DE3937930A1 - Vorrichtung zur behandlung von truebefluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Trübeflüssigkeiten durch wenigstens teilweisen Entzug des Flüssigkeitsanteils, insbesondere Filtervorrichtung, die wenigstens eine zylindrische Kammer aufweist, deren Trübe­ raum mit einem Trübezulauf versehen ist und bei der wenig­ stens eine Kammerstirnwand flüssigkeitsdurchlässig ist und mit einem Flüssigkeitsabzug in Verbindung steht und die einen antreibbaren scheibenförmigen Rotor aufweist, der im Trübe­ raum angeordnet ist und der mit seiner Fläche gegen die flüssigkeitsdurchlässige Kammerstirnwand bewegbar ist.

Eine Vorrichtung der vorstehenden Art ist aus der DE-PS 34 26 527 bekannt. Die zu behandelnde Trübeflüssig­ keit wird in die Kammer eingeleitet und fortlaufend Flüssig­ keit über die flüssigkeitsdurchlässige Kammerstirnwand abge­ zogen, während die Feststoffanteile in der Trübekammer ver­ bleiben. Der scheibenförmige Rotor dreht sich in der Trübe­ flüssigkeit und soll hierbei die Trübe über den sich auf der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirnwand absetzenden Feststoff bewegen, um die Flüssigkeitsdurchlässigkeit über eine lange Zeitspanne aufrechtzuerhalten. Die bekannte Vorrichtung kann sowohl als sogenannter Konzentrator als auch als Filter eingesetzt werden. Insbesondere bei der Ver­ wendung als Filter wird durch eine teilweise axiale Beweg­ lichkeit des Rotors gegen die flüssigkeitsdurchlässige Kammerstirnwand, was beispielsweise durch eine auf den Rotor aufgesetzte Gummimembrane erfolgen kann, die Möglichkeit gegeben, gegen Ende des Filtrationsprozesses den sich auf der Kammerstirnwand absetzenden Feststoffkuchen noch aus­ zupressen, um so die im Feststoffkuchen enthaltene Rest­ feuchte weitgehend zu reduzieren. Bei der vorbekannten Vorrichtung ist nun gerade bei dem vorstehend erwähnten Einsatz als Filterpresse vorgesehen, daß auf dem Rotor wenigstens ein radial nach außen verlaufender Steg angeordnet ist, mit dessen Hilfe nach dem Preßvorgang und dem Öffnen der Kammer der Feststoffkuchen von der flüssigkeitsdurch­ lässigen Kammerstirnwand abgeschabt werden kann. Es hat sich aber herausgestellt, daß gerade dieser für den Austrag des Feststoffkuchens notwendige Steg erhebliche Nachteile im Betrieb bietet. Da der Rotor mit seinen Stegen in der voll­ ständig mit Trübeflüssigkeit gefüllten und abgeschlossenen Kammer rotiert, wird der Flüssigkeit selbst bei geringen Drehzahlen vor allem im Randbereich eine erhebliche Zentri­ fugalkraft erteilt, die sich nachteilig auf die Feststoff­ ablagerung auf der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirn­ wand auswirkt. Die Stege bewirken darüber hinaus einen erheb­ lichen Widerstand in der Flüssigkeit, so daß eine im Verhält­ nis zur Filtrationsleistung zu hohe Antriebsenergie für die Drehung des Rotors aufgebracht werden muß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs bezeichneten Art so zu verbessern, daß der Feststoffaufbau auf der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirnwand verbessert und zugleich die für die Drehung des Rotors notwendige Antriebenergie reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirnwand zugekehrte Rotorfläche mit mehreren Vorsprüngen versehen ist, die eine geringe Erstreckung in radialer Richtung aufweisen. Dadurch, daß anstelle eines durchgehenden radialen Steges mehrere Vorsprünge mit nur geringer radialer Erstreckung auf der Rotorfläche angeordnet sind, wird zum einen der durch die Flüssigkeit auf den Rotor ausgeübte Widerstand reduziert, so daß hier eine geringe Antriebsleistung erforderlich ist. Zum anderen wird durch diese Vorsprünge, in radialer Richtung gesehen, über den gesamten Flächenbereich die Flüssigkeit verwirbelt, so daß hier über in Umfangsrichtung umlaufend jedoch lokale Wirbelströmungen die Oberfläche des sich auf der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirnwand absetzenden Feststoffkuchens aufgewirbelt und für eine über einen langen Zeitraum gleichmäßige Flüssigkeitsdurchlässigkeit gesorgt