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Mit doppelter Kraft

Verdrängerpumpen zur Beschickung von Filterpressen
Mit doppelter Kraft

Die Hochdruckmembranpumpen der Serie AH wurden speziell für die Filterpressenbeschickung mit Chemieabfällen und Sonderschlämmen entwickelt. Zusätzlich zu den Membranen wird ein Kolben mit Druckluft beaufschlagt, wodurch sich der Druck an der Fördermembran verdoppelt. Mit diesen Aggregaten steht nun auch kleinen Betrieben eine wirtschaftliche Methode zur guten Schlammentwässerung zur Verfügung.

Dipl.-Ing. Bodo M. Schröter

Enthalten Abwässer Elemente, die nicht in die Umwelt entlassen werden dürfen, werden diese in chemischen oder physikalischen Prozessen, z. B. durch Flockung, so verändert, dass eine Trennung vom Wasser möglich wird. Die Feststoffe und flockenähnlichen Gebilde bilden einen Schlamm, der sich durch die Schwerkraft sammeln und verdichten lässt. Diese Schlämme werden häufig mit Kalkmilch neutralisiert und alkalisch eingestellt. Kalkmilch ist sehr abrasiv und stellt besondere Anforderungen an die Fördermethoden. Anschließend gelangen die Schlämme zur Entwässerung in Zentrifugen, Verdampfer oder Kammerfilterpressen. In einer Kammerfilterpresse werden verschiedene Kunststoffrahmen, die von Filtertüchern bedeckt sind, mit großem Druck zusammengepresst. Durch ein Rohrsystem wird der Schlamm mit Druck in die Kammern gefördert. Der Filterkuchen sammelt sich in den Kammern, das Filtrat fließt durch die Filtertücher hindurch in Kanäle ab. Sind alle Kammern komplett gefüllt, wird die Förderung beendet. Die Presse kann geöffnet und der stichfeste Filterkuchen entfernt werden. Der Druck beim Füllen der Presse sollte gleichmäßig sein, um die erzeugten Flocken bei der Förderung nicht zu zerstören. Es muss auch genügend Freiraum im Förderbereich vorhanden sein, um die Flocken zu schonen.
Hohe Abpressdrücke erzeugen
Zum Abpressen der Schlämme sind meist Drücke zwischen 8 und 15 bar nötig. Dieser Druck lässt sich auf unterschiedlichste Weise erzeugen. Beispielsweise kommen große Kolbenmembranpumpen zum Einsatz, die elektrisch betrieben werden. Bei kleinen Anlagen ist das mit einem hohen Grundaufwand verbunden. So ist immer ein Druckwindkessel zur Egalisierung der Fördermenge und ein Maximaldruckwächter bzw. Bypass nötig. Fördern mit der Exzenterschneckenpumpe ist eine weitere Methode. Es werden entweder selbstregelnde Pumpen mit Frequenzwandler oder zyklisch arbeitende Systeme verwendet. Bei zyklischen Systemen wird ein Druckwindkessel von der Pumpe geladen. Dieses ventillose Verfahren hat dort seine Stärken, wo sehr große Schlammmengen anfallen und auch lange Fasern den Einsatz von Ventilen verbieten. In kleinen und mittleren Anlagen gibt es durch die hohe Empfindlichkeit gegen Abrasion und Trockenlauf Grenzen. Darüber hinaus ist der Platzbedarf erheblich. Ferner lassen sich Schlauchkolbenpumpen und Kolbenpumpen einsetzen. Insbesondere Kolbenpumpen sind aber bei großer Pulsation durch ständige, aufwändige Schmierung sehr wartungsintensiv.
Druckerhöhung in der Pumpe
Wird zur Beschickung einer Kammerfilterpresse eine Druckluftmembranpumpe eingesetzt, reicht der Druck der verwendeten Druckluft meist nicht zur Füllung der Presse aus. Für eine Druckerhöhung gibt es einige, sehr unterschiedliche technische Lösungen. Eine Variante setzt eine Standarddruckluftmembranpumpe ein und verwendet eine Membrane zur zusätzlichen Druckerzeugung. Diese Membrane ist nicht von Schlamm, sondern nur von Luft und Druckluft umgeben. Die Kraft dieser Membrane wird beim Drücken über die innere Membranverbindung auf die Fördermembrane übertragen, die dann mit doppeltem Druck arbeitet. Diese Methode ist fast nicht mehr anzutreffen, da bei hoher Pulsation, geringer Fördermenge und hohem Luftbedarf ein hoher Serviceaufwand nötig ist. Die luftseitige Membrane ist sehr empfindlich und bricht schnell.
