1. Die
Festigkeit von Zentrifugenrotoren
1.1. Einleitung
1.2. Die
Beanspruchungsarten von Zentrifugenbauteilen
1.3. Die
Ermittlung der Festigkeitswerte der Werkstoffe
1.3.1 Statische Festigkeitswerte
1.3.2 Die Wechselfestigkeit
1.3.2.1 Die Phänomene des Dauerbruchs
1.3.2.2 Zeitfestigkeit, Wöhlerkurve
1.4. Die
Kerbwirkung
1.4.1 Formzahlen
1.4.2 Plastizierung durch
Kerbwirkung
1.4.3 Berechnung der Kerbwirkung
im elastischen und plastischen Bereich
1.4.4 Eigenspannungen im Kerbgrund
1.5. Experimentelle
Spannungsermittlung
1.5.1 Formzahlen an Einzellöchern
1.5.2 Spannungen in Lochfeldern
1.5.3 Berechnete Kerbfaktoren
für Lochfelder
1.5.4 Verringerung der Dauerfestigkeit
durch Kerbwirkung
1.5.5 Verfahrenstechnische
Aspekte zu Lochfeldern
1.5.6 Absenkung des E-Moduls
von Lochfeldern
1.6. Grundzüge
der Trommelberechnung
1.6.1 Berechnung des „fiktiven“ Innendrucks
1.6.2 Vom Innendruck zu den
Umfangsspannungen des Rotors
1.6.3 Die axialen Belastungen
von Zentrifugentrommeln
1.6.3.1 Die hydrostatische Belastung
von Stirn- und Rückwand
1.6.3.2 Zusätzliche Axialbelastungen
durch den Stofftransport
1.6.4 Das Dehnungsverhalten
der einzelnen Trommelbauteile
1.6.5 Das Dehnungs- und Verformungsverhalten
der Trommelbauteile als Gesamtkörper
1.6.6 Ergebnis der Berechnungen
und konstruktive Konsequenzen
1.7. Verschiedene
Belastungsarten der Zentrifugenrotoren
1.7.1 Einleitung
1.7.2 Statische Belastung
1.7.3 Dynamische Belastungen
1.8. Konstruktive
Lösungen und Schadensfälle
1.9. Überlastungen
der Zentrifugenrotoren
1.10. Fallbeispiele
1.10.1 Festigkeitsuntersuchung
an einer Schwingzentrifuge
1.10.1.1 Die Erklärung der Konstruktion
1.10.1.2 Das spannungsoptische
Modell
1.10.1.3 Isochromatenbilder und
Auswertung
1.10.1.4 Dynamische Untersuchung
mit Dehnmessstreifen (DMS)
1.10.2 Finitelemente Rechnung
der Trommel einer Zuckerzentrifuge
1.10.3 Der Festigkeitsnachweis
einer Separatorentrommel unter Anwendung der finiten
Elemente Methode
1.10.3.1 Einleitung
1.10.3.2 FEM-Modell der Trommelstruktur
1.11 .Literatur
zu Kapitel 1
2. Drehzahlsynchrone
Schwingungen an Zentrifugen
2.1. Schwingungsanregung
durch Unwuchten
2.1.1. Einleitung, Problemstellung,
Begriffserklärung
2.1.2. Auswuchten starrer Rotoren
2.1.2.1. Definition
des starren Rotors
2.1.2.2. Berechnung
der zulässigen Restunwuchten
2.1.3. Elastische Rotoren
2.1.3.2. Biegeeigenfrequenz
der Förderschnecke
2.1.3.3. Biegeeigenfrequenz
der Trommel
2.1.4. Unwucht und Schwingungen
der Gesamtmaschine
2.1.4.1. Aufstellungseigenfrequenzen
der starren Maschine
2.1.4.2. Unwuchterregte
Schwingungen
2.1.4.3. Beanspruchung
von Rotor und Gestell
2.1.4.4. Schwingungsisolierung
und Bodenkraft
2.1.4.5. Fertigungsgenauigkeit,
Passungen und Toleranzen
2.1.5. Ursachen für Unwuchten
2.1.5.1. Thermische
Einflüsse
2.1.5.2. Unwucht
durch Flüssigkeitsverdrängung der Schnecke
2.1.5.3. Unwucht durch Flüssigkeitsströmung
im Dekanter
2.1.5.4. Unwucht durch den Feststofftransport im
Dekanter
2.1.5.5. Unwuchten beim Auslaufen des Dekanters
2.1.5.6. Unwucht durch Schichtdurchbruch bei Schubzentrifugen
(Fluten)
2.1.5.7. Unwucht bei diskontinuierlichen Filterzentrifugen
(Feststoffunwucht, Flüssigkeitsunwucht (umlaufende Wellen)
2.1.5.8. Unwuchten bei Separatoren
2.1.5.8.1. Unwuchten beim Anfahren
eines Separators
2.1.5.8.2. Unwuchten durch Anbackungen
an den Tellern
2.1.5.8.3. Unwuchten nach Teilentleerungen
2.1.5.8.4. Unwucht nach einer Vollentleerung
2.1.5.8.5. Unwuchten bei Düsenseparatoren
2.1.6. Checkliste zum Auffinden
der Unwuchtursachen im Betrieb
2.1.6.1. Bei diskontinuierlichen Filterzentrifugen
2.1.6.2. Bei allen kontinuierlichen Filterzentrifugen
2.1.6.3. Bei
Dekantierzentrifugen
2.1.7. Auftreten von Schwebungen
beim Dekanter
2.1.8. Konstruktive Möglichkeiten zur Erhöhung der biegekritischen Drehzahl bei
Dekantierzentrifugen
2.1.8.1. Steife Unterstützung der Hauptlager
2.1.8.2. Reduzierung der Getriebemasse
2.1.8.3. Getriebe zwischen den Hauptlagern
2.1.8.4. Weich aufgehängte Hauptlager
2.1.8.5. Getrennte Lagerung des Umlaufgetriebes
2.1.8.6. Die schwimmende Schnecke
2.1.8.7. Kombinationen der Maßnahmen
2.1.8.8. Verfahrenstechnische Konsequenzen der Trommelverlängerung
