Separator-Funktionsprinzip
Der Separator beziehungsweise Tellerzentrifuge ist eine vertikal angeordnete Zentrifuge. Er kommt beim Trennen und Klären von Flüssigkeiten zum Einsatz. Durch das Prinzip eines Tellerseparators werden Fest-Flüssig-Gemische oder Flüssig-Flüssig-Gemische mithilfe der Zentrifugalkraft getrennt. Im Vergleich zu einer Dekantierzentrifuge unterscheidet sich der Separator maßgeblich im technischen Aufbau und in der Anwendung.
Wie funktioniert ein Separator?
Ein Tellerseparator basiert auf dem Grundprinzip der Sedimentation. Bei einem Fest-Flüssig-Gemisch sammeln sich die schweren Feststoffe auf dem Boden des Behälters. Sie sinken aufgrund der Schwerkraft ab. (1) Bei einem kontinuierlich arbeitenden System zum Trennen des Fest-Flüssig-Gemischs haben nicht alle Feststoffteilchen genug Zeit, sich am Boden abzusetzen. Sie verlassen zusammen mit der Flüssigphase wieder das System. Die Trennung ist nicht vollständig. Um dies zu verhindern, kommen mehrere plattenförmige Einbauten in Form von Lamellen beziehungsweise Tellern zum Einsatz. (2) Im Raum zwischen dem Tellerpaket findet die eigentliche Separation statt. Sind mehr Lamellen oder Teller vorhanden, ist die Klärfläche größer. Um ein Verstopfen der Platten beziehungsweise Teller zu verhindern, sind die Böden nicht horizontal montiert, sondern geneigt. Die Feststoffteilchen rutschen zum Boden. (3)
Mithilfe des Separator-Prinzips lassen sich auch Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte voneinander trennen, beispielsweise Öltröpfchen im Wasser oder Wassertröpfchen im Öl.
Die Trennung aufgrund der Schwerkraft (1 G) ist langsam und für viele industrielle Anwendungen nicht effizient. Tellerseparatoren beschleunigen das Trennen maßgeblich. Diese trennen das Gemisch aus Feststoffphase und Flüssigphase mithilfe der Zentrifugalkraft. Aus der geometrischen Oberfläche (Klärfläche) und der Zentrifugalbeschleunigung resultiert die „äquivalente Klärfläche“, die das Maß für die Leistungsfähigkeit eines Separators darstellt.
Durch die hohen G-Kräfte erreicht der Separator eine hohe Trennleistung. Im Vergleich zu einem Dekanter arbeitet der Separator mit höheren Drehzahlen und trennt deutlich feinere Feststoffe (Partikel bis etwa 5 µm) aus einer Flüssigkeit ab.
Aufbau eines Tellerseparators
Das zu separierende Gemisch gelangt über ein stationäres Einlaufrohr (1) (Zulauf) in den Verteiler der rotierenden Trommel (2) (Behälter, in dem sich das Gemisch befindet). Dort beschleunigt es auf die Umfangsgeschwindigkeit der Separator-Trommel. Wichtig ist, dass beim Verteilen des Gemischs keine unnötigen Scherkräfte auftreten, die die feinen Partikel zerschlagen beziehungsweise Emulsionen erzeugen. Am Außenrand des Verteilerfußes sind Schlitze beziehungsweise Bohrungen angebracht, durch die das zu separierende Produkt in das Tellerpaket eintritt. Die Trennung erfolgt innerhalb des Tellerpakets des Separators (3). Der Feststoff drängt nach außen und sammelt sich im sogenannten Feststoffraum (4). Die separierten Flüssigphasen strömen durch das Tellerpaket in den oberen Teil der Trommel und fließen dort über eine Schälscheibe (Greifer) oder ein fest stehendes Wehr ab (5). Die eingesetzte Konfiguration hängt vom Anwendungsgebiet ab.
Der gesammelte Feststoff läuft über einen separaten Ablauf (Feststoffaustrag) ab. Hierbei gibt es Tellerseparatoren mit selbstentleerender Trommel (kontinuierliche Separatoren) und manuelle Separatoren. Bei Separatoren mit selbstentleerender Trommel verfügt die Trommel über einen Öffnungsmechanismus, durch den die abgetrennten Feststoffe in regelmäßigen Intervallen ausgetragen werden (6). Die Trommel besteht in diesem Fall aus dem Trommelunterteil, in dem sich der hydraulische Entleerungsmechanismus befindet, sowie dem Trommeldeckel.
Mithilfe des hydraulischen Entleerungsmechanismus öffnet sich der Separator am äußersten Bereich des Zentrifugengehäuses, wo sich die Feststoffe sammeln. Nach dem Abfließen der Feststoffphase schließt sich der Separator wieder. Dies geschieht in wenigen Zehntelsekunden.
Angetrieben wird der Separator typischerweise über einen Keilrippen- oder einen Flachriemenantrieb. Dies hängt von der Baugröße des Separators ab. Die Regelung des Antriebsmotors erfolgt mittels Frequenzumrichter.
Anwendungsgebiete der Separator-Technologie
Separatoren sind für Trennaufgaben prädestiniert, bei denen eine hohe Trennschärfe gefordert ist oder bei denen es auf die Abtrennung von feinsten Teilchen ankommt. Sie kommen auch beim Trennen von Fest-Flüssig-Gemischen mit einem geringen Dichteunterschied zum Einsatz. Die Anwendungsmöglichkeiten für Tellerseparatoren sind vielfältig und finden sich in den unterschiedlichsten Industriezweigen, darunter:
- im Lebensmittel- und Getränkebereich
- in der fett- und ölverarbeitenden Industrie
- in der Chemie-, Pharmazie- und Biotechnologie
- in der Mineralölwirtschaft und Energieerzeugung
- im Umweltschutz
Separatoren kommen hauptsächlich für drei unterschiedliche Trennverfahren zum Einsatz:
- Als Klarifikator/ Klärseparator zum Klären von Flüssigkeiten. Klären ist das Abscheiden von fein verteilten Feststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit. Der Separator kommt bei Gemischen mit einem geringen Feststoffgehalt zum Einsatz. Enthält das zu klärende Gemisch eine hohe Feststoffmenge, ist der Dekanter die richtige Wahl. Das Klären von Trübstoffen aus Fruchtsaft ist ein typisches Anwendungsbeispiel für einen Separator.
- Als Purifikator/ Trennseparator zum Trennen von Flüssigkeiten. Trennen ist die Separation einer Flüssigkeit mit geringerer Dichte von einer Flüssigkeit mit höherer Dichte. Ein Beispiel für den Einsatz eines Separators ist die Separation von Wassertröpfchen aus Mineralöl. Gleichzeitig lassen sich Feststoffe abtrennen.
- Zum Konzentrieren von Flüssigkeiten. Konzentrieren ist das Abtrennen (Aufkonzentrieren) einer leichten Flüssigkeit aus einer schweren Flüssigkeit. Ein Beispiel ist das Gewinnen von Essenzöl aus Wasser mit Hilfe des Separators. Das gleichzeitige Abtrennen von Feststoffen ist möglich.
Quelle
Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik, H.G. Kessler