DE19641129A1 - Verfahren zum Zerlegen von Feststoffpartikeln in einem Fließbett und Vorrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens - Google Patents

Description

Bei der Strahlmahlung in einem Fließbett kommen Fluidstrahlen zur Anwendung, die in das Fließbett, das aus einem Fluid und darin suspendierten Feststoffpartikeln besteht, eindringen, um dort einen Massenaustausch zwischen Feststoffpartikeln zu bewirken, so daß diese in kleinere Feststoffpartikel zer­ legt werden. Das Fluid sowohl in den energiereichen Strahlen als auch im Fließbett kann gasförmig oder flüssig sein, wobei das Fluid in den Strahlen und im Fließbett gleich oder verschieden sein kann. Um den Mahlvorgang effizienter zu machen, können die Strahlen ihrerseits eine Suspension mit darin suspendierten Feststoffpartikeln sein. Der Erhöhung der Effizienz des Mahlvorganges dienen auch Ausbildungen der Fließbettstrahlmühlen, bei denen mehrere Gasstrahlen mit darin suspendierten Feststoffpartikeln so gegeneinander gerichtet sind, daß ein unmittelbarer Energieaustausch zwischen Feststoffpartikeln der Gasstrahlen erfolgt.

Werden bei der Fließbettstrahlmahlung Suspensionen zur Strahl­ bildung herangezogen, so sind bereits Überlegungen angestellt worden, wie die Partikelverteilung in den Gasstrahlen und der Eintritt der Gasstrahlen in das Fließbett dadurch begün­ stigt werden können, daß in die Gasstrahlen Feststoffpartikel in möglichst großer Anzahl und in möglichst gleichmäßiger Verteilung über den Strahlquerschnitt eingebracht werden.

Beispiele für diesen Problemkreis und entsprechende Problem­ lösungen ergeben sich beispielsweise aus EP 0 300 402 B1 (N90 P104) und den prioritätsälteren, aber nicht vorveröffent­ lichten DE 195 13 034.0 (N 90 P 142) und DE 195 13 935.9 (N 90 P 144).

Die vorliegende Erfindung beschreibt nun einen völlig anderen Weg zur Erhöhung der Effizienz der Fließbettstrahlung, indem sie zwar auch zumindest einen vorzugsweise partikelbeladenen Fluidstrahl in ein Fließbett einbringt, diesem energiereichen Strahl jedoch die Funktion verliehen wird, den Energieaustausch zwischen den Feststoffpartikeln im Fließbett durch eine möglichst intensive Verwirbelung des Fließbettes zu begün­ stigen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe, wie sie vorstehend beschrieben ist, ergibt sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Anlage gemäß der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung.

Voraussetzung bei der Erfindung ist, daß das Fluid des Fließ­ bettes 1 in einem Behälter 2 eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser ist, in der bzw. dem die zu mahlenden Feststoffpartikel suspendiert sind.

Diesem Fließbett 1 wird über eine Leitung 3 eine festgelegte Teilmenge entnommen und in einem Wärmetauscher 4 auf eine Temperatur im Bereich von etwa 10-40°C gebracht, wobei es sich insbesondere um eine Kühlung aus einem Ausgangs­ temperaturbereich des Fließbettes um 60°C handelt. Mit dieser so temperierten Suspensionsteilmenge wird ein Behälter 5 befüllt.

In einem zweiten Behälter 6 wird eine mit einem Gas, vorzugs­ weise CO₂ versetzte Flüssigkeit, vorzugsweise ebenfalls Wasser, unter einem Druck bereitgestellt, der sich aus dem Kriterium Sättigungsgrenze ergibt, bei Verwendung von CO₂ und Wasser ist dies ein Druck im Bereich von 50-150 bar. Diese gesättigte Flüssigkeit bzw. Lösung wird in einem dritten Behälter 7 mit der temperierten Suspensionen aus dem Be­ hälter 5 zusammengebracht, so daß darin ein Gemisch aus Fest­ stoffpartikeln aus dem Fließbett, Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser aus dem Fließbett und aus dem Behälter 6 und CO₂ aus dem Behälter 6 zubereitet wird, bei einem Druck im Bereich von etwa 50-150 bar und einer Temperatur von vorzugsweise 10-40°C. Dem guten Vermischen der Komponenten dieses Gemisches aus den Bestandteilen CO₂, Wasser und Feststoffpartikeln dient ein dem Behälter 7 zugeordnetes Rührwerk 8, das kon­ ventionell sein kann und deswegen nicht näher beschrieben werden muß. Das derart in dem Behälter 7 zubereitete Gemisch gelangt nun über eine Einlaßeinrichtung 9, die vorzugsweise eine Entspannungsdüse ist, in das mit einer Heizung 10 auf etwa 60°C gehaltene Fließbett 1. Die Einbringung in das Fließbett unmittelbar nach der Entspannungsdüse erfolgt unter schlagartiger Entspanung und die gleichzeitige Tempera­ turerhöhung bringt das Gas, das als Bestandteil der gesättig­ ten Lösung aus dem Behälter 6 in das Fließbett gelangt, geradezu explosionsartig in das Fließbett ein, es verwirbelt das Fließbett und beschleunigt darin suspendierte Feststoff­ partikel eher ungeordnet, wobei ein Energieaustausch zwischen diesen Partikeln und den Partikeln, die mit dem in das Fließ­ bett eingebrachten Strahl in das Fließbett eingebracht werden, erfolgt und die Partikel in Partikel kleinerer Masse zerlegt werden, was der Zweck dieses Mahlverfahrens ist.