wird. Der besondere Vorteil bei dieser Anordnung besteht darin, daß sich hinter jedem Vorsprung infolge der Bewegung in Umfangsrichtung eine "Wirbelschleppe" ausbildet, die in einem eng umgrenzten lokalen Bereich, jedoch sich in Umfangs­ richtung fortbewegend, eine kräftige Turbulenz in der Flüssigkeit erzeugt. Mit dem Abklingen der Wirbelschleppe unterliegt die Flüssigkeit nur noch relativ großflächigen Querbewegungen in der Ebene der Rotorfläche bzw. der Kammerstirnwand, so daß hier bei entsprechend langsamer Drehzahl sich eine relativ beruhigte Zone ausbilden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Vorsprünge, in radialer Richtung gesehen, versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird die Aus­ bildung der gewünschten Querströmung mit geringem Turbulenz­ grad begünstigt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zahl der Vorsprünge, ausgehend vom dreh­ achsnahen Bereich zum Außenumfang hin abnimmt. Mit dieser Maßnahme wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Vor­ sprünge auf dem Außenumfang bei gegebener Drehzahl mit höherer Umfangsgeschwindigkeit durch die Flüssigkeit bewegt werden als die Vorsprünge im drehachsnahen Bereich und damit ein höherer Strömungswiderstand überwunden werden muß. Zugleich wird aufgrund der höheren Geschwindigkeit, mit der der Vor­ sprung durch die Flüssigkeit geführt wird, ein sehr viel größerer Bereich in Umfangsrichtung durch die erzeugte Turbulenz überdeckt, so daß die Reduzierung der Vorsprünge im Bereich des Außenumfanges eine Reduzierung des Rotations­ widerstandes bewirkt, ohne daß hierdurch die Effektivität in bezug auf das Filtrationsergebnis vermindert wird.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorsprünge stegförmig ausgebildet sind. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die stegförmigen Vorsprünge, bezogen auf eine Radiallinie, unter einem Winkel ausgerichtet sind. Die Anordnung von vorzugsweise in radialer Richtung stegförmig ausgerichteten Vorsprünge führt zu einer Quer­ turbulenz, ohne den Widerstand in bezug auf die Rotordrehung nennenswert zu erhöhen. Durch die Anstellung in einem Winkel, bezogen auf eine Radiallinie, kann hierbei zwischen Rotor und Kammerstirnwand eine gezielte Querströmung erzielt werden, durch die die Filtrationsleistung noch verbessert werden kann.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die stegförmigen Vorsprünge, bezogen auf die Drehrichtung, in radialer Richtung abwechselnd mit den jeweils nach außen weisenden Enden voreilend und nacheilend ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die durch die Winkelanstellung der stegförmigen Vorsprünge bewirkte Querströmung abwechselnd nach innen und nach außen gerichtet ist. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die im Bereich des Außenumfangs angeordneten stegförmigen Vorsprünge, bezogen auf die Drehrichtung, mit ihrer Außenkante voreilend angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß im Umfangsbereich eine nach innen gerichtete Querströmung erzeugt wird, die der Zentrifugalkraft entgegenwirkt. In zweckmäßiger Ausgestaltung ist hierbei ferner vorgesehen, daß die stegförmigen Vorsprünge im drehachsnahen Bereich, bezogen auf die Drehrichtung, mit ihren Außenkanten nacheilend angeordnet sind. Hierdurch wird eine gezielte Umlenkung der Querströmung im drehachsnahen Bereich in Richtung auf den Außenumfang bewirkt. Sind nun zwischen den Vorsprüngen am Außenumfang, die eine nach innen gerichtete Strömung erzeugen und den Vorsprüngen im drehachsnahen Bereich, die eine nach außen gerichtete Strömung bewirken, entsprechend mehrere stegförmige Vorsprünge abwechselnd vor- und nacheilend angeordnet, dann ergibt sich bei der Drehung insgesamt neben den Wirbelschleppen unmittelbar hinter den Vorsprüngen mit einem hohen Turbulenzgrad eine Querströmung mit niedrigem Turbulenzgrad, so daß über einen langen Zeitraum eine praktisch gleichbleibende Feststoffkuchendicke aufrechter­ halten werden kann und somit eine hohe Filtrationsleistung erzielt werden kann.