2.1.8.9. Vergleich der Maßnahmen zur Erhöhung der
Trommelverlängerung
2.1.9. Konstruktive Möglichkeiten zur Verschiebung der kritischen Drehzahl bei
Separatoren
2.1.10. Zusammenfassung,
Ausblick und weiterführende Literatur zu Kap. 2.1
2.2.1. Einleitung und Problemstellung
2.2.2. Personenbezogener Beurteilungspegel
2.2.3. Schallmessungsverfahren
2.2.3.1. Hüllflächenverfahren
2.2.3.2. Korrekturpegel für den Raumeinfluss
2.2.3.3. Korrekturpegel
für das Fremdgeräusch
2.2.3.4. Korrekturpegel
für Luftdruck und Temperatur
2.2.3.5. Messflächenmaß
2.2.3.6. Frequenzabhängigkeit
und physiologische Bewertung
2.2.3.7. Zusammenfassung
des Hüllflächenverfahrens
2.2.4.1. Wirkungsweise
der Zweimikrofonsonde
2.2.4.2 Praktische
Durchführung der Intensitätsmessung
2.2.4.3 Zusammenfassung
und Ausblick
2.2.5 Gründzüge der lärmarmen
Konstruktion
2.2.5.1 Primärmaßnahmen
2.2.5.2 Schalldämmungsmaßnahmen
2.2.6 Weiterführendes Schrifttum
2.3 Zum
Schwingungsverhalten und zur Rotordynamik von Dekantierzentrifugen;
die Modalanalyse
2.3.1 Einleitung
2.3.2 Marktforderungen als
Entwicklungsmotor
2.3.2.1 Entwicklung
der experimentellen Modalanalyse
2.3.2.2 Strukturmechanische
Grundlagen
2.3.3 Durchführung der Modalanalyse
2.3.3.1 Beschreibung
der Messtechnik
2.3.3.2 Fehlermöglichkeiten
bei der Datenerfassung
2.3.4 Untersuchungen an Dekantierzentrifugen
2.3.4.1 Rotoreigenfrequenz
als Drehzahlgrenze
2.3.4.2 Schwingungsverhalten
der Förderschnecke
2.3.4.3 Generelle
Lage der Eigenfrequenzen
2.3.5 Zusammenfassung und
Ausblick
2.3.6 Literatur
zu Kapitel 2.3
2.4 Berechnung
der ersten Biegeeigenfrequenz von Aufgaberohren in Dekantierzentrifugen
2.4.1 Einleitung
und Problemstellung
2.4.2 Das
zylindrische Aufgaberohr
2.4.2.1 Exakte Lösung der Bewegungsgleichung
2.4.2.2 Näherung für das dünnwandige,
zylindrische Rohr
2.4.2.3 Näherungslösung mit
dem Rayleigh-Quotienten
2.4.2.4 Vergleich der Näherungen
2.4.3 Das
konische Aufgaberohr
2.4.3.1 Dünnwandiges, konisches
Aufgaberohr
2.4.3.2 Beispiel für das dünnwandige,
konische Rohr
2.4.3.3 Dickwandiges, konisches
Aufgaberohr
2.4.4 Messung
der Eigenfrequenz
2.4.5 Frequenzabsenkung
durch Suspension und Einzelmassen
2.4.6 Abschließende
Bemerkungen
2.4.7 Literatur
zu 2.4.
2.5 Das
Auswuchten von Zentrifugenrotoren
2.5.1 Der Drehzahlbereich
des Auswuchtens
2.5.2 Vorbereitung der Auswuchtmaschine
2.5.3 Sicherheit
2.5.4 Auswuchten einer Dekanterschnecke
2.5.5 Auswuchten einer Dekantertrommel
2.5.6 Auswuchten von Dekantern
im Betriebszustand
2.5.7 Ausführung einer Unwuchtmessung
in der Produktionsstätte
2.5.7.1 Sicherheit
2.5.7.2 Vorbereitung
2.5.7.3 Unwuchtkalibrierung
und –messung
2.5.8 Literatur zu 2.5
3. Selbsterregte
Schwingungen an Zentrifugen
3.1. Mechanismen
selbsterregter Schwingungen
3.1.1. Typ 1: Schwingungserregung
durch Reibung
3.1.1.1. Beispiel a) Das Weinglas
3.1.1.2. Beispiel b) Die Geige
(oder allgemein Streichinstrumente)
3.1.1.3. Beispiel c) Körper auf
bewegter Unterlage, z.B. Förderband
3.1.1.4. Beispiel d) „Rupfen“ einer
Fahrzeugkupplung
3.1.2. Typ 2: Schwingungserregung
durch einen Schneid- oder Zerspannungsvorgang
3.1.2.1. Beispiel e): Der ratternde
Drehstahl
3.1.3. Typ 3: Schwingungserregung
durch Bruch- und Schervorgänge
3.1.4. Typ 4: Schwingungen
durch Strömungsvorgänge
3.2. Die
Voraussetzungen für das Entstehen selbsterregter Schwingungen
3.2.1. Das schwingungsfähige
System
3.2.2. Die Anfachungsmechanismen
3.2.2.1. Erregung durch Reibung
3.2.2.2. Erregung durch Schneidvorgänge
3.2.2.3. Erregung durch Schüttgutfließen
3.3. Drehschwingungen
an Dekantierzentrifugen
3.3.1. Beobachtete Phänomene
und Maschinenschäden
3.3.2. Beobachtungen an vielen
Produkten
3.3.2.1. Bei den Kunstoffen: Bei
den Kohlenwasserstoffen:
3.3.2.2. Bei den Eiweißstoffen: Bei
den anorganischen Stoffen:
3.3.2.3. Die Schwingungen setzten
plötzlich ein oder steigerten sich mit
3.3.3. Eigenheiten des Plastifizierungsprozesses
und Verlauf einer Plastizierung
3.3.3.1. Verlauf einer Plastifizierung
3.3.4. Identifizieren des schwingungsfähigen
Systems
3.3.4.1. a) Blattschwingungen
3.3.4.2. b) Elastischer Trommelboden
3.3.4.3. c) Drehschwingungen
der Schnecke
3.3.5. Messungen von Drehmoment
und Schwingfrequenz
Abb.
