanzkonzentration durch eine Wehrverstellung während des Betriebes möglich.
In der EP 1 044 723 AI werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um mit Maschinenparametern wie der Trommeldrehzahl oder der Differenzdrehzahl die Eigenschaften der separierten Phasen zu beeinflussen. Hierbei steht jedoch stets die Zu- sammensetzung der Flüssigkeits- bzw. Trockenphase im Mittelpunkt der Überlegungen. Die offenbarte Regelung der Trockensubstanzkonzentration über eine Variation der Trommeldrehzahl erfordert jedoch einen erhöhten Energieeinsatz. Neben dem ohnehin hohen Energieverbrauch bei einer hohen Grund- drehzahl ist das häufige Abbremsen und Beschleunigen der
Trommel wegen der hohen Massenträgheitsmomente einer belade- nen Dekantierzentrifuge und den hohen Winkelgeschwindigkeiten zusätzlich sehr energieintensiv. Ein Verfahren, das zum Betreiben einer Dekantierzentrifuge mit einem verstellbaren Flüssigkeitswehr geeignet wäre, ist nicht offenbart. Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass zum einen eine Optimierung des Energieverbrauchs im Grundlastbetrieb einer DekantierZentrifuge erfolgt und dass zum anderen die Dekan- tierzentrifuge so betrieben wird, dass auch bei plötzlichen Änderungen in Art und Menge des zulaufenden Produktes eine Regelung des Prozesses im Hinblick auf eine vorbestimmte Trockensubstanzkonzentration der abgetrennten Trockenphase gewährleistet ist .
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, das durch folgende weitere Schritte gekennzeichnet ist: e) Festlegen eines Teichtiefentoleranzbereichs mit einer unteren Teichtiefe xT/U und einer oberen Teichtiefe Xτ,o; f) Vergleichen der eingeregelten Teichtiefe Xw mit dem Teichtiefentoleranzbereich und fortwährende Durchführung der Schritte b) bis f) bei einer innerhalb des Teichtiefentoleranzbereiches liegenden Teichtiefe xτ; g) Erhöhen der Zentrifugentrommeldrehzahl n um einen Drehzahlstufenwert Δnz bei einer Teichtiefe xτ, die kleiner ist als die untere Teichtiefe xτ,u. oder Absenken der Zentrifugentrommeldrehzahl nz um einen Drehzahlstufenwert Δna bei einer Teichtiefe xτ, die größer ist als die obere Teichtiefe xτ,o; h) Nachregeln der Teichtiefe xτ in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Trockensubstanzkonzentration cTS/0; i) Vergleich der nachgeregelten Teichtiefe xτ mit einem vorgegebenen Teichtiefentoleranzbereich und Wiederho- lung der Schritte f) bis i) bei einer außerhalb des Teichtiefentoleranzbereiches liegenden Teichtiefe xτ unter fortwährender Einleitung des Mehrphasengemisches in die rotierende Zentrifugentrommel und Abzug der Flüssigkeits- und Trockenphase.
Die mit dem Verfahren der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Dekantierzentrifuge mit einer Tauchscheibe und einem Flüssigkeitswehr so zu betreiben ist, dass bei einem Grundlastbetrieb mit weitgehend kon- stanter Menge und Konzentration des Zulaufs eine Optimierung hinsichtlich des Energieverbrauchs vorgenommen werden kann und dass zugleich eine Reaktionsbereitschaft auf plötzliche Änderungen im Zulauf dadurch gegeben ist, dass das Wehr in eine durch den Toleranzbereich definierte Mittellage zurück- geführt wird, aus der heraus es sowohl die Trockenphase stärker eindicken als auch weiter verdünnen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Dekantierzentrifuge verwendet, deren Flüssigkeitswehr aus einer Wehrplatte mit wenigstens einer Flüssig- keitsausnehmung und aus einer Drosselplatte besteht, die ortsfest unter Ausbildung eines Wehrspaltes gegenüber der Wehrplatte gelagert und axial verschiebbar ist. Die Teichtiefe xτ ist über eine Vergrößerung der Wehrspaltweite w abzusenken und über eine Verringerung der Wehrspaltweite Xw zu erhöhen. Dem Teichtiefentoleranzbereich ist ein entsprechender Wehrspaltweitentoleranzbereich mit einer unteren Wehrspaltweite xWjU und einer oberen Wehrspaltweite xW/0 zugeordnet . Da eine Erhöhung der Wehrspaltweite den Staudruck am Wehr senkt, sinkt folglich die Teichtiefe. Somit ist bei der unteren Wehrspaltweite xW;U des Wehrspaltweitentoleranzbe- reichs die obere Teichtiefe xτ Ό erreicht und umgekehrt. Eine weitere Ausführungsform des Verfahren sieht vor, dass eine Dekantierzentrifuge verwendet wird, deren Flüssigkeitswehr wenigstens aufweist einen sich axial erstreckenden, U- förmigen Flüssigkeitskanal, deren Eintritts- und Aus- trittsoffnungen zum Außenumfang des Flüssigkeitswehrs hin angeordnet sind und bei dem im Bereich einer U-förmigen Biegung des Flüssigkeitskanals ein Druckgas unter Ausbildung einer hydrohermetischen Druckkammer einleitbar ist. Damit ist die Teichtiefe xτ durch Erhöhung des Gasdrucks zu erhö- hen und durch Erniedrigen des Gasdrucks abzusenken. Dem
Teichtiefentoleranzbereich ist ein entsprechender Gasdrucktoleranzbereich mit einem unteren Gasdruck pυ und einem oberen Gasdruck p0 zugeordnet .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung zu entnehmen .
