DE19635346C1

DE19635346C1 - Diskontinuierliche Filterzentrifuge mit einer Trocknungsvorrichtung für das schleuderfeuchte Gut

Info

Publication number: DE19635346C1
Application number: DE19635346A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen Wienicke
Original assignee: WIENICKE HEINZ JUERGEN
Current assignee: WIENICKE HEINZ JUERGEN
Priority date: 1996-08-31
Filing date: 1996-08-31
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2016-09-01
Also published as: US5865993A; EP0826424A3; EP0826424A2

Description

Die Erfindung betrifft eine diskontinuierliche Filterzentrifuge mit einer Trocknungsvorrichtung für das schleuderfeuchte Gut, ent haltend eine Zentrifugentrommel, deren Feststoff-Austrags öffnung in ein Feststoff-Auslaßgehäuse mündet.

Die DE 33 40 636 A1 und die DE 44 17 310 C1 zeigen derartige Zentrifugen.

Für eine anschließende Trocknung des schleuderfeuchten Feststoffes werden verschiedene thermische Trocknungs verfahren angewendet.

BEKANNTE TECHNOLOGIEN UND VERFAHREN

1. In üblichen diskontinuierlichen Filterzentrifugen, siehe z. B. DE 33 40 636 A1, werden Suspensionen in ihre Fest-Flüssig-Bestandteile getrennt. Der in der Zentri fuge verbleibende Filterkuchen wird von der anhaftenden Mutterlauge weitgehend befreit, ggf. mit flüssigen Medien gewaschen, durch Zentrifugalkräfte mechanisch entfeuchtet und anschließend ausgeräumt. Der "schleuder feuchte" Feststoff wird in der Regel in ein an die Zen trifugentrommel anschließendes Feststoff-Auslaßgehäuse ausgetragen und mittels einer Fördereinrichtung in eine thermische Trocknungseinrichtung gefördert.

Um als Produkt einen endgetrockneten Feststoff zu erhalten, ist in Kauf zu nehmen:

a) Hoher Investitionsaufwand durch Kombination mehrerer Komponenten (Zentrifuge, Pufferbehälter, Transport einrichtung, thermischer Trockner), erheblicher Mehr aufwand bei der Prozeßautomatisierung;
b) großer Platzbedarf auf unterschiedlichem Höhen-Niveau durch Kombination der in Reihe gekoppelten Komponenten;
c) erhöhte Störanfälligkeit des Systems bei vorhandenen negativen Produkteigenschaften des Feststoffes, wie z. B. Anbacken an Wandungen, Verkleben usw., mehr Übergabe- bzw. Schnittstellen bei Prozeß automatisierung;
d) erhöhter Wartungsaufwand und Ersatzteilhaltung durch komplexes Gesamt-System;
e) erhöhter Reinigungsaufwand beim Abfahren der Anlage aufgrund des komplexen Gesamt-Systems, speziell bei Multiproduktions-Anlagen mit häufigem Produktwechsel.

2. Bei diskontinuierlichen Filterzentrifugen, siehe z. B. DE 44 17 310 C1, mit druckdicht gekapseltem Trommel innenraum kann anschließend an die mechanische Ent feuchtung eine konvektive Trocknung durchgeführt werden. Diese erfolgt durch Aufgabe von Druckgas in den Trommel innenraum und Durchströmen des Filterkuchens von innen nach außen. In diskontinuierlichen Filter zentrifugen mit druckdichter Trommel kann somit eine Festbett-Trocknung (Konvektiv-Trocknung) realisiert werden. Sowohl verfahrenstechnisch als auch wirtschaftlich betrachtet ist dieser Vorgang ausschließlich bei gut filtrierenden, kristallinen Feststoffen sinnvoll. Voraussetzung ist prinzipiell eine spezifisch hohe Gasdurchsatzleistung. Wenn diese Prämisse nicht erfüllt wird, muß in Kauf genommen werden:

a) Lange Filtrations- und Trocknungszeiten, somit geringe Produkt-Kapazität, unwirtschaftliches Leistungsverhältnis;
b) erhöhte Gefahr der Filterkuchen-Verdichtung, bzw. Verlegung der Kuchen-Deckschicht (Filterkuchen innenseite), durch Kompression mittels Druckgas;
c) lange Belegungszeiten der vor- und nachgeschalteten Anlagen-Komponenten, Kapazitätseinbuße der gesamten Produktions-Anlage;
d) wirtschaftlich nur bedingt einsetzbar dann, wenn Zentrifugen-Zykluszeit zu Trocknungszeit sich etwa 1:1 verhält. Somit relativ geringe Bandbreite für wirtschaftlichen Einsatz;
e) hohe Gasdurchsätze bedingen relativ hohe Energiekosten für Temperierung des Gases zur Trocknung;
f) analog dazu relativ hoher Betriebskostenaufwand für die Aufarbeitung des abströmenden Gases in Kreisgasanlagen;
g) hohe zusätzliche Investitionskosten für Kompressor, Wärmetauscher, Kreisgasanlage.

