DE4027841A1 - Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Zentri­ fuge zur Trennung von Feststoffen aus einer Feststoff- Flüssigkeits-Suspension mit einer antreibbaren Zentrifugen­ trommel, die an einem Ende mit einem Suspensionszulauf und am anderen Ende mit Abläufen zum getrennten Abzug auf Flüs­ sigkeit und einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch versehen ist, wobei die Abläufe jeweils mit wenigstens einem innerhalb der Trommel im wesentlichen radial gegen die Trommelwandung gerichteten Schöpfrohr verbunden sind.

Zentrifugen der vorbezeichneten Art sind in vielfältiger Bauform bekannt und werden sowohl zur Trennung von Flüssig- keitsgemischen angewendet, deren Komponenten unterschiedliche Dichten aufweisen, als auch zur Trennung von Feststoff- Flüssigkeitssuspensionen. Im letzteren Fall werden die aufgrund der Zentrifugalkräfte an die Wandung der Zentrifu­ gentrommel ausgeschleuderten Feststoffe je nach Bauart über einen Schneckenaustrag abgezogen oder aber noch mit Flüssig­ keit vermischt als fließfähiges Konzentrat über ein Schöpf­ rohr aus der Zentrifuge abgezogen. Die Trennung zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten bereitet jedoch dann Probleme, wenn die Feststoffe spezifisch leichter sind als die Flüssig­ keit, da hierbei gleichwohl in nicht vernachlässigbarem Umfang Feststoffe an die Zentrifugenwand gelangen und somit ein sauberer Trennschnitt zwischen Feststoff einerseits und Flüssigkeit andererseits nicht zu erzielen ist. Die Probleme der Trennung eines spezifisch leichteren Feststoffes von einer Flüssigkeit ist insbesondere von Bedeutung für die Gefrierkonzentration von Fruchtsäften. Die Abtrennung der Eiskristalle wurde hierbei bisher in einfacher Weise dadurch bewerkstelligt, daß die sich bildenden Eiskristalle im oberen Bereich des Gefriertanks abgeschöpft wurden, während das Konzentrat unten abgezogen wurde. Hierbei wurden noch erheb­ liche Flüssigkeitsmengen mit abgezogen, so daß die erzielbare Konzentration noch unbefriedigend und der Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu wünschen übrig läßt.