Die Erfindung betrifft auch ein Dekantierzentrifugensystem zur Durchführung des Verfahrens, mit wenigstens folgenden Einzelteilen:
- einer Dekantierzentrifuge umfassend: eine Hohlwelle, die wenigstens ein innenliegendes Einlauf öhr aufweist; eine um die Hohlwelle rotierbare Zentrifugentrommel, welche mit wenigstens einer in ihren Trommelmantel eingebrachten Trockensubstanzaustragsausnehmung versehen ist; eine ringförmigen Tauchscheibe, die an ihrem inneren Umfang mit der Hohlwelle verbunden ist und deren Au- ßendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Trommelmantels; wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehrspalt, durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel ableitbar ist, und mit einer Teichtiefenein- Stellvorrichtung, mit der die Teichtiefe XT der in der
Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist, einer Sensoreinrichtung zur Messung der Trockensubstanz- konzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase; - eine Wehrregeleinrichtung zur Regelung der Teichtiefe xτ in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs.
Eine Dekantierzentrifugensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17 ist aus der Veröffentlichung "Intelligente Meß- und Regelungstechnik zur optimierten Pro- zessführung bei der Abwasserbehandlung" (DR. H.-J. BEYER / M. FLEUTER, Westfalia Separator Industry GmbH in: 4. Merse- buger Fachtagung Automatisierung, Meßmethoden und Experimente in der mechanischen Verfahrenstechnik, November 1999) bekannt. Mit Hilfe einer Wehrregeleinrichtung wird erreicht, dass die Teichtiefe xτ in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cTs verstellt wird. Hierdurch ist eine weitgehende Automatisierung des Phasentrennprozesses möglich. Ein Eingriff des Bedieners ist aber nach wie vor erforderlich, wenn starke Änderungen in Art, Menge und/oder Konzentration des zulaufenden Produktes auftreten und das Wehr eine Grenzlage erreicht hat, aus der heraus es nicht mehr auf die aufgetretenen Änderungen reagieren kann. Zudem ist im laufenden Prozess wegen der hohen Trommeldrehzahlen ein hoher Energieverbrauch festzustellen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Dekantierzentrifugensystem so weiter zu entwickeln, dass der Energieverbrauch bei der Trennung eines Mehrphasengemisches mittels einer Dekantierzentrifuge reduziert wird und außerdem auch Änderungen bei Menge und Zusammensetzung des zulaufenden Produktes ohne Eingriff des Benutzers kompensierbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Dekantierzentrifugensystem der zuvor genannten Art, das gekennzeichnet ist durch eine Drehzahlregeleinrichtung zur Regelung der Trommeldrehzahl nz in Abhängigkeit von der Teichtiefe xτ und von der Trockensubstanzkonzentration cτS r tn t einem Konzentrations- signaleingang (221), einem Teichtiefensignaleingang (222) und einem Drehzahlsteuersignalausgang (224) .
Mit diesem Dekantierzentrifugensystem ist es möglich, zwei Stellgrößen, nämlich Teichtiefe und Drehzahl, automatisch zu beeinflussen. Die Drehzahlregeleinrichtung ist dabei nachge- ordnet. Priorität in dem System behält die Wehrregeleinrichtung für die Regelung der Teichtiefe in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration. Damit kommt der Drehzahlregeleinrichtung eine Rolle als Ergänzungssystem zu, das in Zeiten eines Grundlastbetriebs eine Optimierung des Energiever- brauchs bewirken kann oder auch die Stellung des Wehrs im Hinblick auf Reaktionen des Systems auf Änderungen beim Zulauf optimieren kann.
Im Falle eines Ausfalls der Wehrregeleinrichtung kann zudem über eine Änderung der Trommeldrehzahl die Trockensubstanz- konzentration geregelt oder zumindest soweit gesenkt werden, dass die Trockensubstanz fließfähig bleibt und ein Verstopfen der Austragsleitungen verhindert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Dekantierzentrifugensystems sind den Unteransprüchen 18 bis 24 zu entnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Dekantierzentrifugensystems in schematischer Übersicht;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Dekantierzentrifugensystems in schematischer Übersicht,
Fig. 3 den inneren Aufbau einer Dekantierzentrifuge mit mechanischem Flüssigkeitswehr in Schnittansieht;
Fig. 4a bis 4c den Verlauf verschiedener Parameter während des Verfahrens, jeweils aufgetragen in einem
Diagramm über der Zeitachse;
Fig. 5a, b die ausströmende Flüssigkeit bei verschiedenen Stellungen eines mechanischen Flüssigkeitswehrs in Schnittansicht;
Fig. 6 eine Dekantierzentrifuge mit pneumatische, Flüssigkeitswehr in Schnittansicht; und
Fig. 7 den Ablauf des Verfahrens in einem Flussdiagramm.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Dekantierzen- trifugensystems gemäß der Erfindung. Eine Dekantierzentrifuge 100 ist mit einem Einlaufrohr 11, einer Flüssigkeitsleitung 36 und einer Trockensubstanzaustragsleitung 27 verbunden. Die Dekantierzentrifuge 100 weist eine Trommelantriebsvorrichtung 25 für den Antrieb einer Zentrifugentrommel 20 auf und eine Schneckenantriebsvorrichtung 45 zum Antrieb einer Förderschnecke 40 auf. Außerdem ist die Dekantierzentri- fuge 100 mit einem Flüssigkeitswehr versehen, das über eine Wehrverstellvorrichtung 35 verstellbar ist.
An der Trockensubstanzaustragsleitung 27 ist eine Sensoreinrichtung 60 angeordnet, mit der eine Trockensubstanzkonzen- tration cτs in der dort abgezogenen Trockenphase messbar ist. Das Messsignal der Sensoreinrichtung 60 ist auf den Konzentrationssignaleingang 211 einer Wehrregeleinrichtung 210 aufgeschaltet . An deren Steuerausgang 214 wird in der hier dargestellten ersten Ausführungsform ein Wehrspaltweiten- Steuersignal ausgegeben, mit dem die Wehrverstellvorrichtung 35 beaufschlagt ist. Als besonders geeignet hat sich die Auslegung der Wehrregeleinrichtung 210 als PI-Regler erwiesen. Durch einen hohen integrierenden Anteil können Regelabweichungen zunächst über eine Zeitdauer gemittelt werden, so dass ein Aufschwingen des Dekantierzentrifugensystems verhindert wird.