Insbesondere zur Reduzierung der Antriebsleistung für die Rotorbewegung ist es zweckmäßig, wenn die Länge der steg­ förmigen Vorsprünge von innen nach außen abnimmt.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbespiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Rotorpreß­ filter,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Rotor.

Wie die schematische Darstellung in Fig. 1 erkennen läßt, besteht die Vorrichtung aus einer im wesentlichen zylindri­ schen Kammer 1, deren Stirnwände 2 und 3 hohl ausgebildet sind. Die Innenwandflächen 4 und 5 der Kammerstirnwände 2 und 3 sind hierbei mit einer Vielzahl von Durchtrittsöff­ nungen versehen, die in den Hohlraum der Kämmerstirnwände einmünden und die zum Innenraum 6 der Kammer hin mit einem Filtermittel, beispielsweise einem Filtergewebe abgedeckt sind. Die Innenwandflächen 4 und 5 können hierbei, wie von normalen Kammerfilterpressen her bekannt, mit einer Vielzahl von kreisförmig und radial verlaufenden Rillen versehen werden, in deren Grund jeweils die Durchtrittsöffnungen angeordnet sind.

Der Innenraum der Kammerstirnwände 2 und 3 ist jeweils mit einem Flüssigkeitsabzug 7 und 8 versehen.

Auf seinem Außenumfang ist bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel der Kammerinnenraum 6 mit einer im wesentlichen zylindrischen Wand 9 abgeschlossen, die abgedichtet am Außenumfang der Kammerstirnwände 2 und 3 anliegt und die zum Entleeren des Kammerhohlraums 6 in axialer Richtung relativ zu den Kammerstirnwänden verschiebbar ist. In der zylindrischen Wandung 9 sind Öffnungen 10 angeordnet, so daß über eine Zulaufleitung 11 die zu behandelnde Trübe­ flüssigkeit in den Kammerinnenraum 6 eingepumpt werden kann.

In der Kammer 1 ist ein Rotor 12 angeordnet, der über eine Welle 13 und einen Antriebsmotor 14 dreh- und antreibbar ist.

Die den Kammerstirnwänden 4 und 5 zugekehrten Flächen 12′ des Rotors 12 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gummimembrane ausgebildet, so daß über eine entsprechende Zuleitung 15 in der Welle 13 und entsprechende Zweigkanäle 16 im Rotorkörper selbst ein Druckmittel hinter die Gummi­ membrane eingeführt werden kann, so daß diese bei einer Beaufschlagung mit dem Druckmittel, beispielsweise Luft oder Wasser, sich in den Hohlraum der Kammer hinein gegen die Kammerinnenwandung 4 bzw. 5 vorschiebt.