Grundlage der vorliegenden Erfindung ist das Henrysche Gesetz, nach dem bei konstanter Temperatur die Löslichkeit eines Gases proportional zu dessen Druck in der Gasphase ansteigt. Bei der chemischen Absorption findet zwischen Gas und Lösungs­ mittel eine chemische Reaktion statt, die meist reversibel ist. Durch Druckerhöhung bei konstanter Temperatur im Behäl­ ter 6 wird eine große Menge Gas vom Lösungsmittel, also bevorzugt von CO₂ von Wasser, absorbiert, dieser Zustand bleibt im Behälter 7 erhalten und die Reversion findet beim Eintritt des Gemisches aus Gas, Lösungsmittel und Feststoff­ partikeln, also bevorzugt CO₂, Wasser und Feststoffpartikeln in das Fließbett statt und führt dort zu intensiver Verwirbe­ lung und intensivem Energieaustausch zwischen Feststoffpar­ tikeln des Fließbettes 1 und damit deren Zerlegung.

Bei einem Anlagenbeispiel fanden 10 kg Suspension aus einem Fließbett, 5 kg H₂O als Lösungsmittel, einer Suspensions­ temperatur von + 40°C sowie 59,5 l CO₂ bei einem Druck von 100 bar Anwendung und es wurden 20 Zyklen pro Stunde durch­ geführt, wobei sich dann ein Gasdurchsatz von 10 m³/h ergab, was Grundlage für eine erzielte spezifische Zerkleinerungs­ energie im Fließbett bei am Prozeß beteiligten 25 kg Fest­ stoff von Espez = 200 KWh/t ergab, was als zufriedenstellend befunden wurde.

Damit ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens in optimaler Ausfüh­ rungsform beschrieben. Insbesondere im Interesse einer Ver­ einfachung kann sehr wohl auf einzelne Komponenten der Vor­ richtung in ihrer optimalen Ausführung verzichtet werden. So kann beispielsweise auf eine Zumischung von Feststoffpar­ tikeln verzichtet werden, die Bestandteile einer dem Fließ­ bett 1 entnommenen Suspensionsteilmenge sind. In diesem Fall sind die Behälter 5 und 7 sowie deren Zu- und Ab­ leitungen entbehrlich, und Feststoffpartikel können unmittel­ bar der im Behälter 6 gebildeten Lösung zugegeben werden. In weiterer Vereinfachung bei Hinnahme eines entsprechend geringen Ergebnisses, kann auf die Zugabe von Feststoff­ partikeln überhaupt verzichtet werden und die Erfindung manifestiert sich allein in der Einbringung einer gesättig­ ten Lösung in das Fließbett, d. h. die Vorrichtung weist allein den Behälter 2 zur Aufnahme des Fließbettes 1 und den Behälter 6 zur Bereitstellung einer gesättigten Lö­ sung auf. Die optimale Lösung ist jedoch die Durchführung des im einzelnen beschriebenen Verfahrens in einem der Be­ hälter 5, 6, 7, vorzugsweise in dem Behälter 7, in der Weise, daß eine angemessene Suspensionsteilmenge dem Fließbett 1 entnommen, gekühlt (auf 10-40°C) und in den Behälter 7 eingebracht wird, daß dann in diesem Behälter die Sättigung der Flüssigkeit, also bevorzugt des Wassers mit CO₂ er­ folgt, das mit einem Druck im Bereich von 50-150 bar in den Behälter 7 eingegeben wird, und daß das so gebildete Wasser (Flüssigkeit)-Feststoffpartikel-Gas (CO₂)-Gemisch durch eine Entspannungsdüse 9 in das Fließbett eingeführt wird, wo eine schlagartige Entspannung mit dem geschilderten Effekt erfolgt. Für diese Ausbildung versinnbildlichen dann die drei Behälter 5, 6, 7 in der Zeichnung Verfahrensschritte in ein- und demselben Behälter, die durch Kurzbegriffe und die von Kreisen umschriebenen Ziffern 1-3 gekennzeichnet sind, und die Erfindung kann als eine in besonderem Maße effiziente Ausbildung eines Verfahrens zur Fließbettstrahlmahlung beschrieben werden, bei dem dem Fließbett eine Suspensionsteilmenge mit in einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, suspendierten Feststoffpartikeln entnommen wird, und diese Teilmenge nach Erhöhung der Energie in der Form eines energieangereicherten Suspensionsstrahles in das Fließbett zurückgeführt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Energieerhöhung im Suspensionsteilmengenstrahl durch die Einbringung eines Gases bis zur Sättigung der Flüssigkeit im Suspensionsteil­ mengenstrahl mit einem Gas bei entsprechendem Druck, vorzugs­ weise 50-150 bar, erfolgt, so daß diese erhöhte Energie beim schlagartigen Entspannen des Suspensionsteilmengen­ strahles mit darin gelöstem Gas beim Verlassen der Entspannungs­ düse schlagartig freigesetzt wird und die Feststoffpartikel im Suspensionsteilmengenstrahl und solche im Fließbett zu erheblichem Energieaustausch veranlaßt, wodurch ein optimaler Mahleffekt erzielt wird.