Das Messsignal der Sensoreinrichtung 60 ist außerdem auf den Konzentrationssignaleingang 221 einer Drehzahlregeleinrichtung 220 aufgeschaltet . An einem Wehrspaltweitensignalein- gang 222 ist ein Signal aufgeschaltet , das die aktuelle Wehrspaltweite übermittelt. Dieses Wehrspaltweitensignal kann direkt vom Steuerausgang 214 der Wehrregeleinrichtung 210 abgenommen werden, so dass es einen Soll-Wert der Wehr- spaltweite repräsentiert.
Vorzugsweise wird jedoch die tatsächliche Wehrspaltweite durch Wegstreckenmessung direkt am Wehr ermittelt und dem Wehrspaltweitensignaleingang 222 der Drehzahlregeleinrichtung 220 aufgeschaltet . Die Drehzahlregeleinrichtung 220 ist als Schrittregler ausgeführt. Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten aus Fig. 1 dadurch, dass sie eine Deaktivierungseinrichtung 215 aufweist, die die Drehzahlregeleinrichtung 220 erst freischaltet, wenn die Anlauf- phase des Prozesses beendet ist und die Wehrspaltweite xw vorläufig durch die Wehrregeleinrichtung 210 eingeregelt worden ist. Weiterhin deaktiviert die Deaktivierungseinrichtung 215 die Drehzahlregeleinrichtung 220 im Anschluss an eine Änderung der Trommeldrehzahl solange, bis die damit einhergehende Beeinflussung der an der Sensoreinrichtung 60 zu messenden Trockensubstanzkonzentration cs von der Wehrregeleinrichtung 210 wieder kompensiert worden ist. Anschließend wird die Drehzahlregeleinrichtung 220 wieder freigeschaltet, so dass diese gegebenenfalls eine weitere Änderung der Trommeldrehzahl ausführen kann.
In Fig. 3 ist der innere Aufbau einer Dekantierzentrifuge 1 dargestellt, die im wesentlichen aus einer Zentrifugentrommel 20, einer Hohlwelle 20, einem Flüssigkeitswehr 30 und einer Förderschnecke 40 besteht.
Die Zentrifugentrommel 20 ist an Lagerstellen 23, 24 drehbar gelagert und kann über eine Trommelantriebsvorrichtung 25 (vgl. Fig. 1) rotiert werden. Innerhalb der Zentrifugentrommel 20 ist eine Hohlwelle 10 angeordnet, die über Lager 15, 16 drehbar am Trommelmantel 21 gelagert ist. In eine axiale Bohrung der Hohlwelle 10 ragt ein ortsfestes Ξinlaufrohr 11 hinein, die an wenigstens einer Einlaufausnehmung 12 mündet. Durch diese ist eine Verbindung von der inneren Bohrung zum Außenumfang der Hohlwelle 10 geschaffen.
Am Außenumfang der Hohlwelle 10 ist eine Förderschnecke 40 befestigt, die über eine Schneckenantriebsvorrichtung 45 ro- tierbar ist. Die Schneckenantriebsvorrichtung 45 kann auch Teil der Trommelantriebsvorrichtung 25 sein, beispielsweise durch eine separate Getriebestufe gebildet sein. Hohlwelle 10 und Trommelmantel 21 sind konzentrisch angeordnet, so dass sich zwischen der Hohlwelle 10 und dem Trommelmantel 21 ein Kreisringraum 26 ausgebildet. Die Hohlwelle 10 weist eine Tauchscheibe 14 auf, die an dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Nähe einer Querschnittsverjüngung von Hohlwelle 10 und Trommelmantel 21 angeordnet ist. Die Tauschscheibe 14 ist auf der Hohlwelle 10 befestigt und schließt den Kreisringraum 26 zur Hohlwelle hin ab. Der äußere Umfang der Tauschscheibe 14 ist beabstandet von dem Innenumfang des Zentrifugenmantels 21, so dass dort ein Durchtritt von Flüssigkeit oder Trockensubstanz möglich ist. Am Ende des konischen Bereiches ist der Trommelmantel 21 mit wenigstens einer Trockensubstanzaustragsausnehmung 22 versehen.
Am gegenüberliegenden axialen Ende der Zentrifugentrommel 20 ist ein Flüssigkeitswehr 30 angeordnet. Die Zentrifugentrom- mel 20 ist mit einer Wehrplatte 32 abgeschlossen, welche einzelne Ausnehmungen aufweist, die einen Austritt von Flüssigkeit erlauben. Der Wehrplatte 32 gegenüberliegend ist eine Drosselplatte 34 angeordnet, die an einem ortsfest Teil des Gehäuses der Dekantierzentrifuge 1 befestigt ist und nicht mit der Zylindertrommel 20 rotiert. Die Drosselplatte 34 ist parallel zur Drehachse der Zylindertrommel 20 verschiebbar. Die Breite eines sich zwischen Wehrplatte 32 und Drosselplatte 34 ausbildenden Wehrspalts 33 ist damit auch bei rotierender Zylindertrommel 20 variierbar.
Die Verstellung der Drosselplatte 34 kann über elektrische oder pneumatische Versteileinrichtungen erfolgen, die über ein Spaltweitensignal steuerbar sind, welches vom Steuerausgang 214 einer Wehrregeleinrichtung 210 ausgegeben wird.
