Hier kommt man ins Schleudern

Mechanische Verfahren Hier kommt man ins Schleudern

09.02.2007Redakteur: Redaktion PROCESS

Die meisten Trennverfahren in der chemischen Verfahrenstechnik beruhen auf klassischen Trennmethoden wie der Destillation, der Lösungsmittel-Extraktion, der Ausfällung und der Filtration. Krauss-Maffei Process Technology (KMPT) gibt im Folgenden einen Überblick über das Abtrennen von Feststoffen aus flüssigen Medien mithilfe moderner Filterzentrifugen.

Anbieter zum Thema

VERDER Deutschland GmbH & Co. KG

PIERALISI Northern Europe B.V. NL Deutschland

Ruland Engineering & Consulting GmbH

Für das Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten - eine wichtige Stufe in den meisten chemischen Prozessen - stehen im Wesentlichen drei Verfahren zur Auswahl, wobei der Betreiber stets entweder eine Druckdifferenz oder einen Dichteunterschied nutzt, um die flüssige von der festen Phase zu trennen:

Sedimentation im Zentrifugalfeld,
Filtration mittels Vakuum oder Überdruck,
Filtration mittels Zentrifugalkraft.

Die Apparateauswahl erfolgt mit wenigen Prozess-Parametern, die auch ohne Versuche schon eine Grobauswahl zulassen. So spielen Partikelgrößen, Feststoffkonzentration der Suspension und Dichteunterschiede zwischen Fest- und Flüssigphase eine entscheidende Rolle.

Partikelgröße entscheidet

Bei sehr feinkörnigen Suspensionen mit Partikelgrößen deutlich kleiner als 10 µm und niedrigem Feststoffgehalt ist mit einem relativ schlechten Filtrationsverhalten zu rechnen; hier dürften Sedimentationsapparate bevorzugt werden. Darunter fallen Dekantierzentrifugen, Tellerseparatoren oder Vollmantelzentrifugen. Bei Partikelgrößen über 10 µm sind häufig neben Vakuumfiltern auch Filterzentrifugen im Einsatz. Filterzentrifugen unterscheidet man grob nach diskontinuierlichen und kontinuierlichen Typen, die im Folgenden näher beschrieben werden.

Diskontinuierliche Trennapparate werden dann eingesetzt, wenn ein Großteil der Partikel die 100 µm-Grenze unterschreitet. Die Vertikalzentrifuge war die erste als Pendelschleuder oder Dreisäulenzentrifuge bekannte Filterzentrifuge überhaupt. Weltweit dürfte sie auch heute noch die am weitesten verbreitete Zentrifuge sein. Ursprünglich rein für das manuelle Befüllen und Entleeren konzipiert, arbeiten die modernen Varianten vollautomatisch.

Die relativ niedrigen Drehzahlen und die zur Schwerkraft senkrecht stehenden Fliehkräfte schränken den Einsatz allerdings ein. Trotzdem hält auch bei dieser Zentrifuge der technische Fortschritt Einzug, so dass sie nach wie vor marktfähig ist: perfektes Befüllen entgegen der Schwerkraft mittels rotierendem Füllverteiler, vollständiges Entleeren mittels pneumatischer Restschichtentfernung, berührungslose Füllstandskontrolle.

Bei Horizontalzentrifugen (Schälzentrifuge; mit/ohne Rotationssiphon) dreht die Trommel um die horizontale Achse. Diese Zentrifuge kann auch bei hoher Drehzahl den Feststoff mithilfe eines hydraulisch angetriebenen Schälmessers austragen und ist daher äußerst robust. Als Folge erreicht sie hohe Schleuderdrehzahlen und eignet sich somit für ein breiteres Anwendungsspektrum. Weil die Fliehkräfte parallel zur Schwerkraft zeigen, ist die Produktverteilung gleichmäßiger.

Horizontalzentrifugen verfügen über intelligente Füllkontrollsysteme, eine automatische Restschichtentfernung und automatische Reinigungssysteme bis hin zum pneumatischen Produktaustrag in einen Stromtrockner.