3.3.-8: Frequenzverlauf im trompeten-förmigen Übergangsgebiet
3.3.5 Das Drehschwingungssystem
des Dekanters
3.3.6. Der Mechanismus der
Schwingungsanregung
3.3.7. Ergebnisse mit veränderten
Konstruktionsparametern und Maschinen-parametern
im Produktionsbetrieb einer Dimethylterephalat-Anlage
3.3.8. Abhängigkeit der Dreheigenfrequenz
von der Maschinengröße
3.3.9. Die Grenzdiagramme für
schwingungsfreien Betrieb
3.3.10. Die Masterkurve für
schwingungsfreien Betrieb
3.3.11. Bemerkungen und Warnungen
zum Betrieb im Drehschwingungsgebiet
3.4. Mathematische
Modelle für die Anfachung reibungserregter Schwingungen
3.4.1. Ein einfaches Modell
ohne Dämpfung; der Reibschwinger auf ablaufendem Band
3.4.1.1. Die Haftphase ist beendet,
sobald x den Wert
3.4.1.2. Amplitude und Schwingungsdauer
der stationären selbsterregten Schwingung
3.4.2. Die Übersetzung des
Modells auf die Drehbewegung im Dekanter
3.4.3. Ingenieurmäßige Folgerungen
der einfachen Theorie ohne Dämpfung
3.4.4. Die exakte Bewegungsgleichung
der torsionsschwingenden Schnecke und ihre Lösung
3.4.4.1. Die vollständige Bewegungsgleichung
für die Schnecke lautet unter Anwendung des
Drallsatzes
3.4.4.2. Übergang auf translatorische
Koordinaten
3.4.4.3. Die Transformation auf
translatorische Koordinaten lautet wie folgt
3.4.4.4. Statische Gleichgewichtslage
3.4.4.5. Eigenzeit
3.4.4.6. Rechnerische Parameterstudien
3.4.4.7. Zusammenfassung
3.5. Konstruktive
Möglichkeiten zur Reduktion der Drehschwingungen
3.5.1. Geänderte geometrische
Auslegung der Schnecke
3.5.2. Viskose Dämpfung der
Schnecke
3.5.3. Viskos gedämpfter gelagerter
Massering
3.5.4. Dämpfung der Schnecke
mit Coulombscher Reibung
3.5.5. Weichabstimmung des
Schneckenwelle-Schneckensystems
3.5.6. Weiche Abstützung des
Getriebezapfens
3.5.7. Minimierung aller Spiele;
im Getriebe und zwischen Getriebe und Schneckenantriebswelle
3.5.8. Kühlen und Schmieren
der Kontaktfläche Schnecke-Kuchen
3.5.9. Der hydrostatische Schneckenantrieb
von VISCOTHERM
3.5.9.1. Die thermisch, durch
Plastizieren des Feststoffs, verursachte Anregung (sog. Chatter-Schwingung)
3.5.9.2. Die durch Slip-Stick
verursachten Schwingungen
3.5.9.3. Phase 1: Normallauf
mit Drehmoment MSav und konstanter Winkelgeschwindigkeit wser
3.6. Dauerbrüche
an einem Schubboden einer Schubzentrifuge
3.6.1. Schwingungs- und Rattererscheinung
der Schälvorrichtung einer Filterzentrifuge
3.6.2. Beobachtete Phänomene
und Schäden
3.6.3. Analyse des Schwingungssystems
3.6.4. Abhilfemaßnahmen
3.7. Selbsterregte
Schwingungen durch Flüssigkeitsunwuchten
3.7.1. Beobachtete Phänomene
der Flüssigkeitsunwuchten in Filterzentrifugen
3.7.2. Physikalisches Verständnis,
rechnerische Behandlung und Ergebnisse der Forschung
3.7.2.1. 1) Turbinenbau
3.7.2.2. 2) Spin stabilisierte
Satelliten
3.7.2.3. 3) Die Anwendungen in
Industrie-Zentrifugen
3.7.3. Konsequenzen für die
Praxis
3.8. Literatur
zu Kapitel 3
4. Werkstoffe
des Zentrifugenbaus
4.1. Einleitung
4.2. Nichtrostende
Stähle
4.2.1. Grundlegende Einflüsse
der Zusammensetzung
4.2.2. Die Gefügearten
4.2.3. Das Schäffler-Diagramm
4.2.4. Einsatzgebiete der verschiedenen
Gefügearten im Zentrifugenbau
4.2.4.1. Martensitische Gefüge
4.2.4.2. Ferritische Gefüge
4.2.4.3. Austenitisch-ferritische
Gefüge
4.2.4.4. Austenitische Gefüge
4.2.4.5. Vergleichende Werkstoffbezeichnungen
in verschiedenen Ländern
4.3. Aluminium und Aluminium-Legierungen
4.4. Nickel
und Nickellegierungen
4.5. Metallische
Sonderwerkstoffe
4.5.1 Titan
4.6. Siebwerkstoffe
4.7. Herstellverfahren
der metallischen Werkstoffe
4.7.1. Schleuderguss
4.7.2. Schmiedestücke
4.7.3. HIP‑Verfahren
4.7.4. Schweißkonstruktionen
4.8. Schweißen
von Edelstählen
4.8.1. Festigkeit von Schweißnähten
4.8.2. Produktberührte Schweißverbindungen
4.8.3. Einflüsse auf das Gefüge
in Naht und Nahtumgebung bei Edelstahl
4.8.4. Wärmebehandlung beim
Schweißen
4.8.5. Rauheitsanforderungen
an die Oberflächenqualität
4.8.6. Hygieneanforderungen
an Schweißnähte
4.9. Korrosionsbeständigkeit
metallischer Werkstoffe
4.9.1. Lieferzustand vergütet
bzw. lösungsgeglüht
4.9.2. Schweißen
4.10. Anforderungen
an metallische Oberflächen
4.10.1. Bearbeitungsverfahren
4.10.2. Hygienerelevante Bearbeitungsverfahren
4.10.3. Struktur von produktberührten
metallischen Oberflächen
4.10.4. Strukturen und Effekte
an gegenseitigen Berührflächen von Materialien
4.11. Oberflächenverkleidungen
und Schutzanstriche
4.11.1 Metallische
Plattierungen
4.11.2 Gummierung
von Zentrifugen
4.11.2.1 Gestaltung
der Bauteile
4.11.2.2 Behandlung