Figur 6 zeigt ausschnittsweise eine Dekantierzentrifuge mit einem pneumatischen Flüssigkeitswehr 330. Dieses weist einen U-förmigen Flüssigkeitskanal auf mit einer zur Zentrifugentrommel 20 hin gerichteten Eintrittsöffnung 331, einer U- förmigen Biegung 333 und einer Austrittsöffnung 332. Es schließt sich in der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform eine weitere U-förmige Kanalumlenkung an, so dass insgesamt eine Labyrinthdichtung mit 4 Umlenkungen ausgebildet ist.
Durch eine Druckgasleitung 334 kann Druckgas in den Flüssigkeitskanal im Bereich der U-förmigen Biegung 333 eingeblasen werden, wo sich eine hydrohermetische Druckkammer ausbildet. Das in der Biegung 333 eingeleitete Druckgas erhöht den Strömungswiderstand für die Flüssigkeitsphase 54 und erhöht damit den Staudruck am Flüssigkeitswehr 330, so dass sich die Teichtiefe xτ vergrößert und die Trockensubstanzkonzentration der ausgetragenen Schlammphase 52 verringert. Wird der Gasdruck zu hoch gewählt, bricht die Gasphase aus der Biegung 333 des Kanals aus und sammelt sich entweder in der Zentrifugentrommel 20 oder strömt nach außen. Bei einem Gasdruck, der etwa dem Druck der rotierenden Flüssigkeitsphase in der Biegung 333, tritt kein Gas mehr in die Flüssigkeitsphase 54 über, so dass diese ungehindert austreten kann. Beim Über- oder Unterschreiten dieser Druckwerte wird die Teichtiefe xτ nicht mehr beeinflusst. Liegt der Gasdruck zwischen den genannten Grenzdrücken, kann das Verfahren der Erfindung in gleicher Weise angewandt werden wie zuvor für eine Dekantierzentrifuge mit mechanisch verstellbarem Flüs- sigkeitswehr 30 angegeben wurde. Auch das zuvor beschriebene Dekantierzentrifugensystem kann mit seinen Sensoren 60 und Regeleinrichtungen 210, 220 ebenso zusammen mit einer Dekantierzentrifuge mit pneumatisch verstellbarem Flüssigkeitswehr 330 betrieben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung erläutert.
Bei dem zu verarbeitenden Produkt handelt es sich um ein Mehrphasengemisch, das mindestens eine Flüssigkeitsphase und eine darin unlösliche Feststoffphase aufweist. In der hier vorgestellten Ausbildung des Verfahrens ist es Ziel des
Trennprozesses, die Feststoffphase mit einem möglichst geringem Restgehalt an Flüssigkeit abzutrennen, gleichwohl soll die aus Feststoff und Restflüssigkeit bestehende Trok- kenphase noch durch Rohrleitungen förderbar sein, so dass sie fließfähig bleiben muss. Diese Zielsetzung ergibt sich beispielsweise bei der Verarbeitung von Klärschlamm in kommunalen Kläranlagen.
Die Zylindertrommel 20 wird auf eine hohe Nenndrehzahl nZo beschleunigt, und das Produkt wird eingeleitet. Die Nenn- drehzahl nzo ist durch die Bauart der Dekantierzentrifuge 100 begrenzt . Bei hoher Nenndrehzahl n20 zu Beginn des Verfahrens weist die sich absondernde Trockenphase 52 in der Zentrifugentrommel 20 eine hohe Trockensubstanzkonzentration cτs auf.
Bei einem großen Dichtenunterschied zwischen fester und flüssiger Phase sind Feststoffe leichter sedimentierbar. In diesen Fällen kann die Nenndrehzahl n20 niedriger sein als die bauartbedingte Höchstdrehzahl nz,max. Das Verfahren kann dann mit einer Startdrehzahl begonnen werden, die dem 0,5 bis 0,7fachender der maximalen Drehzahl entspricht. Dadurch weist die Trockenphase zunächst einen erhöhte Menge an Rest- wasser auf. Um dies auszugleichen, wird das Verfahren mit einem weit geöffneten Wehr begonnen, so dass möglichst viel Flüssigkeit abfließen kann.
In jedem Fall wird aber die Nenndrehzahl nzo zu Anfang des Prozesses so hoch gewählt, dass damit eine starke Phasentrennung erzielt wird und vermieden wird, dass Feinstäube mit der abgetrennten Flüssigkeitsphase ausgeschwemmt werden.
Um die Förderbarkeit der Trockenphase 52 zu gewährleisten und um bereits in der Anlaufphase des Prozesses ein so hohes Volumen auszutragen, dass die Rohrleitungen auf der Aus- tragsseite gefüllt werden und eine Messung der Trockensubstanzkonzentration cτs mit Hilfe der Sensoreinrichtung 60 ermöglicht ist, wird die bei hoher Nenndrehzahl abgetrennte Trockensubstanz mit Flüssigkeit versetzt. Dazu wird beim Anlaufen des Prozesses die Wehrspaltweite xw des Wehrspalts 33 zunächst auf einen Startwert eingestellt, der etwa 0,5% bis 5% der maximal einstellbare Wehrspaltweite xw,max beträgt . Durch den schmalen Wehrspalt 33 steigt der Druck im Kreis- ringraum 26, so dass Flüssigkeit 54 in die abgeschleuderte Trockenphase 52 hineindrückt . Die so wieder verdünnte Trok- kenphase 52 wird an der Tauchscheibe 14 vorbei bis zu der Trockensubstanzaustragsausnehmung 22 gefördert.
