4.6.8.3Auslegung nach Feststoffdurchsatz

In vielen Fällen tritt wegen der günstigen Zulaufbedingungen (hohe Kuchenpermeabilität durch grobes Korn und hohe Feststoffkonzentration) die Filtrationsgrenze gar nicht auf. Es geht lediglich um die Fähigkeit der Maschine, hohe Feststoffmengen durchschieben zu können. Natürlich geht bei sol­chen Hochleistungsmaschinen die Verweilzeit auf wenige Sekunden zurück, jedoch sei die er­reichte Rest­feuchte für die anstehende Betrachtung ausreichend.

Nehmen wir für verschieden große Maschinen an, dass sie geometrisch ähnlich sind, so folgt für jede um den Stufensprung i größere Maschine:

                            Durchmesser           Dscr,i     = Dscr · i
                            Hub  Lstr,i    = Lstr · i
                            Kuchenhöhe            Hc,i       = Hc  · i
                            Vorschubgrad          zpsh,i     = zpsh = zmax » 0,85

Der volumetrische Feststoffdurchsatz wächst damit proportional zu i3. Die Tab.1 zeigt Werte der Baugrößenabstufung einer Typenreihe von Schubzentrifugen.

Der Schubkraftbedarf geht mit i3 bei gleichem C‑Wert. Da die Umfangsgeschwindigkeit aus Festig­keits­gründen konstant bleibt, fällt der C‑Wert mit C ~ Dscr-1 ab. Dies ergibt immer noch einen qua­dratisch mit der Größe steigenden Schubkraftbedarf. So wird

      

Das Verhältnis des Hydraulikzylinderdurchmessers zum Trommeldurchmesser bleibt somit konstant. Nimmt man für alle Maschinengrößen gleichen Hydraulikdruck an, so wird der benötigte Öl­förderstrom um i3 größer.

Der Schubkraftbedarf ist proportional zu Dscr · p · Lscr · Hc · µscr, damit bei Vergrößerung proportional zu i3 bei gleichem C‑Wert.

Betrachtet man den reinen volumetrischen Feststoffdurchsatz ohne irgendeine Begrenzung durch den Fil­trations­vorgang, so wächst dieser mit i3.

Steht allerdings die Filtration limitierend im Vordergrund, so wird das Wachstumsgesetz überlagert durch die Tatsache, dass C ~ Dscr-1 ist; also wird in diesem Fall das Scale‑Up‑Gesetz reduziert auf i2. Dasselbe trifft für den Schubkraftbedarf zu.

Tab.1:                Baureihendaten von Schubzentrifugen [MVM]

 Typ

SZ 30

SZ 50

SZ 70

SZ 90

SZ 110

SZ 140

 Trommeldurchmesser Ddr / mm

300

500

700

900

1100

1400

 Stufensprung i

1,67

1,40

1,29

1,22

1,27

 Trommellänge Ldr / mm

210

350

490

630

770

980

 Ldr/Ddr = 0,7; einstufig

210

350

490

630

770

980

 Selbsteinstellende

 Kuchenhöhe Hc,z  / mm

20,2

33,6

47,0

60,5

73,9

94,1

 bei      Hc/Ldr = 0,16

 Kuchenhöhe Hc / mm

33,6

56

78,4

100,8

123,2

156,8

 Hub Lstr / mm

25

43

60

77

94

120

 Feststoffdurchsatz / m3·h-1

1,2

5,8

15,8

33,5

61,1

126,3

 bei      zpsh = 0,8, e = 0,47
 und     fpsh = 1 Hz

Die Verweilzeit bleibt bei dieser Betrachtung bei allen Maschinen konstant (Lscr ~ i und Lstr·zpsh ~ i), jedoch steigt die Kuchendicke mit i und es sinkt der C‑Wert. Dies wirkt sich auf den Kinetik­para­meter wie folgt aus:

d.h. die Entfeuchtung läuft bei größeren Maschinen weniger weit ab, das Produkt bleibt feuchter. Die hier nicht betrachtete Filtrationskapazität, die nach der Filtergleichung (Gl.)

nur mit i steigt, zeigt, dass größere Maschinen, die zwar volumetrisch mit i2 mehr durch­setzen können, filtrationstechnisch stark, d.h. mit i-1 ins Defizit geraten. Daraus erklärt sich, dass große Schub­zentri­fugen wirklich nur mit grobem Korn betrieben werden sollen.

Findet man bei einer Pilotmaschine von Dscr = 30 cm die Filtrationsgrenze bei zpsh = 0,85 z.B. bei 100 µm mittlerem Korndurchmesser, so muss für die 1 m‑Maschine (Faktor i = 3,33) wegen

                           

ein Korn von

             

gefordert werden.

Die größten Exemplare einer Baureihe, vor allem Dscr > 100 cm, können von dieser Ähn­lich­keits­be­trach­tung aus mehreren Gründen abweichen:

1)                              Der Hubweg wird meist nicht mehr mitvergrößert.          
2)                              Die Trommellänge bleibt unter dem Verhältnis der Baureihe.       
3)                              Die Drehzahl wird aus maschinendynamischen Gründen etwas tiefer angesetzt.

Dadurch sinkt sowohl der Durchsatz als auch der Kinetikablauf; solche Maschinen sind dann nur noch extrem grobem Korn und niederen Reibwerten vorbehalten. Hier überschneiden sich dann die Bereiche der Schubzentrifuge mit denen der Schwing- und Taumelzentrifugen.

4.6.9       Kritische Betrachtung

Die vorstehenden Überlegungen haben gezeigt, dass bei der Schubzentrifuge – wie bei keiner anderen Zentrifuge – die mechanischen Eigenschaften des Produkts, wie innerer Reibwert, Siebreibwert, Sche­rungs­vorgänge im Kuchen und der damit verbundenen Partikelzerstörung, mit den Filtrations- und Ent­feuch­tungsvorgängen verbunden sind. Ein erfolgreicher Dauerbetrieb hängt sehr stark von den konstan­ten Produkteigenschaften ab.

Es empfiehlt sich, bei der Auslegung nicht zu nahe an die Filtrationsgrenze zu gehen, da sonst kleinste Produktänderungen, wie sie beispielsweise bei Kristallisationsvorgängen unvermeidlichen Schwan­kun­gen unterworfen sind, einen stabilen Betrieb gefährden.

Die sicherste Methode, die Schubzentrifuge störungsfrei zu betreiben, ist die höchstmögliche Vor­ein­dickung der Suspension, siehe Kap. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.. Im Grenzfall der Speisung mit einer „Suspension“, welche die Aufgabezone nicht mehr mit überschüssiger freier Flüssigkeit belastet, entfällt dieses Problem der Flut­gefahr völlig. Dies ist der Fall der Einspeisung eines Filterkuchens (mittels einer Transport­schnecke) mit einer Sättigung von 100 % oder niedriger , siehe Kap. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. und Kap. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.. In diesem Fall kann die Schubzentrifuge auch im Bereich noch feinerer Partikelgrößen eingesetzt werden.