Im Hinblick auf diese Probleme ist nun versucht worden, die Trennung zwischen Eiskristallen und Flüssigkeiten mittels Separatoren und ähnlichen Einrichtungen durchzuführen. Diese Versuche haben jedoch keine befriedigenden Resultate ergeben. Auch Versuche mit Zentrifugen der eingangs bezeichneten Art führten zunächst nicht zu einem befriedigenden Ergebnis.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß eine zuverlässige Trennung des spezifisch leichteren Eises von der Flüssigkeit mit hoher Trenngenauigkeit möglich wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Abtrennung von Eiskristallen aus einer wasserhaltigen Flüssigkeit die Zentrifugentrommel von außen gekühlt ist und daß die Eintrittsmündung des Schöpfrohres für die Eis­ kristalle mit größerem Abstand zur Trommelwandung angeord­ net ist als die Eintrittsmündung für die Flüssigkeit. Über­ raschend hat sich herausgestellt, daß bei einer Zentrifuge der eingangs bezeichneten Bauart durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die durch Lagerreibung und die Reibung in der Sus­ pension selbst entstehende Wärme so weit abgeführt werden kann, daß praktisch kein Kristallwachstum stattfinden kann. Überraschend hat sich nämlich gezeigt, daß bei einer Aufrecht­ erhaltung einer Kristallgröße bis etwa 100 µm, vorzugsweise 50 µm, die Eiskristalle trotz der Einwirkung der Zentrifugal­ kraft aufschwimmen, so daß die Eiskristalle dann von der Oberfläche des an der Trommelwandung anliegenden Flüssigkeits­ mantels abgeschöpft werden können. Das Schöpfrohr für die Eiskristalle wird hierbei so weit eingetaucht, daß gerade noch so viel Flüssigkeit mit aufgenommen wird, daß die abgeschöpfte Eismasse gerade noch unter dem Druck auf die Schöpfrohrmündung fließfähig ist und aus der Maschine ab­ läuft. Damit ist es möglich, durch das andere Schöpfrohr, das mit seiner Mündung näher zur Wandung der Zentrifugen­ trommel liegt, die eisfreie und damit konzentrierte Flüs­ sigkeit abzuschöpfen. Dies ist insbesondere für die Gewinnung von Fruchtsaftkonzentraten oder dergl. von erheblicher Bedeu­ tung. Besonders zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung, wenn die Zentrifugentrommel von einem wärmeisolierten doppelwandi­ gen Gehäuse umschlossen ist, dessen Innenwandung aus einem wärmeleitenden Werkstoff besteht, und wenn der Zwischenraum zwischen Innenwandung und Wärmeisolierung mit wenigstens einer Zu- und Ableitung für ein Kühlmittel verbunden ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, die Zentrifugentrommel gegen­ über der Umgebung vollständig abzuschließen und hierbei eine gute Kühlleistung zu erzielen, wobei auch die Lager der Zen­ trifugentrommel gekühlt und damit die entstehende Lagerwärme mit abgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestal­ tung besteht in einer erheblichen konstruktiven Vereinfachung, da die Innenwandung des Gehäuses aus Stahl hergestellt werden kann und damit zugleich als tragendes Element für die Trommel­ lagerung dienen kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorge­ sehen, daß zumindest der Innenraum der Zentrifugentrommel mit einer Zu- und Ableitung für ein gasförmiges Kühlmedium, insbesondere für ein Inert-Gas, in Verbindung steht. Diese Anordnung erlaubt es, vor einer Inbetriebnahme die Trommel mit einem Kühlgas zu durchspülen, so daß bereits für den Anfahrvorgang eine einwandfreie Funktion gewährleistet ist. Insbesondere die Verwendung eines Inert-Gases als Kühlmedium bietet den Vorteil, daß bei der Verarbeitung von Produkten, die in Verbindung mit dem Luftsauerstoff zur Oxidation neigen und damit Qualitätseinbußen erleiden, wie beispielsweise Fruchtsäfte oder andere Aromastoffe enthaltende Flüssigkei­ ten, bei der Beaufschlagung mit Stickstoff ihre Qualität behalten. Da in der Regel die Kühlleistung des Gehäuses aus­ reicht, genügt es, nur beim Anfahrvorgang den Trommelinnen­ raum zu durchspülen, um hier die enthaltene Luft auszuspülen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn nicht nur der Innenraum der Zentrifugentrommel, sondern auch der Innenraum des Gehäuses vor der Inbetriebnahme mit Inert-Gas beaufschlagt und die