Die Weitenverhältnisse am Wehr sind in den Fig. 5a und 5b schematisch dargestellt. Die Flüssigkeitsphase 54 wird nach dem Austritt aus der Wehrplatte 32 auf Grund der hohen Zentrifugalkräfte radial nach außen geschleudert. Bei einer in Fig. 5b dargestellten sehr weiten Öffnung des Wehrspalts 33 schleudert die Flüssigkeitsphase weg und benetzt die Dros- selplatte 34 nicht mehr. Die Spaltweite xw ist dann ohne Einfluss auf die hydraulische Förderung der Trockenphase 52 in der Zentrifugentrommel 20. Die maximal einstellbare Wehrspaltweite W/ma ist damit diejenige Weite des Wehrspalts 33, bei der gerade noch eine Benetzung der Drosselplatte 34 durch die austretende Flüssigkeitsphase 54 stattfindet und somit eine Regelung des Staudrucks der Flüssigkeitsphase erfolgen kann.
Anschließend wird die Wehrspaltweite xw in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trok- kenphase 52 bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll- Trockensubstanzkonzentration cTS/0 geregelt.
Als anzustrebender Arbeitspunkt wird eine Wehrspaltweite definiert, die unter Berücksichtigung von maschinentechnischen und produktspezifischen Daten festgelegt wird und gegebenen- falls durch Vorversuche ermittelt wird. Weiterhin wird ein in Fig. 4b mit 37 bezeichneter Wehrspaltweitentoleranzbe- reich um den Arbeitspunkt herum und eine Startwehrspaltweite X,ι festgelegt. Die Breite des Wehrspaltweitentoleranzbe- reichs 37 beträgt vorzugsweise 0,5% bis 5% der maximalen Wehrspaltweite Xw,max-
Der Arbeitspunkt kann auch in der Mitte des verfahrenstechnischen wirksamen Verfahrbereichs der Drosselplatte 34 festgelegt werden, so dass sich gleich große Reserven für den Verfahrweg der Drosselplatte in beiden Richtungen ergeben.
Nach dem so gestalteten Anlaufen des Prozesses setzt die erfindungsgemäße Optimierung des Verfahrens im Hinblick auf eine Energieeinsparung ein, sofern die eingeregelte Wehrspaltweite xw nicht in dem Wehrspaltweitentoleranzbereich 37 liegt . Liegt die Wehrspaltweite in dem Wehrspaltweitentoleranzbe- reich 37, so wird der Prozess ohne Energieverbrauchsoptimierung weitergeführt, indem laufend das Produkt aufgegeben wird und Flüssigkeits- und Trockenphase abgezogen werden. Über eine Regelung der Wehrspaltweite wird auf Konzentrations- oder Mengenänderungen im Zulauf reagiert, so dass die Trockensubstanzkonzentration cTs nach kurzer Zeitdauer wieder einem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Kann die Wehrspaltweite nicht weiter erhöht werden, da diese nahe an der maximalen Wehrspaltweite xw,maχ liegt, wird eine Erhöhung der Trommeldrehzahl nz vorgenommen, so dass die Trockensubstanzkonzentration cτs in der Trockenphase tendenziell erhöht wird. Dem wird durch eine Druckerhöhung in der Flüssigkeitsphase entgegengewirkt, die mittels einer Redu- zierung der Wehrspaltweite xw bewirkt wird. Durch die Schritte Drehzahlerhöhung und Nachregelung der Wehrspaltweite wird, gegebenenfalls nach einer Wiederholung, zugleich die Drosselplatte des Wehrs wieder im Wehrspaltweitentoleranzbe- reich 37 positioniert.
Liegt die eingeregelte Wehrspaltweite xw jedoch unterhalb des vorgegebenen Wehrspaltweitentoleranzbereichs 37, so wird die Zentrifugentrommeldrehzahl nz um einen Drehzahlstufenwert ΔnZ/ welcher vorzugsweise bei 2% der maximalen Nenndrehzahl liegt, abgesenkt. Eine Durchführung des Verfahrens mit Dreh- zahlstufenwerten Δnz von 30 bis 70 U/min ist auch möglich. Es hat sich gezeigt, dass diese bevorzugte Werte für die Drehzahlstufenwerte einerseits groß genug ist, um in möglichst kurzer Zeit und möglichst wenigen Schritten eine Energieeinsparung zu bewirken. Andererseits führt die Höhe der dem Prozess aufgezwungenen Änderung noch nicht zu einem Aufschwingen des Systems oder anderen negativen Auswirkungen.
Nach der Drehzahländerung wird die Wehrspaltweite xw in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase 52 bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Trockensubstanzkonzentration cTS/0 nachgeregelt.
Die eingeregelte Wehrspaltweite xw wird wiederum mit dem vorgegebenen Wehrspaltweitentoleranzbereich 37 verglichen. Solange die Wehrspaltweite xw außerhalb des Wehrspaltweiten- toleranzbereiches 37 liegt, werden die Schritte: Drehzahlabsenkung,
- Nachregelung des Wehrspaltes 33 und
- Überprüfung der Wehrspaltweite wiederholt .
Andernfalls wird die Energieoptimierung abgebrochen. Das
Wehr 30 steht dann in einer Stellung, bei der noch genügend Reserven gegeben sind, um die Drosselklappe 34 im verfahrenstechnisch wirksamen Bereich zu verfahren und damit die Wehrspaltweite xw zu verändern, wenn eine Änderung in Menge und/oder Zusammensetzung des aufgegebenen Produktes dies erfordert .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird abschließend an einem
Beispiel und mit Bezug auf die Fig. 7 und die Fig. 4a bis Fig. 4c nochmals erläutert.
In einer kommunalen Kläranlage wird das Dekantiersystem der
Erfindung zur Trocknung, Eindickung oder Volumenstromreduzierung von Klärschlamm, welcher ein Gemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen mit einem Gehalt an Trockensubstanz von 0.1 - 50 g/1 darstellt. Angestrebt wird eine Entwässerung bis auf eine Trockensubstanzkonzentration cTs von 60 g/1.