Im Sinn einer Zusammenfassung kann also diese optimale Aus­ führungsform der Erfindung ohne den Unterschied der Definition als Verfahren oder Vorrichtung wie folgt definiert werden.

Der Erhöhung der Effizienz bei der Fließbettstrahlmahlung mit einem energiereichen Flüssigkeitsstrahl, der in das Fließbett mit in Flüssigkeit suspendierten Feststoffpartikeln eingebracht wird, dient die Ausbildung des Flüssigkeitsstrahles als Lösung, bei der ein Gas, vorzugsweise CO₂, in der Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, bei entsprechendem Druck, vorzugsweise etwa 100 bar, bis zur Sättigung gelöst ist, ehe der Flüssigkeits­ strahl mittels einer Entspannungsdüse unter schlagartiger Entspannung in das Fließbett eingebracht wird. Der Flüssigkeits­ strahl ist insbesondere eine dem Fließbett entnommene Suspensions­ teilmenge, in der das Gas unter hohem Druck bis zur Sättigungs­ grenze in Lösung geht, ehe die Rückführung in das Fließbett erfolgt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Zerlegen von Feststoffpartikeln in einem Fließbett unter Einbringung eines energiereichen Fluid­ strahles in das Fließbett, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrahl eine mit einem Gas gesättigte Lösung aufweist, wobei der Sättigungszustand unter einem Druck erreicht wurde, der deutlich über dem Druck im Fließ­ bett (1) liegt und die Entspannung beim Eintritt in das Fließbett schlagartig erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Fließbett (1) aus in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffpartikeln.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkomponenten von Fließbett (1) und gasge­ sättigter Lösung gleich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fluidkomponenten Wasser sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas CO₂ ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Fließbett (1) einzu­ führende energiereiche Gasstrahl Feststoffpartikel enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel im energiereichen Gasstrahl und im Fließbett (1) gleich sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel im energiereichen Gasstrahl vor der Zuordnung zum Gasstrahl dem Fließbett entnommen worden sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel Teile einer dem Fließbett (1) ent­ nommenen Fluid bzw. Suspensionsteilmenge sind.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens mit Merk­ malen der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Behälter (2) zur Aufnahme des Fließbettes (1) aus in einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, suspendierten Feststoffpartikeln, einem weiteren Behälter (5) zur Aufnahme einer dem ersten Behälter (2) entnommenen Suspensionsteilmenge, einem dritten Behälter (6) zur Bildung der gesättigten Lösung, insbesondere aus Wasser und CO₂ und schließlich mit einem vierten Behälter (7), in dem Suspensionsteilmengen aus dem Fließbett (1) und gesättigte Lösung einander zugemischt werden und der mit einer Einlaßöffnung (9) des ersten Be­ hälters (2) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung des ersten Behälters (2), mit der der dritte Behälter (7) in Verbindung steht, eine Beschleunigungsdüse (9) ist, aus der das Gemisch aus Lösung und Suspension unter schlagartiger Entspannung aus- und in das Fließbett (1) eintritt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher zwischen erstem und zweitem Behälter (2 und 5), um die Suspensionsteilmenge von der höheren Fließbett-Temperatur (beispielsweise 60°C) auf die niedrigere Temperatur (vorzugsweise +10-40°C) zu kühlen, bei der die Suspension der Lösung zugemischt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekenn­ zeichnet durch eine Heizung (10), mit der die Suspension im ersten Behälter (2), die das Fließbett (1) bildet, konstant auf erhöhte Temperatur (beispielsweise 60°C) behalten wird.

14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch einen einzigen Behälter (7) außer dem Behälter (2), der das Fließbett (1) aufnimmt, wobei die dem Fließbett entnommene Suspensionsteilmenge diesem Behälter zugeführt wird, in diesem Behälter die Flüssig­ keits- insbesondere Wasserkomponente der Suspensionsteil­ menge mit einem Gas, vorzugsweise CO₂, unter hohem Druck (50-150 bar) gesättigt wird, dieses Gemisch aus Flüssigkeit, Feststoffpartikeln und Gas in den das Fließbett aufnehmenden Behälter unter schlagartiger Entspannung in einer Entspannungsdüse (9) als energie­ angereicherter Suspensionsteilmengenstrahl zurückgebracht wird.