Die Rotorflächen 12′ sind nun mit einer Vielzahl von Vor­ sprüngen 17 versehen, die eine geringe Erstreckung in radialer Richtung aufweisen. Wie die Stirnansicht des Rotors 12 gem. Fig. 2 zeigt, sind nun die stegförmigen Vorsprünge 17 auf vier unterschiedlichen Wirkdurchmessern 19, 20, 21 und 22 angeordnet. Die Zahl der Vorsprünge 17 hängt jeweils von der Größe der Wirkdurchmesser 19, 20, 21 bzw. 22 ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind darüber hinaus die Vorsprünge der einzelnen Wirkdurchmesser, bezogen auf eine Radiallinie, unter einem Winkel ausgerichtet, wobei die Winkel jeweils so gewählt sind, daß ausgehend vom Wirk­ durchmesser 19 mit nacheilender Winkelstellung die Vorsprünge abwechselnd voreilend und nacheilend ausgerichtet sind, bis schließlich die Vorsprünge auf dem äußersten Wirkdurchmesser 22 voreilend ausgerichtet sind.

Da es nun darauf ankommt, über die gesamte Fläche ungeachtet der von innen nach außen zunehmenden Umfangsgeschwindigkeit der Vorsprünge eine einigermaßen gleichmäßige Turbulenz zu erzeugen, wird die Zahl der Vorsprünge auf dem jeweiligen Wirkdurchmesser so gewählt, daß bei gegebener Drehzahl für jeden Wirkdurchmesser der Wert T = A (Anzahl der Stege)×v (m/s) = (etwa) konstant ist.

Da infolge der bei vorzugsweise stegförmig ausgebildeten Vorsprüngen möglichen unterschiedlichen Winkelstellung in bezug auf die Drehrichtung des Rotors bestimmte Strömungs­ bilder einstellbar sind, kann zum einen mit einer relativ geringen Drehzahl gearbeitet werden, was nicht nur zu einer spürbaren Reduzierung der notwendigen Antriebsenergie führt, sondern darüber hinaus auch noch den Vorteil hat, daß die zu behandelnde, insbesondere im Falle der Filtration die zu filtrierende Trübeflüssigkeit "schonend" behandelt wird. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die zu filtrierende Trübeflüssigkeit mit Flockungsmitteln versetzt ist. Werden bei einer derartigen mit Flockungsmitteln versetzten Trübeflüssigkeit die Stege zu schnell durch die Flüssigkeit geführt, wird die Wirkung des Flockungsmittels zunichte gemacht, da die sich jeweils ausbildenden Feststoff­ agglomerate zerschlagen werden. Dadurch, daß in radialer Richtung gesehen, die Stege versetzt zueinander angeordnet sind und insbesondere zum Umfang hin abnehmen, ergeben sich, bezogen auf eine Umdrehung bei geringer Drehgeschwindigkeit, verhältnismäßig lange "Ruhephasen" für die Trübeflüssigkeit, so daß sich unter dem Einfluß der zusätzlich in axialer Richtung verlaufenden und durch den Filtratabzug über die Kammerstirnwände 2 und 3 bewirkte Strömung eine Ablagerung der durch das Flockungsmittel agglomerierten Feststoffe auf dem Filtertuch. Der Rotor kann bei dieser Ausführung in nur einer Drehrichtung, aber auch abwechselnd in der einen oder anderen Drehrichtung mit dazwischenliegenden Stillständen bewegt werden.

Sobald nun die Durchlässigkeit der Kuchenablagerungen auf dem Filtertuch durch die Ablagerung von feinsten Feststoff­ teilchen so weit vermindert ist, daß zum einen die Feststoff­ konzentration in der Kammer so hoch ist, daß ein bestimmter, vorgegebener Drehwiderstand für den Rotor überschritten wird und andererseits der Filtratabzug erheblich zurückgegangen ist, dann wird der Trübezulauf gesperrt und der Rotor still­ gesetzt. Durch die Beaufschlagung der als Preßmembran ausge­ bildeten Rotorfläche 12′ wird nun der auf den Kammerinnen­ wänden 4 und 5 abgelagerte Feststoffkuchen ausgepreßt. Sobald nun der Feststoffkuchen vollständig ausgepreßt ist, wird nun der Kammerraum 6 durch Verschieben der Kammerwandung 9 geöffnet. Der Feststoffkuchen kann nun mit entsprechenden Schabevorrichtungen, aber auch mit Hilfe des Rotors 12 ent­ fernt werden, der zu diesem Zweck beispielsweise zusätzlich axial verschiebbar in der Kammer gelagert ist, so daß durch Drehung des Rotors über die Stege 17 das Filtertuch abge­ schabt werden kann. Für diese Betriebsweise ist es zweck­ mäßig, wenn die stegförmigen Vorsprünge in ihrer radialen Erstreckung so dimensioniert werden, daß sie sich jeweils bis an den Bereich des Stegs für den nächstfolgenden Wirkdurchmesser erstrecken, so daß bei einer Umdrehung die zugehörige Stirnwandfläche vollständig überstrichen wird.

