Modeling Separation Processes in Decanter Centrifuges by Considering the Sediment Build‐Up

Abstract

Mathematical modeling of the separation process in counter‐current decanter centrifuges was performed, taking into account the influence of the sediment build‐up and the flow pattern. Thus far, separation processes in centrifuges have been calculated by means of simplified empirical models based on the so‐called sigma theory. To reduce experimental efforts, a new model was developed that describes the separation process by considering material functions for sedimentation and the gel point. In addition, an arising sediment build‐up and changes in the flow conditions were taken into account. The conducted numerical simulations were validated by experiments. Simplified models such as the sigma theory usually depend on experimental data of industrial machines. The approach presented here shows an enhanced accuracy while not depending on such information. The proposed simulation procedure is adaptable to other types of decanter centrifuges such as co‐current machines.

Impact of preflocculation on scroll decanter centrifuge separation performance

“…Whether a particle of a specific size is separated or leaves the centrifuge with the fluid depends on the ratio of the residence time of flocs to the sedimentation time of flocs . To obtain information on the minimum floc diameter that will settle out in the centrifuge, the Stokesian sedimentation velocity is compared with the law of mass conservation.…”

Modellierung und Simulation von Vollmantelzentrifugen als ein Aspekt der voranschreitenden Digitalisierung in der Fest/Flüssig‐Trennung

“…Im Gegensatz zum Stand der Technik wird außerdem der Sedimentaufbau und der Sedimenttransport bei der Berechnung von Dekantierzentrifugen berücksichtigt . Das Lösen der Massenbilanz der Feststoffphase ergibt die Massenverteilung des Sediments entlang des Schneckenkanals.…”

“…Dies beinhaltet auch die Einbindung von Energie‐ und Rohstoffeffizienz, Kosten, Lebenszyklus sowie die dazugehörigen Optimierungstools . Die Kopplung von Simulationsverfahren (Fluid‐, Struktur‐, Partikel‐, Molekularsimulation etc.) auf mehreren Ebenen erscheint ein möglicher Weg zur ganzheitlichen Betrachtung partikulärer Prozesse ; allerdings immer im Hinblick auf eine Echtzeit‐Simulation mit Short‐cut‐Modellen mit dem nur unbedingt notwendigen Detailierungsgrad. Prädiktive Prozesssimulationen sind derzeit nicht möglich, würden jedoch eine vorausschauende Steuerung und Regelung erlauben. Aufgrund der komplexen Materialparameter ist ein klassischer Scale‐up anhand der üblichen auf Kennzahlen basierenden Methoden nicht mehr zielführend . Prozess‐Simulationen auf der Makroskala, in denen auch das komplexe Materialverhalten abgebildet ist, sind dafür jedoch ein nicht mehr zu vernachlässigendes Werkzeug . Big Data ist ein weiteres in der Industrie 4.0 häufig benutztes Schlagwort.…”

“…Aufgrund der komplexen Materialparameter ist ein klassischer Scale‐up anhand der üblichen auf Kennzahlen basierenden Methoden nicht mehr zielführend . Prozess‐Simulationen auf der Makroskala, in denen auch das komplexe Materialverhalten abgebildet ist, sind dafür jedoch ein nicht mehr zu vernachlässigendes Werkzeug .…”

An Efficient Numerical Approach for Transient Simulation of Multiphase Flow Behavior in Centrifuges

“…Self-developed and standard approaches for the simulation of turbulent multiphase flows are known in literature [6]. While some researchers investigated the separation process in centrifuges with CFD [7][8][9][10], others took the influence of the sediment buildup into account [9,11,12]. Breitling et al [7] observed that fully in time and spatially resolved simulations of the flow conditions are needed for the prediction of the separation process in semi-or continuous centrifuges.…”