Die Horizontalzentrifuge mit Rotationssiphon fügt der Zentrifugalkraft eine Druckdifferenz hinzu, indem sie unter dem Filtertuch den Druck bis zum Dampfdruck der Mutterlauge absenkt. Diese erhöhte treibende Kraft beschleunigt die Filtration und erniedrigt die kapillare Steighöhe im Filterkuchen. Dies erhöht die Leistung und verbreitert den Anwendungsbereich der Zentrifuge.

Auch die Stülpfilterzentrifuge verarbeitet das Produkt in einer um die horizontale Achse rotierenden Trommel. Nur die Art der Entleerung unterscheidet sich von der Schälzentrifuge: Der Filterkuchen wird mittels eines Schubbodens aus der Trommel geschoben. Dabei stülpt sich das Filtertuch um, und der Feststoff fällt klumpenförmig in das Feststoffgehäuse. Dieser Apparat eignet sich insbesondere für nicht schälbare Filterkuchen. Das komplexe Design erlaubt allerdings nur relativ niedrige Drehzahlen. Die Stülpfilterzentrifuge gibt es auch mit einer geschlossenen und abgedichteten Trommel, sodass der Trommelinnenraum mit einem Druck bis zu 6 bar beaufschlagt werden kann.

Sind die Kristalle größer als 100 µm, kann die Entfeuchtung kontinuierlich erfolgen. Kontinuierliche Zentrifugen erreichen Durchsatzleistungen, die ein Vielfaches über denen von diskontinuierlichen Zentrifugen liegen. Die Schubzentrifuge z.B. besteht aus einer oder mehreren konzentrischen Trommeln mit zur Achse parallel eingebauten Spaltsieben. Ein Schubboden schiebt den an der Trommelrückwand eingebrachten Filterkuchen Richtung Trommelende, bis der entfeuchtete Kuchen aus der Trommel fällt. Die Suspensionszufuhr erfolgt kontinuierlich.

Die begrenzte Kuchenverweilzeit schränkt die Kuchenwäsche allerdings ein. Außerdem sollte die Suspension voreingedickt sein. Moderne Schubzentrifugen verfügen über Füllsysteme, welche die Kristalle vorbeschleunigen, und eine wartungsfreundliche Modulbauweise. Produkte mit hohem Reibbeiwert sind einfacher auf mehrstufigen (bis zu vierstufigen) Schubzentrifugen zu verarbeiten. Das Prinzip der Siebschneckenzentrifuge entspricht in etwa dem der Schubzentrifuge. Allerdings transportiert den Kuchen eine Förderschnecke, die mit geringer Differenzdrehzahl läuft. Sieb und Schnecke sind hohem Verschleiß ausgesetzt; die Kristalle werden zerkleinert (Mahleffekt).

Eine Sonderbauart für Nischenanwendungen ist die Taumelzentrifuge. Für sehr grobkörnige Suspensionen erreichen diese Zentrifugen sehr hohe Durchsätze von über 200 t/h. Ohne jegliche Unterstützung durch ein Förderwerkzeug wandert der Feststoffkuchen aufgrund der taumelnden Trommelbewegung zum Abwurfschacht. Eine Kuchenwäsche ist nur eingeschränkt möglich. Typische Anwendungen sind die Kohle- und Erzaufbereitung sowie die Herstellung von Massenprodukten wie Carnalit.

Der Siebdekanter ergänzt den Sedimentationsteil eines normalen Dekanters durch eine Siebzone. Die Siebzone schließt sich dem konischen Teil an. Dadurch sollen die Kuchenwäsche und die Entfeuchtung verbessert werden. Ähnlich der Siebschneckenzentrifuge wird der Kuchen mit einer Förderschnecke über die Siebzone hinweg geschoben.

Der Siebdekanter kann Suspensionen mit geringeren Feststoffkonzentrationen verarbeiten, weil die Voreindickung im Prinzip im Sedimentationsteil geschieht; er ist jedoch anfällig für Verschleiß und Kornbruch. Für ausgewählte Einsatzfälle hat der Siebdekanter seinen Markt gefunden, beispielsweise in der Sodaindustrie.

(ID:102450)