der Werkstücke vor dem Gummieren
4.11.2.3 Das Aufbringen des Schutzbelags
4.11.2.4 Der Vulkanisationsvorgang
4.11.2.5 Nachträgliche Oberflächenbearbeitung
nach dem Gummieren
4.11.2.6 Nacharbeiten, Reparaturen
4.11.2.7 Nachwuchten
4.11.2.8 Prüfung der Gummierung auf Dichtheit
4.11.2.9 Transport und Lagerung
4.11.2.10 Einsatzgrenzen und Lebensdauer
4.11.2.11 Literatur und weitere Informationen
4.11.3 Auskleidung von Thermoplasten
4.11.4 Auskleidung mit Duromeren
4.11.5 Emaillierung von Zentrifugentrommeln
4.12. Kunststoffe
und Dichtungswerkstoffe
4.12.1. Einleitung
4.12.2. Allgemeine Überlegungen
zur Verwendung von Kunststoffen
4.12.3. Administratives und
gesetzliche Bestimmungen
4.12.4. Plastomere oder Thermoplaste
4.12.4.1. PTFE Polytetrafluorethylen
4.12.4.2. PVDF Polyvinylidenfluorid
4.12.4.3. PC Polycarbonat
4.12.4.4. PEEK Polyetheretherketon
4.12.4.5. PET Polyterephthalat
4.12.5. Elastomere
4.12.5.1. NBR Acrynitril-Butadien-Kautschuk
4.12.5.2. HNBR Hydrogenisierter
Acrylnitril-Butadiene-Kautschuk
4.12.5.3. EPM/EPDM Ethylen-Propylen-Kautschuk
4.12.5.4. VMQ Silikon-Kautschuk
4.12.5.5. FKM Fluorkautschuk (Fluorelastomere)
4.12.5.6. FFKM Perfluorelastomere
4.12.6. Struktur von produktberührten
Kunststoffoberflächen
4.13. Hilfsstoffe
für den Betrieb von Zentrifugen
4.13.1. Schmierstoffe
4.13.2. Flüssigkeiten zur Übertragung
physikalischer Größen
4.13.3. Werkstoffprüfung
4.14. Prüfung
metallischer Werkstoffe
4.15. Literatur
zu Kapitel 4
5. Verschleiß und Verschleißschutz
an Zentrifugen
5.1 Einleitung,
Arten des Verschleißes
5.2 Verfahrenstechnische
Folgen des Verschleißes
5.3 Versuch
der Quantifizierung des Verschleißes
5.4 Verschleißschutzmaßnahmen
5.4.1 Autogener Verschleiß
5.4.2 Pulvermetallurgischer
Auftrag
5.4.3 Panzerung durch Hartmetallplatten
5.5 Schutz
der einzelnen Bauteile vor Verschleiß
5.5.1 Einlaufrohr, besonders
bei Dekantern
5.5.2 Verschleiß der Schneckenblätter
5.5.3 Verschleiß an Schneckenblättern
im Bereich des Einlaufs
5.5.4 Verschleiß an Öffnungen
und Bohrungen
5.5.5 Verschleiß an der Dekantertrommel
5.5.6 Verschleißschutzmaßnahmen
an Schubzentrifugenrotoren
5.5.7 Verschleißschutz des
Gehäuses
5.6 Abrasions-
und Korrosionsfälle aus der Praxis
5.6.1 Korrosion an Dekantierzentrifugen
und wirtschaftliche Lösungen
5.6.2 Erosion an Dekanterschnecken
5.7 Literatur
zu Kapitel 5
6. Dichtungen
in Zentrifugen
6.1. Einleitung
6.2. Statische
Dichtungen
6.2.1. Metallische Abdichtung
6.2.2. Elastomer-Dichtungen
6.2.2.1. Rundring-Dichtungen
6.2.2.2. Profildichtungen
6.2.2.3. Flachdichtungen
6.3. Dynamische
Dichtungen für Längsbewegungen
6.4 Dynamische
Dichtungen für Rotationsbewegungen
6.4.1. Allgemein
6.4.2. Offene Bauweise
6.4.3. Schwadendichte Maschinen
6.4.4. Gasdichte Maschinen
6.4.4.1. Gasdichte Maschinen
bis 20 mbar Überdruck (200 mm WS)
6.4.4.2. Gasdichte Maschinen
im Bereich 20 – 1000 mbar Überdruck
6.4.5. Druckdichte Maschinen
mit mehr als 1 bar Überdruck
6.4.6. Gleitringdichtung in „Hygienic
design“-Ausführung
6.5 Sonderbauformen
6.5.1 Rotationssiphon – Dichtung
6.5.2. Hermetische Drehdurchführungen
6.5.2.1. Magnetantrieb
6.5.2.2. Rotationsbewegung mit
Faltenbalg
6.6 Funktionentrennung
von Dichtungen bei höheren Anforderungen
Literatur
zu Kapitel 6
7. Hygienic
Engineering und Hygienic Design
7.1 Die Entwicklung der
diskontinuierlichen Produktionsmethoden
7.1.1. Die „Chemie-Küche“
7.1.2 Das „Basler
Konzept“, die multifunktionale Produktionsanlage
7.1.3 Die
Multifunktionsgeräte (Universalnutschen)
7.1.4 Übertragung der Multifunktionsidee auf Zentrifugen;
Zentrifugentrockner
7.1.5 Weiterführende
Gedanken
7.2 Anforderungen der Food-
und Pharmaindustrie
7.3 Hygienegerechte konstruktive
Gestaltung der Anlage und ihrer Komponenten
7.3.1 Detailprobleme
an Komponenten
7.3.2 Diskontinuierliche
Filterzentrifugen
7.3.2.1 Reinigungsgerechte Bauweisen
7.3.2.2 Beitrag
Heinkel - eine oder mehrere
CIP-Spezialitäten
7.3.2.3 Beitrag
FIMA - eine oder mehrere
CIP-Spezialitäten
7.3.2.4 Durch
die Wandbauweise von Filterzentrifugen – Reinrauminstallation
7.3.3 Kontinuierliche
Zentrifugen
7.3.3.1 Dekantierzentrifugen
7.3.3.2 Schubzentrifugen
7.3.3.3 Siebschneckenzentrifuge
7.3.3.4 Separatoren
7.3.3.5 Reinigungsmöglichkeiten für kontinuierliche
Zentrifugen
7.4 Die
Reinigungsprozeduren
7.4.1 Einführung
7.4.2 Ziele
der Desinfektion und Sterilisation
7.4.3 Die CIP-Reinigung
7.4.4 Die
verwendeten Reinigungschemikalien
7.4.5 Art
und Konzentration der verwendeten Reinigungschemikalien
7.4.6 Strömungsmechanik
während der Reinigung