3. Bei Zentrifugentrocknern (siehe EP 0 454 045 A2) wird in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Material in der Regel im Anschluß an die mechanische Entfeuchtung in der druckdicht geschlossenen Trommel konvektiv getrock net. Darüber hinaus besteht die zusätzliche Möglichkeit, nach segmentweisem Ablösen des Filterkuchens von der Trommel im Trommelinnenraum eine Wirbelschichttrocknung der Feststoffe zu realisieren. Der Trocknungsvorgang kann zusätzlich durch den Einsatz von Vakuum unterstützt werden.

Der Zentrifugentrockner unterscheidet sich von den diskontinuierlichen Filterzentrifugen generell dadurch, daß die Trommel als Druckbehälter ausgebildet ist und somit bezüglich der Trocknung mehrere Optionen beinhaltet. In der Trommel sind ausschließlich metallische Filtermedien einsetzbar. Dabei muß in Kauf genommen werden:

a) Anfällig für Unwuchtprobleme bei gut filtrierenden Produkten mit hoher Dichte und spontan filtrierenden Feststoffen;
b) analog dazu Probleme mit ungleichmäßiger Filtration und Waschung;
c) Beschleunigungswerte bei Zentrifugation mit 600-700xG niedriger als bei Filterzentrifugen. Dadurch bedingt längere Zykluszeiten und geringere mechanische Entfeuchtung. Daraus folgen längere Gesamtzykluszeiten (Kapazitätseinbuße) und höhere Energiekosten aufgrund der höheren Anfangs feuchte vor Trocknung und der relativ längeren Trocknungszeit;
d) metallische Filtergewebe sind bei Verkleben und Verstopfung durch Feststoffe schlechter regenerierbar als Textilgewebe. Im Störfall ist die Zugänglichkeit der Maschine für Inspektion und Reinigung aufwendig;
e) analog dazu ist der Einsatz von Zentrifugentrocknern in Multiproduktionsanlagen, speziell im Pharmabereich mit relativ langen Ausfall-Zeiten bei Produktwechsel verbunden;
f) der Zentrifugen-Trockner hat kein Feststoff-Gehäuse, der Produktaustrag erfolgt pneumatisch, pulsierend über einen "Ring-Kanal" nach außen. Somit ist der Austrag von zentrifugenfeuchtem Produkt nicht möglich. Im Falle einer Störung ist mit hohem zeitlichen und personellen Aufwand zu rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diskontinuierliche Filterzentrifugen zu schaffen, bei denen mit möglichst geringem maschinellem Aufwand und geringem Platzbedarf ohne Beeinträchtigung der Zentrifugenkapazität eine in verfahrenstechnischer Hinsicht günstige Trocknung des aus der Zentrifugentrommel ausgetragenen, in der Regel schleuderfeuchten Feststoffes bewirkt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer solchen Vorrichtung wird der Filterkuchen, das heißt der in der Regel schleuderfeuchte Feststoff, nach Ablauf des Zentrifugier-Programmes aus der Zentrifugen trommel direkt in die Trocknungseinrichtung ausgetragen, in die durch den gasdurchlässigen Siebboden ein geeignetes Trocknungsgas eingeleitet werden kann, das das auf dem Siebboden liegende Feststoff-Haufwerk durchströmt und die Feuchtigkeit desselben aufnimmt. Das feuchtigkeits gesättigte Trocknungsgas kann über ein beheiztes Gasfilter abgeführt und über eine Kreisgas-Aufbereitung wieder dem Trocknungsgassystem zugeführt werden. Gegen Ende der Trocknung wird das Haufwerk fluidisiert und bildet ein sogenanntes Fließbett bzw. eine Wirbelschicht. Nach Beendigung des Trocknungsvorganges wird der als Schwenkklappe oder Schieber ausgebildete Siebboden geöffnet und das Trockengut fällt nach unten oder wird über eine Zusatzeinrichtung pneumatisch weitergefördert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat im wesentlichen folgende prinzipiellen Vorteile:

a) Kompaktes System, alle Verfahrensschritte von der Verarbeitung der Suspension bis zum trockenen Endprodukt können in einer Maschine realisiert werden;
b) alle diskontinuierlichen Filterzentrifugen können zusätzlich mit diesem System ausgerüstet werden. Es besteht die Möglichkeit einer Nachrüstung bei existierenden Anlagen;
c) optimale Kapazitätsnutzung durch separate Durchführung der Verfahrensschritte Zentrifugation-Trocknung innerhalb der Maschine. Beide Verfahrensschritte können somit parallel gefahren werden. Die Zykluszeiten sollten zeitlich weitestgehend aufeinander abgestimmt werden;
d) Prozeßleittechnik: das System erfordert lediglich eine Steuerungseinheit;
e) es ergibt sich ein großes Potential an Kosten-Einsparungen.

Durch die Erfindung ergeben sich für diskontinuierliche Filterzentrifugen-Trockner-Systeme folgende Vorteile:

a) Doppelte Verarbeitungs-Mengenkapazität bei gleicher Trommelgröße;
b) größere Anwendungsbreite, da Kuchenaustrag sowohl zentrifugenfeucht als auch vorgetrocknet bzw. endgetrocknet möglich ist;
c) die Maschine unterliegt nicht der Druckbehälterverordnung (eventuelle Ausnahme falls Vakuumbetrieb realisierbar ist);
d) höhere Verfügbarkeit durch gute Zugänglichkeit für Inspektion und Reinigung, spezielle Eignung für Multiproduktionsanlagen auch im Pharma- und Lebensmittel bereich;
e) geringere Betriebskosten aufgrund effektiverer Vorentfeuchtung durch höhere Zentrifugalkräfte, geringerer Einsatz an Trocknungsenergie;
f) höhere Betriebssicherheit, keine Unwuchtprobleme, durch Einsatz textiler Filtergewebe geringere Gefahr bezüglich Verkleben bzw. Verstopfung.

Gegenüber sogenannten Drucknutschentrocknern ergeben sich folgende Vorteile:

a) Deutlich geringere Investitionskosten;
b) größere verfahrenstechnische Sicherheit, da Rißbildung im Filterkuchen ausgeschlossen ist;
c) analog dazu geringere Betriebskosten aufgrund niedrigerer Waschmittel- und Trocknungsgas-Verbräuche;
d) geringerer Platzbedarf;
e) höhere Verfügbarkeit durch gute Zugänglichkeit für Inspektion und Reinigung, spezielle Eignung für Multiproduktionen, auch unter GMP/FDA-Bedingungen;
f) kürzere Belegungszeiten bei schlecht filtrierenden Produkten, höhere Effizienz.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt in schematischer Querschnittsansicht eine erstes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer sogenannten Stülpfilterzentrifuge;

Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Schälzentrifuge.

In den Fig. 1 und 2 ist repräsentativ für den gesamten Zentrifugenteil nur jeweils eine Siebtrommel, die Zentrifugentrommel 3, dargestellt, die in üblicher Weise über ein geeignetes Antriebs- und Krafttransmissionssystem um ihre Horizontalachse in Drehung versetzt wird. Die Suspensionszufuhr in die Zentrifugen trommel 3 erfolgt durch das Zulaufrohr 4; der Filtrat austrag aus dem die Zentrifugentrommel 3 aufnehmenden Gehäuse erfolgt durch den Filtratauslaß 20, und der in der Regel schleuderfeuchte Feststoff wird in das an die Feststoff-Austragsöffnung der Zentrifugentrommel 3 anschließende Feststoff-Auslaßgehäuse 1 ausgetragen.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist innerhalb der Zentrifugentrommel 3 ein Schubboden 11 in Richtung der Trommelachse verschiebbar. An dem Rand des Schubbodens 11 einerseits und an dem die Feststoff-Austragsöffnung umgebenden Rand der Siebtrommel 3 andererseits ist das bei Stülpfilterzentrifugen übliche textile Filtergewebe 12 befestigt. An dem Schubboden 11 ist weiterhin mittels Distanzbolzen 13 ein Zentrifugendeckel 14 befestigt, mit dem während des Zentrifugierprozesses die Zentrifugen trommel 3 stirnseitig verschlossen ist.

