Professionelle Hersteller von Dekanterzentrifugen
Was ist eine Dekanterzentrifuge?
Eine Dekanterzentrifuge ist ein Gerät, das mit hoher Drehzahl Komponenten unterschiedlicher Dichte trennt. Dies ist in den meisten industriellen Anwendungen relevant, in denen Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase in einem Gemisch vorliegen und die Trennung dieser Phasen erforderlich ist. Eine Dekanterzentrifuge (auch Feststoffzentrifuge genannt) trennt kontinuierlich Feststoffe von Flüssigkeiten in der Suspension und spielt daher eine wichtige Rolle in der Abwasserbehandlung sowie in der chemischen, Öl- und Lebensmittelindustrie. Die Leistung einer Dekanterzentrifuge wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, und es sind anwendungsabhängige Konstruktionsrichtlinien zu beachten.
Das Funktionsprinzip einer Dekanterzentrifuge beruht auf der Trennung durch Auftrieb. Komponenten mit höherer Dichte sinken naturgemäß in einem Gemisch zu Boden, während Komponenten mit geringerer Dichte darüber schweben. Durch die kontinuierliche Rotation beschleunigt eine Dekanterzentrifuge die Sedimentation und erzeugt dabei eine g-Kraft von 1000 bis 4000 g. Dadurch verkürzt sich die Sedimentationszeit der Komponenten erheblich. Gemische, die zuvor Stunden zum Absetzen benötigten, können mit einer Dekanterzentrifuge innerhalb von Sekunden separiert werden. Diese Trennmethode ermöglicht schnellere und besser kontrollierbare Ergebnisse.
Das Aufgabematerial wird über den Einlauf in die Dekanterzentrifuge gepumpt. Es gelangt in eine horizontale, rotierende Trommel. Diese besteht aus einem zylindrischen und einem konischen Teil. Die Trennung erfolgt im zylindrischen Teil. Die schnelle Rotation erzeugt Zentrifugalkräfte von bis zu 4000 x g. Unter dem Einfluss dieser Kräfte werden die Feststoffpartikel mit höherer Dichte an der Trommelwand abgelagert und verdichtet. Eine Förderschnecke (auch Schneckenförderer genannt) rotiert mit einer leicht abweichenden Geschwindigkeit innerhalb der Trommel. Diese Geschwindigkeitsdifferenz wird als Differenzdrehzahl bezeichnet. Die Förderschnecke transportiert die abgesetzten Partikel entlang des zylindrischen Teils der Trommel bis zum konischen Ende. Am schmaleren Ende des konischen Teils verlassen die entwässerten Feststoffe die Trommel über eine Auslassöffnung. Die geklärte Flüssigkeit verlässt die Trommel durch eine Schälscheibe (interne Zentripetalpumpe).
Mit einer Dreiphasen-Dekanterzentrifuge lassen sich drei Phasen in nur einem Prozessschritt voneinander trennen. Beispielsweise werden zwei Flüssigkeiten, die sich aufgrund unterschiedlicher Dichten nicht mischen lassen (z. B. Öl und Wasser), von einer Feststoffphase getrennt. Die schwerere Flüssigkeit (Wasser) sammelt sich in der Mitte zwischen der Öl- und der Feststoffschicht. Die beiden voneinander getrennten Flüssigkeiten können so aus dem Dekanter abgezogen werden. Die Feststoffe werden, wie auch bei der Zweiphasentrennung, über die Schnecke zu den Auslassöffnungen transportiert.[2]
Typische Anwendungsgebiete der Dreiphasentrennung sind die Herstellung von Speiseölen wie Olivenöl, die Verarbeitung von Ölschlamm, die Produktion von Biodiesel usw.
Über die Zufuhr kann das zu verarbeitende Trennmedium in die Mitte der Einlaufkammer der Spirale eingeleitet und dort beschleunigt werden. Der Durchsatz beeinflusst die Verweilzeit.[3]
Das Trennmedium erreicht im Dekanter seine maximale Geschwindigkeit, wodurch sich die Feststoffe an der Innenwand des Dekanters absetzen. Charakteristisch für den Dekanter ist seine zylindrisch-konische Form.
Zwischen der Dekantertrommel und der Schnecke besteht eine Drehzahldifferenz, die bei industriellen Dekanterzentrifugen durch ein Getriebe erzeugt wird. Diese Drehzahldifferenz bestimmt den Feststoffgehalt im Auslauf.