7.4.6.1 Rohrströmung
7.4.6.2 Sprüh- und Rotationsdüsenverfahren
7.4.6.3 Temperaturbereich während der Reinigung
7.4.7 Kinetik
des Reinigungsvorgangs
7.4.7.1 Beschreibung des Reinigungsvorgangs
7.4.7.2 Abschätzung der notwendigen Desinfektions-
oder Sterilisationsbedingungen
7.4.7.3 Reinigungszeit
7.4.8 Desinfektion
und Sterilisation durch Hitze
7.4.9 Kombination
einzelner Reinigungsschritte
8. Antriebe
für Zentrifugen
8.1. Einleitung
8.2. Das
Massenträgheitsmoment
8.2.1. Ableitung der Beziehung
für eine rotierende Scheibe
8.2.2. Massenträgheitsmomente
einiger rotationssymmetrischer Bauteile
8.2.3. Experimentelle Bestimmung des Massenträgheitsmoments
8.2.4. Umrechnung der Massenträgheitsmomente
auf eine andere Übersetzung
8.2.5. Umrechnung zwischen
Massenträgheitsmoment und Schwungmoment
8.2.6. Massenträgheitsmomente über
der Maschinengröße
8.3 Bestimmung
der Antriebsleistung durch den Impulssatz
8.3.1 Kontinuierlicher Betrieb
mit Zulauf
8.3.2 Zentrifugentypische
Besonderheiten bei der Berechnung der Beschleunigungsleistung
8.3.3 Auslauf der Zentrifuge
unter gleichzeitiger Speisung
8.3.4 Ermittlung der Schälkraft
8.3.4.1 Aus der Motorleistung
8.3.4.2 Aus dem Drehzahlabfall
bei ausgeschaltetem Motor
8.3.4.3 Aus dem Impulssatz
8.3.6 Berechnung der Schälscheibenleistung
8.4. Ermittlung
der Leerlaufleistung
8.4.1. Durch freies Auslaufen
der Zentrifuge
8.4.2. Aufspalten der Leerlaufleistung
in Reib- und Ventilationsverluste
8.4.3. Ermittlung der Parameter
MR und m2
8.4.4. Überschlagsformeln der
Praxis für die Leerlaufleistung
8.4.5. Besonderheiten bei der
Ermittlung der Antriebsleistung
8.4.5.1. Koaxiale Zentratabführung
8.4.5.2. Impulsrückgewinn durch „rückwärts
gerichteten“ Massenabwurf
8.5 Transportleistung
bei kontinuierlichen Zentrifugen
8.5.1. Transportleistung bei
Schneckenzentrifugen
8.5.2. Transportleistung bei
Schubzentrifugen
8.6. Regressionsanalytische
Berechnung der Antriebsleistung von Dekantern
8.7. Elektrische
Antriebsmotoren für Zentrifugen
8.7.1. Allgemeines
8.7.2. Schutz- und Kühlungsarten
8.7.3. Thermische Klassifizierung
8.7.4. Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien
von Induktionsmotoren am Netz
8.7.5. Thermische Beanspruchung
beim Anfahren
8.7.5.1. Allgemeine Grundlagen
8.7.5.2. Schleifringläufer mit
Vorwiderstand im Läuferkreis
8.7.5.3. Direkteinschaltung von
Käfigläufern
8.7.5.3.1 Käfigläufer mit Aluminium-
oder Kupfer-Läufer
8.7.5.3.2 Käfigläufer mit Widerstandsmaterial
im Läuferkreis (Schweranläufer)
8.7.5.4. Stern/Dreieck-Einschaltung
von Käfigläufern
8.7.5.5. Anfahren von Käfigläufern
mit Vorwiderstand oder Softstarter
8.7.5.6. Anfahren von Käfigläufern
mit Polumschaltung
8.7.6. Thermische Beanspruchung
beim elektrischen Bremsen
8.7.6.1. Gegenstrombremsen
8.7.6.2. Gleichstrombremsen
8.7.7. Anfahren und Betrieb
mit umrichtergespeisten Käfigläufern
8.8. Anfahren
des Rotors auf Nenndrehzahl
8.8.1. Einleitung
8.8.2. Die Bewegungsgleichungen;
der Anfahrzeit- Leistungszusammenhang
8.8.3. Wahl und Auslegung der
Motoren zum Anfahren
8.8.3.1. Der frequenzgeregelte
Elektromotor, siehe Kap. 8.7.7
8.8.3.2. Der Asynchonmotor (Induktionsmotor)
in Direkteinschaltung
8.8.3.3. Wichtige Hinweise
8.8.3.3.1 Riemenzüge
8.8.3.3.2 Berücksichtigung der
Leerlaufleistung während des Hochfahrens
8.8.3.3.3 Mehrfaches Anfahren
8.8.4. Die verfeinerte Berechnung
des Anfahrvorgangs
8.9. Die
hydrodynamische Anfahrkupplung – Turbokupplung
8.9.1. Allgemeines
8.9.2. Zusammenspiel von Turbokupplung
und Elektromotor
8.9.3. Ölfüllung
8.9.3.1. Bestimmung der erforderlichen Ölmenge
8.9.3.2. Füllungskontrolle
8.9.3.3. Sicherung gegen thermische Überlastung
8.10. Hydrostatischer
Antrieb
8.11. Anordnungsvarianten
des Hauptantriebs
8.11.1. Die Grundvariante; der
Seitenantrieb
8.11.2. Motor oberhalb der Zentrifuge
8.11.3. Untenantrieb
8.11.4. Antrieb seitlich über
Vorgelege
8.11.5. Doppelantrieb
8.11.6. Axialer Direktantrieb
8.11.7. Doppelvorgelege
8.12. Riemenantriebe
8.12.1. Bauarten
8.12.2. Richtige Betriebsbedingungen
für Riementriebe
8.12.3. Keilriemenspannung
8.12.4. Keilriemenwechsel
8.13. Fallbeispiele
8.13.1. Fallbeispiel Füllen
einer Schälzentrifuge
8.13.2. Fallbeispiel Bestimmung
der Leerlauf-Drehmomentenkurve in Abhängigkeit der Rotordrehzahl
8.13.3. Auslegung des Antriebs
einer Drei-Säulen-Zentrifuge
8.14. Literatur
zu Kapitel 8
9. Baugrößenabstufung und Wachstumsgesetze
für Zentrifugen
9.1. Allgemeine Überlegungen
zur Größenabstufung
9.2. Abstufung
nach der Normreihe
9.2.1. Abstufung
nach typischen Anlagegrößen.