In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Trommeldrehzahl nz (Fig. 4a) , der Wehrspaltweite xw (Fig. 4b) und des Volumen- Stroms des zugeführten Produktes (Fig. 4c) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.
In der mit „I" bezeichneten Phase wird die Zentrifugentrommel 20 auf eine hohe Trommeldrehzahl beschleunigt, die im Bereich der bauartbedingten, im Betrieb maximal zulässigen Drehzahl liegt.
Wie in Fig. 4b dargestellt, wird die Wehrspaltweite xw, ausgehend von einem nahezu geschlossen Wehrspalt 33 in einer Rampenfunktion vergrößert, bis die Trommel mit dem im Betrieb vorgesehenen Volumen des Mehrphasengemisches vollstän- dig befüllt ist, die vorgegebene Trommeldrehzahl erreicht wird und ein konstanter Volumendurchsatz in der Dekantierzentrifuge vorliegt.
Als Abschluss der Phase „I", die die Schritte a) bis d) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, erfolgt eine Naσhrege- lung der Wehrspaltweite xw bis eine vorgegebene Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase 52 erreicht ist.
Anschließend an die Nachregelung erfolgt mit Beginn der Phase „II" eine Überprüfung, ob die Wehrspaltweite xw schon in- nerhalb des Wehrspaltweitentoleranzbereiches 37 liegt, welcher in Fig. 4b zwischen den gestrichelten Linien dargestellt ist.
Da die Wehrspaltweite xw noch außerhalb des Toleranzbandes liegt, kann eine Absenkung der Trommeldrehzahl nz um einen Drehzahlstufenwert Δna vorgenommen werden, wodurch eine Energieeinsparung erzielt wird. Die durch die Reduktion der Trommeldrehzahl niedrigere Trockensubstanzkonzentration cτs in der ausgetragenen Trockenphase wird durch eine Vergröße- rung der Wehrspaltweite xw kompensiert.
Die vorgenannten Schritte werden in den Phasen „III" und „IV" wiederholt. Am Ende der Phase „IV" befindet sich die Wehrspaltweite x nach Durchführung der Nachregelung innerhalb des Wehrspaltweitentoleranzbereiches 37.
Daher wird die Drehzahlregeleinrichtung 220 deaktiviert, und es wird keine weitere Absenkung der Trommeldrehzahl vorgenommen. Das Wehr 30 befindet sich nun in einer Stellung, aus der heraus das Dekantierzentrifugensystem der Erfindung auf Änderungen beim ProduktZulauf in beide Richtungen reagieren kann. Der Wehrspalt 33 kann weiter geöffnet werden, um den Flüssigkeitsentzug bei einem Produkt mit geringerer Trockensubstanzkonzentration zu erhöhen. Er kann aber auch weiter geschlossen werden, wodurch bei einem stärker konzentrierten Produkt eine bestimmte Restfeuchte in der ausgetragenen Trockenphase erhalten bleibt, was ein Zusetzen der austrags- seitigen Leitungssysteme verhindert.
In Phase „V" der Fig. 4c ist eine Erhöhung der Zuflussmenge, beispielsweise auf Grund eines Regenschauers, aufgezeichnet. Gleichzeitig ist der Feststoffgehalt aber geringer. Um die Trockensubstanzkonzentration cτs des Austrags konstant zu halten, wird die Wehrspaltweite xw aus dem Toleranzbereich 37 heraus stark erhöht, um vermehrt Flüssigkeit abziehen zu können .
Der Verfahrensablauf ist auch in dem Flussdiagramm der Fig. 7 graphisch dargestellt: Zunächst muss die Zentrifugen- trommel anlaufen und das Wehr auf eine Startwehrspaltweite eingestellt werden. Es wird dann die Zuleitung des Mehrphasengemisches in die rotierende Dekantierzentrifuge geöffnet, die damit allmählich gefüllt wird. Die Flüssigkeitsphase und die Trockenphase werden kontinuierlich abgezogen.
Mit der Wehrregeleinrichtung 210 (vgl. Fig. 1, 2) wird über die Wehrstellung die Austragskonzentration auf den gewünschten Sollwert eingeregelt. Während dieser Zeit ist die Funktion der Drehzahlregeleinrichtung 220 noch überbrückt. Nach- dem diese Überbrückungszeit beendet ist, wird die Regelung freigegeben. Für den spezifischen Einsatzfall wird unter Berücksichtigung von maschinentechnischen und anlagenspezifischen Daten der optimale Arbeitspunkt der Wehrregeleinrichtung 210 festgelegt. Aus diesem Arbeitspunkt ergibt sich der Bereich in dem die Dekantierzentrifuge verfahrenstechnisch und hinsichtlich des Energieverbrauchs optimal arbeitet. Mittelage und Breite dieses Bereiches werden zur Definition eines Wehrspaltweitentoleranzbereiches herangezogen.
Die momentane Stellung des Wehrs wird dann ermittelt und mit dem Wehrspaltweitentoleranzbereich verglichen.
Befindet sich der Stellwert der Wehrregeleinrichtung unterhalb dieses Bereiches, ist der Dekanter nicht ausgelastet und die Trommeldrehzahl, die mit dem Energieverbrauch des Trennverfahrens direkt im Zusammenhang steht, kann um einen Drehzahlstufenwert reduziert werden.
Verlässt der Stellwert der Regelung den Bereich in positiver Richtung, ist die Trommeldrehzahl zu niedrig und muss angehoben werden, um die Wehrposition in den Wehrspaltweitentoleranzbereich zurückzuführen. Ist eine der Bedingungen für die Verstellung der Trommeldrehzahl gegeben, wird geprüft, ob die Wehrregeleinrichtung ausgeregelt ist, d.h. ob die Austragskonzentration dem Sollwert entspricht. Ist das der Fall, so wird die Trom- meldrehzahl angepasst. Ist die Regeldifferenz zu groß, muss zunächst die Trockensubstanzkonzentration cτs nachgeregelt werden und die Trommeldrehzahl wird erst in einem späteren Schritt verändert .