Teichtiefe / Wehrscheiben
Die geklärte Flüssigkeit fließt im Dekanterzentrifugen-System zum zylindrischen Ende des Behälters und tritt von dort durch Öffnungen im Deckel aus. Diese Öffnungen enthalten präzise einstellbare Überlaufscheiben, mit denen die Füllhöhe im Behälter reguliert werden kann. Die Überlaufscheiben bestimmen somit das Füllvolumen des Behälters.
Dekanterzentrifugen werden hauptsächlich zur kontinuierlichen Trennung großer Mengen Feststoffe von Flüssigkeiten eingesetzt. Sie dienen außerdem zum Waschen und Trocknen verschiedener Feststoffe in der Industrie, beispielsweise von Polystyrolkügelchen, sowie zur Klärung von Flüssigkeiten und zur Konzentration von Feststoffen. Tabelle 1.0 zeigt verschiedene Anwendungsbeispiele von Dekanterzentrifugen in unterschiedlichen Branchen.
Technische Parameter der 2-Phasen-Dekanterzentrifuge:
Technische Parameter der 3-Phasen-Dekanterzentrifuge:
Branchen mit entsprechenden Beispielen, die Dekanterzentrifugen verwenden
Lebensmittelverarbeitung:
Essbares tierisches Fett
Tierisches Eiweiß
Proteingewinnung
Pflanzenöle wie Olivenöl und Pflanzenöl
Wein (Klärung)
Frucht-, Beeren- und Gemüsesaft
Sojaprotein
Milchprodukte (Rückgewinnung von Laktose, Molkenfeinstoffen und Käsefeinstoffen)
Kaffee und Tee
Pektin
Petrochemie/Öl:
Raffinerie
Entwässerung
Ölbohrungen
Schmieröladditive
Recycling von Altölströmen
Abfallrecycling:
Kommunales Abwasser
Reinigung des Waschwassers
Fischverarbeitung
Fischmehl
Fischöl
Chemikalie:
Pflanzliche Arzneimittel
Chemische Extraktion
Mineralaufbereitung:
Hersteller von Bentonit und Titandioxid
Verarbeitung von Kaolin und Calciumcarbonat
Organische Chemieindustrie
Organische Zwischen- und Endprodukte
Polymerindustrie:
Thermoplaste wie beispielsweise PVC, synthetischer Kautschuk und Fasern
Anorganische Chemieindustrie:
Bleichmittel
Säuren
Silicaprodukte
Düngemittel
Vorteile der Dekanterzentrifuge
Dekanterzentrifugen zeichnen sich durch ein sauberes Erscheinungsbild aus und verursachen kaum bis gar keine Geruchsprobleme.
Das Gerät ist nicht nur einfach zu installieren und schnell beim Starten und Abschalten, sondern benötigt im Vergleich zu anderen Verfahren auch nur eine kleine Betriebsfläche.
Die Dekanterzentrifuge ist vielseitig einsetzbar, da sich die Länge des zylindrischen Trommelabschnitts und der Kegelwinkel für verschiedene Anwendungen anpassen lassen. Zudem kann das System mit verschiedenen Auslegungskurven vorprogrammiert werden, um die Schlammart vorherzusagen. Im Gegensatz dazu lässt sich bei vergleichbaren Verfahren, wie beispielsweise einer Bandfilterpresse, der Bandtyp nicht an unterschiedliche Schlammarten anpassen. Dank ihrer Vielseitigkeit kann die Maschine verschiedene Funktionen erfüllen, beispielsweise zur Eindickung oder Entwässerung.
Die Maschine kann mit einer höheren Durchsatzleistung als kleinere Maschinen arbeiten. Dadurch reduziert sich auch die Anzahl der benötigten Einheiten.
Das Gerät ist einfach zu optimieren und zu bedienen, da es nur wenige Hauptvariablen aufweist und zuverlässige Rückkopplungsinformationen liefert.
Die Dekanterzentrifuge bietet im Vergleich zu anderen Verfahren geringere Arbeitskosten, da sie nur einen geringen kontinuierlichen Wartungsaufwand und wenig Bedienpersonal erfordert.
Im Vergleich zu einigen Konkurrenzverfahren, wie beispielsweise dem Bandfilterverfahren, bietet die Dekanterzentrifuge eine größere Prozessflexibilität und eine höhere Leistungsfähigkeit.
Die wichtigsten Dekanterzentrifugentypen sind die Vertikalzentrifuge, die Horizontalzentrifuge und die Förderband-/Schneckenzentrifuge.