9.2.2 Abstufung nach Marktstrategie
9.2.3 Vom Produktverhalten
abhängige Kapazitätsgrößen
9.2.4 Strategische und psychologische
Faktoren
9.3 Mechanische
Größen und ihre Abhängigkeit von der Abstufung
9.3.1 Füllvolumen und Filterfläche
bei Schälzentrifugen
9.3.2 Ermittlung der mechanischen
Beanspruchung und ihre Abhängigkeit vom Wachstumsgesetz
9.3.3 Dimensionierung des
Trommelmantels
9.3.4 Unwuchtkräfte
9.3.5 Trägheitsmoment und
gespeicherte Energie im Rotor
9.3.6 Abbremszeit
9.4 Das
Gesetz der Kostendegression
9.4.1 Kostendegression bei
Drehfiltern
9.4.2 Dekanter, Separatoren
9.4.3 Aspekte der Verfügbarkeit,
Reservekapazität, Produktionsausfall
9.5 Verfahrenstechnische
Wirksamkeit unterschiedlich großer Zentrifugen
9.6 Beispiel
der Auslegung einer PVC – Straße
9.6.1 Becherzentrifugentest
zur Ermittlung der erreichbaren Restfeuchten
9.6.2 Modellzahl der Filtration
und Permeabilität der verschiedenen PVC-Typen
9.6.3 Gegenüberstellung von
Produkttypen und verschiedenen Dekantergrößen
9.6.3.1 Einsatz einer großen
Maschine
9.6.3.2 Einsatz zweier oder
mehrerer mittelgroßer Maschinen
9.7 Weitere
Scale-up Gesetze bei der alternativen Maschinenauswahl
9.7.1 Umfangsgeschwindigkeit
und Durchsatz
9.7.2 Verdampfungskosten im
nachgeschalteten Trockner
9.7.3 Zentratklärung
9.7.4 Investitions- und Installationskosten
9.7.5 Betriebskosten
9.8 Beurteilung
des gewählten Beispiels aus der Betriebspraxis
9.9 Alternative
Siebdekanter
9.10 Analogien
mit anderen Trenngeräten
9.11 Literatur
zu Kapitel 9
10. PRozessintegration und Sicherheitstechnik
10.1 Betriebssichere Führung
der Massenströme durch die Zentrifuge; Verteilung und Zuführung
der Suspension
10.1.1 Feststoffauswurf und Weitertransport
10.1.2 Verriegelungen der Zentrifuge mit vor- und nachgeschalteten
Aggregaten
10.1.3 Einspeisung des Feststoffs aus einer Zentrifuge in einen
Trockner
10.2 Maschinenüberwachung
10.2.1 Einleitung
10.2.2 Überwachung der Lager
10.2.3 Überwachung der Dichtungen
10.2.4 Antriebsüberwachung
10.2.5
Unwuchtüberwachung
10.2.6 Überwachung
der Turbokupplungs-Betriebstemperatur
10.3. Verarbeitung
entzündlicher Stoffe; Explosionsgefahren
10.3.1 Bildung explosionsfähiger Gemische
10.3.2 Untere und obere Explosionsgrenze
- Explosionsbereich
10.3.3 Flammpunkt und Dampfdruck
brennbarer Flüssigkeiten
10.3.4 Entzündung explosionsfähiger Gemische
10.3.5 Explosionsablauf
10.3.5.1Explosionen
in kubischen Behältern
10.3.6 Gase und Dämpfe
10.3.7 Stäube
10.3.8 Explosionen in langgestreckten Behältern und Rohrstrecken
10.4
Explosionsschutzmaßnahmen – Vorbeugender
Explosionsschutz
10.4.1
Vermeiden explosionsfähiger Gemische
10.4.2
Vermeiden explosionsfähiger Konzentration
10.4.3 Verminderung des Sauerstoffgehalts (Inertisierung)
10.5 Inertisierungsmethoden
10.5.1 Zündgrenzen und Inertisierung
10.5.2 Kinetik
der Inertisierung
10.5.3 Überwachung der Schutzgasüberlagerung
10.5.4 Spülsystem mit kontinuierlicher Sauerstoff‑Messung
10.6 Vermeiden
wirksamer Zündquellen
10.6.1 Zündquellen – Übersicht
10.6.1.1 Elektrische
Funken
10.6.1.2 Mechanisch
erzeugte Funken
10.6.2 Heiße
Oberflächen
10.7 Elektrostatische Aufladungen
10.7.1 Entstehung elektrostatischer Aufladung
10.7.2 Systematisches Vorgehen zur Beurteilung
elektrostatischer Zündgefahren
10.7.3
Entladungen – Auftreten
und Zündfähigkeit
10.7.4 Entladungen ausgehend von isolierten Leitern
10.7.4.1
Funkenentladungen
10.7.4.2 Maßnahmen
gegen das Auftreten von Funkenentladungen
10.7.5 Entladungen
ausgehend von isolierenden Oberflächen, isolierenden Flüssigkeiten und isolierenden
Schüttgütern
10.7.5.1 Büschel-
und Coronaentladungen
10.7.5.2 Maßnahmen gegen das Auftreten von Büschel- und
Coronaentladungen
10.7.5.3 Gleitstielbüschelentladungen
10.7.5.4 Maßnahmen
gegen das Auftreten von Gleitstielbüschelentladungen
10.7.5.5 Schüttkegelentladungen
10.7.5.6 Maßnahmen gegen das Auftreten von Schüttkegelentladungen
10.7.5.7 Gewitterblitzähnliche Entladungen
10.7.6 Zusammenfassung der Zündfähigkeiten elektrostatischer
Entladungen und
der Maßnahmen zu Verhinderung der Entladungen
10.7.7 Elektrostatische Zündgefahren bei Zentrifugen
und deren Vermeidung
10.7.8
Konstruktiver Explosionsschutz
10.7.8.1
Explosionsfeste Bauweise
10.7.8.2Explosionsdruckentlastung
10.7.8.3Explosionsunterdrückung
10.7.8.4Explosionstechnische
Entkopplung
10.8 Literatur zu Kapitel 10
11. Steuerung
und Regelung von Zentrifugen
11.1. Zulaufregelung
von kontinuierlichen Zentrifugen allgemein
11.1.1. Zulaufregelung über
konstante Suspensions‑oder Zentratmengen
11.1.2. Zulaufregelung über
die Stromaufnahme oder die Drehzahlabsenkung des
Antriebsmotors
11.2. Steuerung
von diskontinuierlichen Filterzentrifugen
11.2.1. Die Auswahlkriterien für eine Steuerung
11.2.2. Die verschiedenen Automatisierungskonzepte
11.2.2.1 Beispiel 1: Einfache
Anwendungen
11.2.2.2 Beispiel 2: Standard-Anwendungen
mit Mono Produkt
11.2.2.3 Beispiel 3: Komplexe
Anwendungen mit mehreren Produkten
11.2.3. Vernetzungsmöglichkeit
von Anlageteilen
11.2.4. Beispiel einer elektro-hydraulischen
Steuerung von Schälzentrifugen
11.3. Überwachung
und Steuerung von Schubzentrifugen
11.3.1. Unwucht
während des Betriebs.