Inert-Atmosphäre während des Betriebes aufrechterhalten wird. Eine fortlaufende Durchströmung mit dem gekühlten Inert- Gas während des Betriebes ist nicht erforderlich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehachse der Zentrifugentrommel vertikal ausgerichtet ist. Es hat sich hierbei gezeigt, daß die vertikale Ausrichtung den Trennvorgang vorteilhaft be­ einflußt. Insbesondere dann, wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Suspensionszulauf unten und der Abzug für die abgetrennte Flüssigkeit und das Eiskristall-Flüssigkeits­ gemisch oben angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Einmündung des Suspensionszulaufs in die Zentrifugentrommel unmittelbar an der unteren Trommel­ stirnwand angeordnet ist und den tiefsten Punkt bildet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Zentrifuge bei Stillstand selbstentleerend ist, so daß sie insbesondere bei der Verar­ beitung von Fruchtsäften und ähnlichen, für den Nahrungs­ mittelbereich bestimmten Produkten eine einwandfreie Reinigung möglich ist, wobei es insbesondere darauf ankommt, daß sich an keiner Stelle der Anlage Rückstände ansammeln können und damit die Bildung von Keimherden einerseits und eine Verunreinigung der Produkte mit Reinigungsmitteln andererseits ausgeschlossen ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einmündung des Suspensionszulaufs mit einer Verteilerscheibe abgedeckt ist, die mit Abstand zur Trommelstirnwand angeordnet ist und deren Rand mit Abstand von der Trommelumgangswandung endet. Durch diese Verteiler­ scheibe ist zunächst einmal gewährleistet, daß die Suspension direkt gegen die Wandung der Zentrifugentrommel umgelenkt wird und somit die volle Zentrifugentrommellänge für den Separationsvorgang zur Verfügung steht, d. h. die feinen Eis­ kristalle genügend Zeit haben, auf der Oberfläche des sich in der Zentrifugentrommel bildenden Flüssigkeitsmantels auf­ zuschwimmen. Zugleich ermöglicht die Anordnung einer derar­ tigen Verteilerscheibe einen Suspensionszulauf durch die Welle der Zentrifugentrommel, so daß die vorstehend erwähnte Möglichkeit der Selbstentleerung in einfacher Weise konstruk­ tiv zu lösen ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Mündungen der beiden Schöpfrohre mit axialem Abstand zu­ einander angeordnet sind und daß zwischen ihren Mündungen eine vorzugsweise mit der Zentrifugentrommel verbundene Trennscheibe angeordnet ist, deren Rand mit geringerem Abstand zur Trommelumfangswandung endet als die Verteiler­ scheibe. Diese Trennscheibe bildet in bezug auf die abzu­ trennende praktisch eisfreie Flüssigkeit einen Untertritt, so daß eine einwandfreie Trennung auch bei einem hohen Anteil an Eiskristallen gewährleistet ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung sind die Schöpfrohre mit ihren Mündungen in ihrem Abstand in bezug auf die Trommelumfangs­ wandung radial einstellbar ausgebildet, so daß hier im Be­ trieb in Abhängigkeit von dem Eisanteil in der Suspension der "Trennschnitt" eingestellt werden kann. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorge­ sehen, daß die mit den Schöpfrohren versehenen Abläufe durch koaxial miteinander verbundene Rohre gebildet werden, wobei das Innenrohr der Abführung der Eiskristalle dient, und daß die beiden Abläufe auf einem Schlitten befestigt sind, der über ein Stelltrieb quer zur Drehachse der Zentrifugentrommel einstellbar ist. Diese Anordnung ist nicht nur konstruktiv einfach, sondern hat sich zur Lösung der Abtrennung von fein­ körnigen Eiskristallen aus wasserhaltigen Flüssigkeiten als besonders effektiv erwiesen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß auch im Bereich des Ablaufs die ablaufende abgetrennte Flüssigkeit noch durch die ablau­ fende Eismasse gekühlt wird und somit ein niedriges Tempera­ turniveau aufrechterhalten werden kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine derartige Anlage zur Herstellung von Konzentraten zweistufig arbeitet und die aus der Zentri­ fuge abgezogene Flüssigkeit in einer nächsten Stufe einer weiteren Konzentration unterworfen wird oder aber das Produkt abgefüllt und unter Kühlung gelagert werden soll.