Um den Druck zu erhöhen, wird bei Standarddruckluftmenbranpumpen auch mit Druckluftverstärkern gearbeitet. Die Pumpe wird also mit einem höheren Luftdruck angetrieben. Dieses Verfahren hat seine Grenze dadurch, dass es eigentlich immer mit einer Standardpumpe arbeitet. Diese Pumpe wird zwar nach außen mit Verstärkungen versehen, das Innere hält jedoch der hohen Beanspruchung in diesem Bereich nur begrenzt stand. Da die Druckerhöhung aus den Booster genannten Druckluftverstärkern stark pulsierend erfolgt, ist zudem ein Einfluss auf das zu fördernde Produkt nicht auszuschließen. Es werden auch Probleme bei der Druckhaltung, sprich beim Nachpressen, beschrieben. Hier scheinen die auf Druck und nicht auf Leistung optimierten Booster leicht an Grenzen zu kommen.
Mehr Kraft durch Extrakolben
Bei den Druckluftmembranpumpen zur Filterpressenbeschickung von Almatec wird zusätzlich zu den Membranen ein Kolben mit Druckluft beaufschlagt. Das Aggregat fördert mit beiden Membranen, kontinuierlich verstärkt durch den Extrakolben. Dadurch hat es eine geringe Pulsation. Die Kraft des Kolbens wird mechanisch auf die fördernde Membrane übertragen und der Druck an der Fördermembran verdoppelt sich in etwa. Die Baureihe AH erzielt bei einem Antriebsdruck von max. 7 bar durch die innere Druckübersetzung einen Förderdruck von 16 bar. Als echte, doppeltwirkende Druckluftmembranpumpen erreichen die drei Baugrößen eine maximale Fördermenge von 4 m³/h (AH 15), 10 m³/h (AH 25) und 20 m³/h (AH 40).
Die gesamte Pumpe ist auf die hohen Beanspruchungen durch die Schlämme ausgelegt. So ist der verwendete Werkstoff des Pumpengehäuses z.B. zäher Edelstahl oder ein Niederdruckpolyethylen (PE-UHMW). Dieser Kunststoff weist eine siebenfach höhere Abrasionsfestigkeit auf als PP. Außerdem ist PE auch verschleißfester als Grauguss, Aluminium und sogar Stahl. Die Membranen sind speziell für die hohe Beanspruchung konstruiert. Extrem dicke Elastomerschichten werden durch den einvulkanisierten Membrankern unterstützt. Zur Übertragung der Saugkräfte ist der Membrankern außerdem noch mit einem Spezialtextil hinterlegt, das in allen Richtungen kaum streckbar ist. Durch kons-truktive Maßnahmen wird die verwendete Druckluft sehr gut ausgenutzt. Die Pumpen arbeiten mit minimiertem Totraum. Das ist der Raum innerhalb des Antriebsbereiches der Druckluftmembranpumpe, der gefüllt werden muss, ohne der eigentlichen Förderung zu dienen. Zudem haben sie immer Reserve, um mit großen Klarwassermengen fertig zu werden.
Selbstregelndes Aggregat
Das Aggregat arbeitet wartungsfrei, ist trockenlauffest, selbstansaugend, selbstregelnd und sehr klein. Ohne dass vom Bediener oder einer Elektronik eingegriffen oder gesteuert werden muss, regelt sich die Fördermenge selbsttätig am Gegendruck der Kammerfilterpresse. Die Fördermenge sinkt kontinuierlich mit der sich füllenden Presse, d. h. steigendem Gegendruck. Dieser besondere Effekt kann auch zur Erkennung der vollen Kammerfilterpresse benutzt werden. Ist die Presse voll, bleibt die Pumpe quasi stehen oder führt nur noch gelegentlich einen Hub durch. Da die drückende Membrane druckausgeglichen ist, erleidet die Pumpe in diesem Zustand keinen Schaden. Ein Sensor, der auf die Membranbewegungen reagiert, gibt entsprechend nur noch sehr selten ein Signal ab. Mit einer SPS kann man dieses Signal überwachen. Fällt ein Signal in ein Zeitfenster, so verlängert es dieses Zeitfenster um einen bestimmten Betrag (nachtriggern). Kommen die Signale so selten, dass sie nicht mehr in das Fenster fallen, ist dies ein Zeichen für eine volle Kammerfilterpresse. Die Druckluft an der Pumpe kann abgeschaltet werden und ein Signal für die Bediener zum Entleeren der Presse gesetzt werden. Diese Methode arbeitet rein physikalisch und ist unabhängig von empfindlichen Druckmanometern und verschmutzenden Sensoren im Abwasserstrom.
Halle 8.0, Stand B5
cav 427

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