10.3.2 Untere und obere Explosionsgrenze - Explosionsbereich
11.3.3. Regelung auf konstanten
Feststoffdurchsatz
11.3.4. Regelung auf konstanten
Feststoffdurchsatz "mit Überlastverarbeitung"
11.3.5. Selbstregelung durch
Drallbox
11.3.6. Selbstregelung des Waschflüssigkeitsstroms
11.3.7. Weitergehende Vorschläge
zur Automatisierung von Schubzentrifugen
11.3.7.1 Einleitung
11.3.7.2 Ziel der Regelung gegen Fluten
11.3.7.3 Eigene Versuche und
Entwicklung von berührungsfreien Feuchtemessern
11.3.7.4 Ergebnisse der Regelung
11.4. Regelungen
für Dekantierzentrifugen
11.4.1. Einleitung
11.4.1.1 Klares Zentrat
11.4.1.2 Konstante Restfeuchte
11.4.2. Zulaufregelung über
konstantes Drehmoment oder konstanten Feststoffdurchsatz
bei konstanter Differenzdrehzahl
11.4.3. Wirbelstrombremse
11.4.4. Doppel‑Frequenz‑Umrichter
Antrieb (elektrischer geschlossener Backdrive)
11.4.5. Hydraulische Variante
eines energetisch geschlossenen Backdrives (Systern
Alfa Laval)
11.4.6. Elektrische Variante
eines Backdrives mit „rotierendem Vorgelegemotor" System Pieralisi "Rotovariator"
11.4.7. Der Zwei‑Getriebe‑Antrieb
von Westfalia
11.4.8. Der Vier‑Wellen‑Antrieb
(System Cyclo)
11.5. Systeme
mit Direktantrieb der Schnecke
11.5.1.1 Hydrostatischer Antrieb
von Viscotherm
11.5.2. Mechanischer Direktschneckenantrieb ‑System
Flottweg SimpDrive®
11.6. Beispiele
weiterer Regelungen
11.6.1. Dekanter mit niveaugeregeltem
Feststoffaustrag
11.6.2. Entwurf einer neuen
Regelungsstrategie für Dekanter mit Fuzzy-Logic
11.6.3. Regelung des Trockners
nach der Zentrifuge
11.6.4. Regelung über die Axialkraft
der Schnecke
11.7. Fernüberwachung
von Zentrifugen
11.8. Literatur
zu Kapitel 11
12. Produktschädigung in Zentrifugationsprozessen
12.1 Einleitung
12.2 Bewertung der Trenngeräte
hinsichtlich Kornschonung
12.3 Die
verschiedenen Produktgruppen und die Art ihrer Schädigung
12.3.1 Produkte der Aufbereitungsindustrie
12.3.2 Kristalline Produkte
12.3.2.1 Die Größenordnung
der Kornzerstörung
12.3.2.2........... Einfluss auf die Restfeuchte.
12.3.2.3........... Erhöhter Feststoffgehalt
im Zentrat
12.3.2.4........... Auswirkung auf nachgeschaltete
Apparateauswahl
12.3.2.5........... Einfluss auf die Kristallisation.
12.3.2.6........... Staubeffekte.
12.3.2.7........... Zusammenbacken des Schüttguts.
12.3.3 Polymere Produkte (Thermoplaste)
12.3.4 Selbstflockende Schlämme
12.3.5 Mit Flockungshilfsmitteln geflockte Schlämme
12.3.6 Organische Partikel,
Mikroorganismen, tierische Zellen
12.4 Modellverfahren zur
Kornschädigung
12.4.1 Stand der Kenntnisse
und Auslegung
12.4.2 Analyse und
Nachbildung der Beanspruchungsarten in den verschiedenen Zentrifugentypen
12.4.2.1 Nachbildung
der Schubzentrifuge
12.4.2.2 Nachbildung
der Produktzerstörung im Dekanterzulauf
12.4.2.3 Nachbildung im Separatorzulauf
12.4.2.4 Simulation
des Schälens
12.5 Die
Mechanismen der Zerstörung von Einzelpartikeln und Partikel-
agglomeraten; Messgeräte, Messmethoden
12.5.1 Zerstörung von Einzelpartikeln
in Scherfeldern
12.5.2 Der Verzögerungsschock
12.5.3 Kornzerstörung duch Gutbettbeanspruchung
12.6 Der
Einzelkorn-Drucktest
12.6.1 Die Vergleichbarkeit der
dynamischen Belastung beim Aufprall mit der statischen
Druckbelastung
12.6.2 Die Einzelkorn-Druckapparatur
12.6.3 Klassifizierung des
Bruch- und Elastizitätsverhaltens
12.6.4 Der E-Modul als Kenngröße
der Vorschädigung
12.6.5 Die Verwendung der Weibull-Verteilung
12.6.6 Darstellung und Diskussion
der Bruchwahrscheinlichkeit
12.6.7 Gesamtdarstellung der Einzelkorntests
12.6.8 Bruchfestigkeit der
Einzelpartikel
12.6.9 Die massenbezogene Bruchenergie
12.7 Übertragung
der Grundlagen der Einzelkornzerkleinerung auf
kontinuierliche Zentrifugen
12.8 Konstruktive
Umsetzung kornschonender Maßnahmen
12.9 Mechanismen
der Flockenzerstörung
12.9.1 Flockenaufbau und Struktur
12.9.2 Beanspruchung der Flocke
in turbulenten Strömungen
12.9.3 Flockenbildung im Scherfeld
12.9.4 Die Scheibenzentrifuge zur
Messung der Sedimentations- und Kompaktierungsgeschwindigkeit
von geflockten Suspensionen
12.9.5 Flockenzerstörung durch
Massenkräfte
12.9.6 Anwendung der Idee der
Flockenertüchtigung für die Praxis
12.10 Mechanismen der Zellzerstörung
13.