Für den industriellen Einsatz wird zur Erzielung einer ent­ sprechenden Durchsatzleistung die Vorrichtung dann mit mehre­ ren nebeneinander angeordneten Kammern und mit mehreren auf einer Welle befestigten Rotoren ausgeführt. Eine derartige Vorrichtung kann unter entsprechender Abwandlung auch als sogenannter Konzentrator eingesetzt werden, wobei es dann je nach dem gewünschten Grad der Eindickung nicht erforder­ lich ist, die Kammern zu öffnen. Hier kann es ausreichen, wenn der Kammerinnenraum nach unten in einen Förderschnecken­ raum ausmündet, so daß das eingedickte Material mit Hilfe einer entsprechenden Förderschnecke axial aus der Vorrichtung abgezogen werden kann. Hierbei ist es lediglich erforderlich, durch eine Rückspülung das Filtertuch frei zu spülen. Eine derartige Filtertuchrückspülung wird vorteilhaft auch für die Verwendung als Filtervorrichtung vorgenommen.

Die Vorsprünge können aber auch eine andere geometrische Form aufweisen, die auch von der Größe des Rotordurchmes­ sers abhängig ist. Anstelle von oder zusätzlich zu stegför­ migen Vorsprüngen, insbesondere den schräggestellten Vor­ sprüngen im Umfangs- und im achsnahen Bereich, können die Vorsprünge eine zapfenartige oder auch winkelförmige Form aufweisen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Behandlung von Trübeflüssigkeiten durch wenigstens teilweisen Entzug des Flüssigkeitsanteils, insbe­ sondere Filtervorrichtung, die wenigstens eine zylindrische Kammer aufweist, deren Trüberaum mit einem Trübezulauf versehen ist und bei der wenigstens eine Kammerstirnwand flüssigkeitsdurchlässig ist und mit einem Klarflüssigkeits­ abzug in Verbindung steht und die einen antreibbaren, scheibenförmigen Rotor aufweist, der im Trüberaum angeordnet ist, und der mit seiner Fläche gegen die flüssigkeitsdurch­ lässige Kammerstirnwand bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der flüssigkeitsdurchlässigen Kammerstirnwand (4, 5) zugekehrte Rotorfläche (12′) mit mehreren Vorsprüngen (17) versehen ist, die eine geringe Erstreckung in radialer Richtung aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (17), in radialer Richtung gesehen, versetzt zueinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Vorsprünge (17), ausgehend vom drehachsnahen Bereich, zum Außenumfang hin abnimmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (17) stegförmig ausge­ bildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stegförmigen Vorsprünge (17), be­ zogen auf eine Radiallinie, unter einem Winkel ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stegförmigen Vorsprünge (17), bezogen auf die Drehrichtung (18), in radialer Richtung abwechselnd mit dem jeweils nach außen weisenden Ende voreilend und nach­ eilend ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Außenumfangs angeord­ neten stegförmigen Vorsprünge (17), bezogen auf die Dreh­ richtung (18) mit ihrem nach außen weisenden Ende voreilend angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stegförmigen Vorsprünge (17) im dreh­ achsnahen Bereich, bezogen auf die Drehrichtung (18) , mit ihrem nach außen weisenden Ende nacheilend angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der stegförmigen Vorsprünge (17) von innen nach außen abnimmt.