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Zentrifuge weist eine an­ treibbare, vollständig geschlossene Zentrifugentrommel 1 mit vertikaler Drehachse auf. Die Zentrifugentrommel ist hierbei auf einem Gestell 2 gelagert, das mit einem unteren Lagerschild 3 versehen ist, der das untere Lager 4 trägt. Mit dem unteren Lagerschild 3 ist ein rohrförmiger Gehäuse­ mantel 5 fest verbunden, der an seiner Oberseite mit einem oberen Lagerschild 6 abgeschlossen ist und der das obere Drehlager 7 trägt. Der Gehäusemantel 5 ist hierbei doppel­ wandig ausgebildet und weist hierbei eine Innenwandung 8 aus einem wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise Stahl, auf, die mit Abstand auf der Außenseite mit einer Wärmeiso­ lierung 9 umgeben ist. Der Zwischenraum 10 zwischen der Innenwandung 8 und der Wärmeisolierung 9 ist hierbei mit nicht näher dargestellten Zu- und Ableitungen für die Einleitung eines Kühlmittels versehen, so daß über die Gehäusewandung 5 der die Zentrifugentrommel 1 umschließende Raum einschließlich der Zentrifugentrommel wirksam gekühlt werden kann.

Die Lagerzapfen 11 und 12 der Zentrifugentronmel 1 sind hohl ausgeführt. Der untere Lagerzapfen 11 ist hierbei als Dreh­ durchführung ausgebildet, an die ein Zulaufrohr 13 für die Einleitung der Eiskristallsuspension angeschlossen ist. Durch den oberen hohlen Lagerzapfen 12 ist eine Ablaufeinrichtung durchgeführt, die aus zwei koaxial zueinander angeordneten Abläufen 14 und 15 gebildet wird. Die in den Innenraum der Zentrifugentrommel 1 ragenden Enden der Abläufe 14 und 15 sind jeweils mit wenigstens einem Schöpfrohr 16 und 17 versehen, die hier nur schematisch angedeutet sind. Das Schöpfrohr 16 mit dem Ablauf 14 dient hierbei dem Abzug der Flüssigkeit, während das Schöpfrohr 17 mit dem Ablauf 15 dem Abzug der Eismasse dient. Die beiden Schöpfrohre 16 und 17 sind in axialer Richtung mit Abstand zueinander angeordnet. Zwischen den beiden Schöpfrohren 16 und 17 ist eine Trenn­ scheibe 26 angeordnet, deren äußerer Rand 27 mit geringem Abstand zur Innenwandung der Zentrifugentrommel 1 endet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trennschei­ be 26 fest mit der Zentrifugentrommel 1 verbunden, so daß sie als Kreisringscheibe ausgebildet ist, durch die der Ablauf 15 mit seinem Schöpfrohr 17 hindurchragt. Die Ablauf­ einrichtung ist hierbei fest mit einem Schlitten 18 verbun­ den, der auf dem oberen Lagerschild 6 quer zur Drehachse der Zentrifugentrommel 1 mit Hilfe eines Stellantriebs 19 in Form einer Stellspindel innerhalb der durch den lichten Durchmesser des oberen Lagerzapfens 12 vorgegebenen Bereiche verschiebbar ist.

Der hohle Innenteil des unteren Lagerzapfens 11 mündet in einen Düsenkopf 20 aus, der mit mehreren unter einem Winkel radial nach außen weisenden Austrittsöffnungen 21 versehen ist. Der Düsenkopf 20 ist hierbei so ausgebildet, daß jeweils die der Stirnwand 22 der Zentrifugentrommel 1 zugekehrten Ränder der Austrittsöffnungen 21 bündig mit der Innenfläche der Stirnwand verlaufen, so daß insgesamt das Kanalsystem des Düsenkopfes 20 den tiefsten Punkt der Zentrifugentrommel 1 bildet. In Richtung auf den Innenraum der Zentrifugentrommel 1 ist der Düsenkopf 20 mit einer Verteilerscheibe 20′ ver­ sehen, deren Rand mit Abstand von der Innenwandung der Zentrifugentrommel 1 endet, hier jedoch einen größeren Abstand aufweist als der Abstand des Randes 27 der Trenn­ scheibe 26. Der Abstand des Randes der Verteilerscheibe 20′ ist jedoch so bemessen, daß er im Betrieb noch in die Flüssigkeit eintaucht, so daß der Rand in den sich bildenden Flüssigkeitsmantel eintaucht und somit die eingeführte Suspension in diesem Bereich eine Umlenkung erfährt. Wird der mit Hilfe einer Schraubkupplung 23 an die Drehdurch­ führung des unteren Lagerzapfens 11 angeschlossene Suspensi­ onszulauf 13 abgetrennt, dann kann bei einer Durchspülung der Zentrifugentrommel von oben die Zentrifugentrommel selbsttätig leerlaufen. Dies gilt nicht nur für den Ablauf eines Restinhaltes, sondern auch für den Ablauf von Reinigungs­ mitteln. Der Antrieb der Zentrifugentrommel 1 erfolgt über einen seitlich am Traggestell 2 angeordneten elektrischen Antriebsmotor 24 in üblicher Weise über Keilriemen 25.