Kombinationsschaltungen von Trenngeräten
13.1....... Einleitung.
13.2....... Unvollkommene
Reinigung der Flüssigkeit – Vor und Nachbehandlung des
Filtrates/Zentrates.
13.2.1....... Grobkornabscheidung, Entgriesen.
13.2.2....... Dekanter ‑Separator
13.2.3....... Trommelfilter ‑Kläreindicker ‑diskontinuierliche
Druckfilter mit Anschwemmschicht
13.2.4....... Die Nachklärung des Filtrates
von Drehfiltern oder filtrierenden Zentrifugen.
13.2.5....... Dekanter ‑Klärbecken.
13.2.6....... Dekanter ‑Dekanter
13.2.7....... Schubzentrifuge ‑Kläreindicker
13.3....... Unvollkommene
Entfeuchtung des Feststoffes im ersten Trenngerät bzw. höchstmögliche
Voreindickung für das zweite Trenngerät
13.3.1....... Drehfilter‑Schubzentrifuge.
13.3.2....... Trommelfilter ‑Pressfilter
13.3.3....... Voreindickung.
13.4....... Parallelschaltung
verschiedener Trenngeräte.
13.5....... Wechselseitige
Verbundschaltung von mechanischen Trenngeräten.
13.5.1....... Dekanter mit Siebschneckenzentrifuge
als Waschstufe.
13.5.2....... Innere Kreisläufe von Trenngeräten.
13.6....... Serienschaltung
verschiedener Trenngeräte bei Mehrphasentrennung.
13.6.1....... Fischmehlprozess.
13.6.2....... Raffinerieslop.
13.7....... Serienschaltungen
von gleichen Trenngeräten.
13.7.1....... Waschfilterstraßen.
13.7.2....... Gegenstromdekantation (Counter‑Current‑Dekantation,
CCD)
13.7.3....... Generationsschaltung von
Hydrozyklonen.
13.8....... Kombination von
Trenngeräten unter Verwendung eines Hilfskreislaufes mit
erhöhter
Konzentration.
13.9....... Vorklassieren
der Aufgabetrübe vor einem Bandfilter oder anderen Trenngeräten.
13.10....... Einspeisung des
Feststoffs aus einer Zentrifuge in einen Trockner.
13.11....... Fraktionierte
Trennung zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
13.11.1....... Verfahrensschema einer Kohleaufbereitungsanlage.
13.11.2....... Kupferkonzentratentwässerung
auf Schälzentrifugen.
13.11.3....... Vorklassieren der Suspension
mit Hydrozyklonen; Verarbeitung auf verschiedenen Maschinentypen.
13.11....... Beispiele typischer
trenntechnischer Schaltungen in Produktionsprozessen.
13.12.1....... Abtrennung des kommunalen
Klärschlamms.
13.12.2....... Der Olivenölprozess.
13.12.3....... Der Prozess der Weizenstärkegewinnung.
13.12.4....... Verwertung von Gülle und
Gärresten aus Biogas-Anlagen.
13.13....... Literatur zu Kapitel 13.
14. Hinweise und Empfehlungen für die
Aufstellung, den Betrieb und betriebsmessungen von Zentrifugen
14.1. Einleitung
14.2. Allgemeines über die Aufstellung
und die Installation
14.2.1. Aufstellungsort, Platzbedarf, Werkzeuge
14.2.2. Anschlüsse für Zulauf, Abläufe,
Wasch- und Spülflüssigkeit, Probestutzen
14.2.3. Elektrische Schaltfunktionen und
Verriegelungen, Anordnung wichtiger Messgeräte und Schalter
14.2.4. Gleitringdichtungen, Schutzgasbeaufschlagung
14.3. Erstmalige Inbetriebnahme der Zentrifuge
14.3.1. Grundlegende Sicherheitshinweise
und Qualifizierung des Personals
14.3.2. Kontrollen vor dem Anfahren
14.3.3. Anfahren der Zentrifuge ohne Produkt
14.3.4. Beschickung mit Produkt
14.3.5. Störungen
14.3.6. Verriegelungen von Zentrifugen gegeneinander
14.4. Betriebsmessungen an Zentrifugen
14.4.1. Einleitung
14.4.2. Betriebsmessungen an diskontinuierlichen
Zentrifugen
14.4.2.1. Füllen
14.4.2.2. Waschen
14.4.2.3. Nachschleudern
14.4.2.4. Das Ausschälen
14.4.3. Betriebsmessungen an kontinuierlichen
Zentrifugen
14.4.3.1. Messung des Suspensionsdurchsatzes
14.4.3.2. Messen der Feststoffkonzentration
14.4.3.3. Messen des Feststoffdurchsatzes
14.4.3.4. Probenahme Feststoff
14.4.3.5. Messung des Filtrat/Zentratdurchsatzes
14.4.3.6. Flüssigkeitsproben
14.4.3.7. Stromaufnahme
14.4.3.8. Drehzahlmessung
14.4.3.9. Drehmomentmessung bei Dekantern
und Siebschneckenzentrifugen
14.4.3.10. Schubdruckmessung an Schubzentrifugen
14.5. Literatur zu Kapitel 14