An das untere Ende des Feststoff-Auslaßgehäuses 1 ist ein Anschlußstutzen 15 angeflanscht, in dem eine in der Schließstellung waagerecht liegende Bodenklappe a um die Achse 2 schwenkbar gelagert ist. Diese Bodenklappe a weist an ihrem oberen Ende einen gasdurchlässigen Siebboden 6, beispielsweise in Form einer porösen Filterplatte, insbesondere Fritte, auf. Unterhalb dieses Siebbodens 6 befindet sich eine Druckkammer, in die eine Trocknungsgas-Zuleitung 7 mündet.

Anstelle einer schwenkbaren Bodenklappe kann auch ein Schieber, bestehend im wesentlichen aus einem Siebboden mit darunter befindlicher Druckkammer vorgesehen sein.

Nach Beendigung eines Zentrifugiervorganges wird der schleuderfeuchte Feststoff durch Verschieben des Schub bodens 11 in Richtung des Pfeiles f1 aus der Siebtrommel 3 in das Feststoff-Auslaßgehäuse 1 ausgetragen, in der er auf den Siebboden 6 ein Haufwerk bildet. Es muß konstruktiv berücksichtigt sein, daß der untere Teil des Feststoff-Auslaßgehäuses 1 ein größeres Aufnahmevolumen für den Filterkuchen hat als das nominell maximale Füllvolumen der Siebtrommel 3. Das Filterkuchen-Haufwerk 5 sollte mit seiner Oberkante deutlich unter dem untersten Punkt des Trommel-Drehbereiches liegen. Der Siebboden 6 ist in seiner Flächendimensionierung auf die zu trocknende Feuchtgutmenge des Filterkuchen-Haufwerks 5 abgestimmt.

Für die Trocknung wird über die Trocknungsgas-Zuleitung 7 heißes Trocknungsgas, beispielsweise mit einem Druck von 150 bis 200 mWS, in die unterhalb des Siebbodens 6 befindliche Druckkammer eingeführt. Das Trocknungsgas durchströmt dann das Filterkuchen-Haufwerk 5 und nimmt die Feuchtigkeit desselben auf. Das feuchtigkeitsgesättigte Trocknungsgas wird über ein beispielsweise beheiztes Gasfilter 9 abgeführt und über eine Trocknungsgas-Aufbereitungseinrichtung 10 wieder dem Trocknungsgas-System zugeführt. Wasserfeuchtes Gas kann ggf. in die betriebliche Abluftentsorgung geleitet werden. Bei schlecht zu entfeuchtenden Materialien kann über Anschlußstutzen für den Vakuum-Betrieb 8 Unterdruck angelegt werden. Für den Vakuum-Betrieb 8 muß das Feststoff-Gehäuse als Druckbehälter ausgeführt sein, wobei dieser Verfahrensschritt ausschließlich bei druckdichter Sieb trommel anwendbar ist. Nach Beendigung des Trocknungs vorganges wird der als Schwenkklappe oder ggf. auch als Schieber ausgebildete Siebboden (einschließlich der Druckkammer) geöffnet und das Trockengut fällt nach unten oder kann über eine Zusatzeinrichtung pneumatisch weitergefördert werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung erfolgt der Austrag des zentrifugenfeuchten Feststoffes mittels einer Schälmessereinrichtung 30 mit zugeordneter Schurre.

Claims

1. Diskontinuierliche Filterzentrifuge mit einer Trocknungsvorrichtung für das schleuderfeste Gut enthaltend eine Zentrifugentrommel, deren Feststoff-Austragsöffnung in ein Feststoff-Auslaßgehäuse mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoff-Auslaßgehäuse (1) als Feststoff-Trocknungs einrichtung ausgebildet ist und einen für ein Trocknungs gas durchlässigen Siebboden (6) sowie einen Gasauslaß aufweist.

2. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Siebboden (6) eine poröse Filter platte, insbesondere Fritte, ist.

3. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß unterhalb des Siebbodens (6) eine Druckkammer angeordnet ist, in die eine Trocknungsgas-Zuleitung (7) mündet.

4. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Siebboden (6) einschließlich der Druckkammer zum Öffnen des unteren Endes des Feststoff-Auslaßgehäuses (1) als Schwenkklappe oder Schieber ausgebildet ist.

5. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Gasauslaß ein Gasfilter (9) integriert ist.

6. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an dem Gasauslaß anschließende Trocknungsgas-Aufbereitungseinheit (10).

7. Filterzentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß an die Trocknungsgas-Aufbereitungseinheit (10) Leitungen zur Rückführung der aufbereiteten Trock nungsgases in das der Druckkammer vorgeschaltete Trock nungsgassystem anschließen.