Wurde die Trommeldrehzahl verändert, so ergibt sich für die ständig aktive Wehrregeleinrichtung möglicherweise ein neuer Arbeitspunkt. Dieser Arbeitspunkt muss von der Regelung ermittelt und angefahren werden. Dazu wird eine Erholungszeit für die Regelung gestartet . Nach Ablauf dieser Zeit beginnt wieder der Zyklus, der zur Festlegung des Wehrspaltweitento- leranzbereiches und eines erneuten Vergleichs der Wehrstellung mit dem Toleranzbereich führt .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Trennen eines Mehrphasengemisches (50) in wenigstens eine Flüssigkeitsphase (54) und eine Trockenphase (52) mit einer vorbestimmten Trockensubstanzkonzentration cτs, mittels einer Dekantierzentrifuge (100), die aufweist:
- eine ringförmige Tauchscheibe (14) , die an ihrem inneren Umfang mit einer Welle (10) verbunden ist und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser einer Zentrifugentrommel (20) ; und - wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel (20) angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehrspalt, durch den die Flüssigkeitsphase (54) aus der Zentrifugentrommel (20) ableitbar ist, und mit einer Teichtiefeneinstellvorrichtung, mit der die Teichtiefe XT der in der Zentrifugentrommel (20) rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist, mit folgenden Schritten:
j) Anlaufen der Zentrifugentrommel (20) auf eine Starttrommeldrehzahl nz,ι und Einstellen der Teichtiefe xτ auf eine Startteichtiefe Xτ,ι; k) Einleiten des Mehrphasengemisches (50) in die rotierende Zentrifugentrommel (20) ; 1) Abzug der Trockenphase (52) durch die wenigstens eine Trockensubstanzaustragsausnehmung (22) und Abzug der Flüssigkeitsphase (54) durch den Wehrspalt (33) ; m) Regeln der Teichtiefe xτ mittels der Teichtiefeneinstellvorrichtung in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase (52) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll- Trockensubstanzkonzentration cTs,ι;
gekennzeichnet durch folgende Schritte n) Festlegen eines Teichtiefentoleranzbereichs mit einer unteren Teichtiefe xTjU und einer oberen Teichtiefe xτ,o; o) Vergleichen der eingeregelten Teichtiefe xw mit dem
Teichtiefentoleranzbereich und fortwährende Durchführung der Schritte b) bis f) bei einer innerhalb des Teichtiefentoleranzbereiches liegenden Teichtiefe xτ? p) Erhöhen der Zentrifugentrommeldrehzahl nz um einen Drehzahlstufenwert Δnz bei einer Teichtiefe xT/ die kleiner ist als die untere Teichtiefe xτ,u/ oder Absenken der Zentrifugentrommeldrehzahl nz um einen Drehzahlstufenwert Δnz bei einer Teichtiefe xτ, die größer ist als die obere Teichtiefe xτ,o; q) Nachregeln der Teichtiefe xτ in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cτs in der abgezogenen Trockenphase (52) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Trockensubstanzkonzentration cτs,0; r) Vergleich der nachgeregelten Teichtiefe xτ mit einem vorgegebenen Teichtiefentoleranzbereich und Wiederholung der Schritte f) bis i) bei einer außerhalb des Teichtiefentoleranzbereiches liegenden Teichtiefe T unter fortwährender Einleitung des Mehrphasengemisches (50) in die rotierende Zentrifugentrommel (20) und Ab- zug der Flüssigkeits- und Trockenphase (54, 52) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dekantierzentrifuge (100) verwendet wird, deren Flüssigkeitswehr (30) aus einer Wehrplatte (32) mit wenigstens einer Flüssigkeitsausnehmung und aus einer Drosselplatte (34) besteht, die ortsfest unter Ausbildung eines Wehrspaltes (33) gegenüber der Wehrplatte (32) gelagert und axial verschiebbar ist und dass die Teichtiefe xτ über eine Vergrößerung der Wehrspaltweite xw abzusenken und über eine Verringerung der Wehrspalt- weite xw zu erhöhen ist, wobei dem Teichtiefentoleranzbereich ein entsprechender Wehrspaltweitentoleranzbe- reich mit einer unteren Wehrspaltweite x/U und einer oberen Wehrspaltweite xWj0 zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittelpunkt des Wehrspaltweitentoleranzbereich.es
(37) die Hälfte der maximalen Wehrspaltweite X,ma gewählt wird, bei welcher gerade keine Benetzung der Drosselplatte (34) durch die aus dem Wehrspalt (33) austretende Flüssigkeitsphase (54) mehr stattfindet.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittelpunkt des Wehrspaltweitentoleranzbereiches (37) die in Schritt d) eingeregelte Wehrspaltweite xw gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass in Schritt a) zur Einstellung der Startteichtiefe xτ,ι eine Startwehrspaltweite xW/1 entsprechend 0,5% bis 5% der maximalen Wehrspaltweite Xw.max gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Wehrspaltweitentole- ranzbereiches (37) zwischen einer unteren Wehrspaltweite xw,u und einer oberen Wehrspaltweite xW(0 0,5% bis 5% der maximalen Wehrspaltweite xw,maχ beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Wehrspaltweite xw als lineare Funktion der Zeit erhöht wird, solange eine Regelabweichung der gemessenen Trockensubstanzkonzen- tration cτs von der Soll-Trockensubstanzkonzentration Cτs,ι mehr als 10% beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dekantierzentrifuge verwendet wird, deren Flüssigkeitswehr wenigstens einen sich axial erstreckenden, U- förmigen Flüssigkeitskanal aufweist, deren Eintrittsund Austrittsöffnungen zum Außenumfang des Flüssigkeitswehrs hin angeordnet sind und bei dem im Bereich der U-förmigen Biegung ein Druckgas unter Ausbildung einer hydrohermetischen Druckkammer einleitbar ist und dass die Teichtiefe xτ durch Erhöhung des Gasdrucks zu erhöhen ist und durch Erniedrigen des Gasdruck abzusenken ist, wobei dem Teichtiefentoleranzbereich ein entsprechender Gasdrucktoleranzbereich mit einem unteren Gasdruck pυ und einem oberen Gasdruck p0 zugeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittelpunkt des Teichtiefentoleranzbereiches die in Schritt d) eingeregelte Teichtiefe xw gewählt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zur Einstellung der Startteichtiefe xT)1 ein Startgasdruck i entsprechend 95% bis 99,5% eines maximalen Gasdrucks pmax gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Gasdrucktoleranzbereiches zwischen einem unteren Gasdruck u und einem oberen Gasdruck p0 0,5% bis 5% des maximalen Gasdrucks pmax beträgt .