Bei vertikalen Dekanterzentrifugen ist die rotierende Einheit vertikal montiert und wird entweder von einem einzelnen Lager am Boden getragen oder oben aufgehängt. Getriebe und Trommel sind am Antriebskopf befestigt, der mit dem Rahmen verbunden ist.[5] Dank ihrer Ausrichtung und der an einem Ende angebrachten Rotationsdichtungen ermöglicht die vertikale Dekanterzentrifuge den Betrieb bei hohen Temperaturen und/oder hohem Druck. Dies macht sie jedoch teurer als die drucklose, offene horizontale Dekanterzentrifuge. Der Vorteil der vertikalen gegenüber der horizontalen Maschine liegt in der deutlich geringeren Geräuschentwicklung während der Produktion aufgrund der geringeren Vibrationen.
Bei horizontalen Dekanterzentrifugen (siehe Abbildung 1) ist die rotierende Einheit horizontal mit Lagern an beiden Enden an einem starren Rahmen montiert, der eine gute Dichtfläche für Hochdruckanwendungen bietet. Das Aufgabematerial tritt durch ein Ende der Lager ein, während das Getriebe am anderen Ende befestigt ist und unterhalb der kritischen Drehzahl betrieben wird. Die Kapazitäten reichen bis zu 18.000 kg Feststoff pro Stunde bei Flüssigkeitsdurchsätzen von bis zu 1,1 m³ pro Minute. Die horizontale Maschine ist so konstruiert, dass die Suspension in die Mitte einer rotierenden, horizontalen Zylindertrommel eingeführt werden kann. Die Förderschnecke drückt die Feststoffe zu einem Ende der Trommel, wo sie sich an den Wänden sammeln. Diese Bauweise ist in der Industrie am weitesten verbreitet.
Bei Dekanterzentrifugen mit Förderband befindet sich das Förderband oder die Förderschnecke in einer rotierenden Trommel und transportiert die an der Wand abgesetzten Feststoffe über eine Schleiffläche zum Unterlauf, wo sie ausgetragen werden. Das Förderband ermöglicht eine Steigerung der Trenneffizienz und der Aufgabekapazität.
Der Trennprozess in einer Dekanterzentrifuge beruht auf einigen Prozessmerkmalen wie Zentrifugalkraft oder G-Kraft, Sedimentationsrate und Trennfaktor, Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Förderband und Trommel sowie Klarheit des Flüssigkeitsaustritts.
Dekanterzentrifugen benötigen eine Zentrifugalkraft zur Trennung der Feststoffe von der Flüssigkeit. Diese Kraft hängt vom Radius der Zentrifuge und ihrer Winkelgeschwindigkeit ab. Eine Dekanterzentrifuge erzeugt eine Kraft von mehreren tausend G, wodurch die Sedimentationszeit der Partikel verkürzt wird. Eine hohe G-Kraft führt zu einer verbesserten Trennung.
Die Sedimentationsgeschwindigkeit ist ein wichtiges Merkmal des Trennprozesses in der Dekanterzentrifuge. Sie wird von der Partikelgröße, der Partikelform, dem Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit sowie der Viskosität der Flüssigkeit beeinflusst. Durch den Einsatz von Flockungsmitteln lässt sich diese Prozesseigenschaft verbessern. Die Sedimentationsgeschwindigkeit hängt außerdem vom Trennfaktor der Dekanterzentrifuge ab, der wiederum mit der Zentrifugalkraft zusammenhängt.
Die äußere Trommel und die Förderschnecke rotieren mit unterschiedlichen hohen Geschwindigkeiten. Diese Geschwindigkeitsdifferenz ist für die Sedimentation im Dekanterzentrifugenzylinder verantwortlich. Eine hohe Differenz führt zu einer kürzeren Verweilzeit des Filterkuchens, weshalb dessen Dicke möglichst gering gehalten werden muss, um die Austragsqualität nicht zu beeinträchtigen. Eine geringe Kuchendicke trägt außerdem zur Verbesserung der Kuchenentwässerung bei. Daher ist es notwendig, eine optimale Differenzgeschwindigkeit zu finden, die Kuchendicke und -qualität in Einklang bringt.
Die oben genannte Eigenschaft beeinflusst maßgeblich die Klarheit des Flüssigkeitsauslaufs, welche vom Volumenstrom abhängt[5]. Ein höherer Volumenstrom führt zu einer geringeren Flüssigkeitsklarheit. Eine weitere Eigenschaft, die die Klarheit des Flüssigkeitsauslaufs beeinflusst, ist die Differenzgeschwindigkeit. Eine niedrige Differenzgeschwindigkeit führt zu einer besseren Klarheit und unterstützt somit den Trennprozess. Auch die G-Kraft spielt eine Rolle für die Klarheit des Flüssigkeitsauslaufs. Eine höhere G-Kraft führt zu einer besseren Trennung der Feststoffpartikel von der Flüssigkeit und damit zu einer höheren Klarheit.