Der Innenraum des wärmeisolierenden Gehäuses 5 kann über hier nicht näher dargestellte Zu- und Ableitungen mit einem gasförmigen Kühlmedium durchspült werden. Hierdurch kann nicht nur eine schnellere Vorkühlung der Maschine vor einer Inbetriebnahme bewerkstelligt werden, sondern insbesondere ist hier auch die Möglichkeit gegeben, den Innenraum mit einem Inert-Gas, beispielsweise Stickstoff, zu beaufschlagen. Gerade die Beaufschlagung mit Stickstoff ist für den Innen­ raum der Zentrifugentrommel selbst wichtig, um bei der Ver­ arbeitung von Flüssigkeiten, die Aromastoffe enthalten, jegliche Oxidation zu vermeiden. Die Beaufschlagung des Innen­ raumes der Zentrifugentrommel 1 erfolgt über einen entspre­ chenden Anschluß am Schlitten 18, der in den Zwischenraum zwischen dem außenliegenden Ablauf 14 und der Innenwandung des Lagerzapfens 12 einmündet.

Claims (10)

1. Kontinuierlich arbeitende Zentrifuge zur Trennung von Feststoffen aus einer Feststoff-Flüssigkeits-Suspension, mit einer antreibbaren Zentrifugentrommel mit geschlosse­ nem Mantel, die an einem Ende mit einem Suspensionszulauf und am anderen Ende mit Abläufen zum getrennten Abzug von Flüssigkeit und einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch verse­ hen ist, wobei die Abläufe jeweils mit wenigstens einem in­ nerhalb der Zentrifugentrommel im wesentlichen radial gegen die Trommelwandung gerichteten Schöpfrohr verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtrennung von Eiskristallen aus einer wasserhaltigen Flüssigkeit die Zentrifugentrommel (1) gekühlt ist und daß die Eintrittsmündung des Schöpfroh­ res (17) für die Eiskristalle mit größerem Abstand zur Trom­ melwandung angeordnet ist als die Eintrittsmündung des Schöpfrohres (16) für die Flüssigkeit.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugentrommel (1) von einem wärmeisolierten doppel­ wandigen Gehäuse (5) umschlossen ist, dessen Innenwandung (8) aus einem wärmeleitenden Werkstoff besteht, und daß der Zwischenraum (10) zwischen Innenwandung (8) und Wärmeisolie­ rung (9) mit wenigstens einer Zu- und Ableitung für ein Kühl­ mittel verbunden ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Innenraum der Zentrifugentrommel (1) mit einer Zu- und Ableitung für ein gasförmiges Kühlmedium, ins­ besondere ein Inert-Gas in Verbindung steht.

4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehachse der Zentrifugentrommel (1) vertikal ausgerichtet ist.

5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Suspensionszulauf (13) unten und der Abzug (14) für die abgetrennte Flüssigkeit und der Abzug (15) für das Eiskristall-Flüssigkeits-Gemisch oben angeordnet ist.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einmündung des Suspensionszulaufs (13) in die Zentrifugentronmel (1) unmittelbar an der unteren Trommelstirnwand (22) angeordnet ist und den tiefsten Punkt bildet.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einmündung des Suspensionszulaufs (13) mit einer Verteilerscheibe (20′) abgedeckt ist, die mit Ab­ stand zur Trommelstirnwand (22) angeordnet und deren Rand mit Abstand von der Trommelumfangswand endet.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mündungen der beiden Schöpfrohre (16, 17) mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und daß zwischen den Mündungen eine vorzugsweise mit der Zentri­ fugentrommel (1) verbundene Trennscheibe (26) angeordnet ist, deren Rand (27) mit geringerem Abstand zur Trommelum­ fangswandung endet als die Verteilerscheibe (20′) an der Einmündung des Suspensionszulaufs (13).

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schöpfrohre (16, 17) mit ihren Mündun­ gen in ihrem Abstand in bezug auf die Trommelumfangswandung radial einstellbar ausgebildet sind.

10. Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schöpfrohren (16, 17) versehenen Abläufe (14, 15) durch koaxial miteinander verbundene Rohre gebildet werden, wobei das Innenrohr (15) der Abführung der Eismasse dient und daß die beiden Abläufe (14, 15) auf einem Schlitten (18) befestigt sind, der über einen Stelltrieb (19) quer zur Dreh­ achse der Zentrifugentrommel (1) einstellbar ist.