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) der Gasdruck als lineare Funktion der Zeit gesenkt wird, solange eine Regelabweichung der gemessenen Trockensubstanzkonzentration cTS von der Soll -Trockensubstanzkonzentration cTS,l mehr als 10% beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Starttrommeldrehzahl nZ;ι die maximal zulässige, bauartbedingte Nenndrehzahl nz,max der Dekantierzentrifuge (100) gewählt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Starttrommeldrehzahl nz,ι dem
0,5fachen bis 0,7fachen der maximal zulässigen, bauartbedingten Nenndrehzahl nZjmax der Dekantierzentrifuge (100) gewählt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlstufenwert Δnz 1% bis
3% der maximal zulässigen, bauartbedingten Nenndrehzahl nz,ma entspricht.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlstufenwert Δnz 30...70 Umdrehungen pro Minute beträgt.
17. Dekantierzentrifugensystem zur Durchführung des Verfah- rens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit wenigstens folgenden Einzelteilen:
- einer Dekantierzentrifuge (100) umfassend:
- eine Hohlwelle (10) , die wenigstens ein innenliegendes Einlaufröhr (11) aufweist; - eine um die Hohlwelle (10) rotierbare Zentrifugentrommel (20) , welche mit wenigstens einer in ihren Trommelmantel (21) eingebrachten Trockensubstanz - austragsausnehmung (22) versehen ist;
- einer ringförmigen Tauchscheibe (14) , die an ihrem inneren Umfang mit der Hohlwelle (10) verbunden ist und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Trommelmantels (21) ;
- wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel
(20) angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehr- spalt, durch den die Flüssigkeitsphase (54) aus der
Zentrifugentrommel (20) ableitbar ist, und mit einer Teichtiefeneinstellvorrichtung, mit der die Teichtiefe xτ der in der Zentrifugentrommel (20) rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist, - einer Sensoreinrichtung (200) zur Messung der Trockensubstanzkonzentration c s in der abgezogenen Trockenphase (52) ;
- eine Wehrregeleinrichtung (210) zur Regelung der Teichtiefe xτ in Abhängigkeit von der Trockensubstanz - konzentration cτs; gekennzeichnet durch - eine Drehzahlregeleinrichtung (220) zur Regelung der Trommeldrehzahl nz in Abhängigkeit von der Teichtiefe xτ und von der Trockensubstanzkonzentration cτs, mit einem Konzentrationssignaleingang (221) , einem Teich- tiefensignaleingang (222) und einem Drehzahlsteuersignalausgang (224) .
18. Dekantierzentrifugensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekantierzentrifuge (100) eine in dem zwischen der Hohlwelle (10) und der Zentrifugen- trommel (20) ausgebildeten Kreisringraum (26) angeordnete Förderschnecke (40) aufweist, die mit der Hohlwelle (10) mit einer Schneckendrehzahl ns rotierbar ist, welche gegenüber der Trommeldrehzahl nz um eine Differenzdrehzahl Δns erhöhbar ist.
19. Dekantierzentrifugensystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitswehr (30) aus einer Wehrplatte (32) mit wenigstens einer Flüssig- keitsausnehmung und aus einer Drosselplatte (34) besteht, die ortsfest unter Ausbildung eines Wehrspaltes (33) gegenüber der Wehrplatte (32) gelagert und axial verschiebbar ist.
20. Dekantierzentrifugensystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitswehr (330) wenigstens einen sich axial erstreckenden, U-förmigen Flüssigkeitskanal aufweist, deren Eintritts- und Austrittsöffnungen (331, 332) zum Außenumfang des Flüssigkeitswehrs (330) hin angeordnet sind und bei dem im Bereich einer U-förmigen Biegung (333) Druckgas unter Ausbildung einer hydrohermetisehen Druckkammer über ei- ne Druckgasleitung (334) einleitbar ist.
21. Dekantierzentrifugensystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinrichtung (220) während der Regelung der Teichtiefe xτ durch die Wehrregeleinrichtung (210) bis zum Errei- chen einer vorgegebenen Trockensubstanzkonzentration cτs mittels einer Deaktivierungseinrichtung (215) deaktivierbar ist.
22. Dekantierzentrifugensystem (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wehrre- geleinrichtung (210) ein PI-Regler oder ein PID-Regler ist .
23. Dekantierzentrifuge (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinrichtung (220) ein Schrittregler ist, der einen Teichtiefensignaleingang (222) , eine Konzentrations- signaleingang (221) und einen Drehzahlsteuersignalausgang (224) aufweist.
24. Dekantierzentrifuge (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Teichtiefensi- gnaleingang (221) der Drehzahlregeleinrichtung (220) und der Wehrsteuersignalausgang (214) der Wehrregeleinrichtung (210) direkt miteinander verbunden sind.
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