DE2008646C3 - Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einer Suspension - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einem oder mehreren festen Stoffen, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, deren spezifisches Gewicht niedriger als dasjenige der Agglomerate ist, bestehend aus einem langgestreckten zylindrischen Behälter, der am einen Ende einen Einlaß zum Zuführen einer Suspension und gegebenenfalls einen oder mehrere Einlasse zum Zuführen eines oder mehrerer Hilfsstoffe sowie am anderen Ende einen Auslaß zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomeraten und der eine Rührvorrichtung aufweist, auf deren zum Behälter koaxialen Rührwelle in Längsrichtung mehrere Rührelemente befestigt sind.

Im folgenden bezeichnet der Ausdruck »feste Stoffe« auch plastische und/oder verformbare Stoffe, die sich bei der in der Agglomeriervorrichtung herrschenden Temperatur nicht im flüssigen Zustand befinden.

In der technischen Praxis wird das Agglomerieren von in einer Flüssigkeit suspendierten festen Stoffen häufig angewendet, da diese Stoffe dann in einer Form erhalten werden können, die es ermöglicht, sie leicht von der Flüssigkeit zu trennen. Dieses Verfahren kann zu verschiedenen Zwecken angewendet werden, z. B. um die Flüssigkeit oder die suspendierten Stoffe in einer möglichst reinen Form zu gewinnen. Ferner ist es möglich, verschiedene in einer Suspension enthaltene feste Stoffe voneinander zu trennen. Häufig wird der Agglomerationsvorgang in der Gegenwart eines oder mehrerer Granulierhilfsstoffe durchgeführt, z. B. in Gegenwart eines Bindemittels, das das Entstehen der Agglomerate fördert, oder Stoffe, die die Affinität der Teilchen des festen Stoffs bzw. der festen Stoffe in Beziehung zu der Suspensionsflüssigkeit oder einem ebenfalls beigefügten Bindemittel beeinflussen.

Beim Agglomerieren ist es wichtig, daß die in der Agglomeriervorrichtung enthaltene Flüssigkeit eine große Menge von bereits gebildeten Agglomeraten enthält. Hierdurch wird die Agglomeration von neu zugeführten festen Stoffen gefördert. Es hat sich gezeigt, daß eine bestimmte Konzentration von Agglomeraten, die schwerer sind als die Suspensionsflüssigkeit in der Vorrichtung nur aufrechterhalten werden kann, wenn besondere Maßnahmen getroffen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Agglomeriervorrichtung zu schaffen, die es auf einfache Weise ermöglicht, den Ablauf des Agglomeriervorgangs zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der eingangs genannten Vorrichtung vorgesehen, daß in der Nähe mindestens eines der Rührelemente, jedoch höchstens in die Nähe der halben Anzahl der Rührelemente und auf deren in der Strömungsrichtung weisenden Seite ein ringförmiges Umlenkorgan vorgesehen ist, das sich im rechten Winkel zur Längsachse des Behälters erstreckt und dessen Innenwand angepaßt ist. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das bzw. jedes Umlenkorgan kann in Form einer flachen Platte ausgebildet sein und soll sich der Behälterwand der Vorrichtung so eng wie möglich anpassen, so daß keine Flüssigkeit in der Abgaberichtung zwischen der Wand und dem Umlenkorgan hindurchströmen kann.

Als sehr zweckmäßig haben sich Turbinenrührcr

erwiesen, bei denen die Rührwirkung durch Flügel erzeugt wird, die eine kreisrunde Anordnung bilden und sich jeweils parallel zu der Welle der Rührvorrichtung erstreckea Solche Rührelemente übertragen kinetische Energie mit einer großen radialen Komponente auf das aus der Flüssigkeit, dem Feststoff und den Agglomeraten oder Klumpen bestehende Gemisch. Wenn man die Umlenkorgane so einbaut, daß sie in Strömungsrichtung kurz hinter dem zugehörigen Rührelement angeordnet sind, besteht Gewähr dafür, daß dem Gemisch auf der der Strömung zugewandten Seite des Umlenkorgans eine erheblich größere kinetische Energie zugeführt wird als auf der in die Strömungsrichtung weisenden Seite. Hierbei werden einerseits die Agglomerate vor dem Umlenkorgan zu der Wand geleitet und nahe der Wand in Richtung auf das Eintrittsende des Behälters umgelenkt, so daß sie in dem vor dem Umlenkorgan liegenden Abschnitt der Vorrichtung verbleiben. Andererseits ist auf diese Weise auf die Flüssigkeit eine Pumpwirkung in Richtung auf das Emirittsende ausgeübt und wegen dieser Pumpwirkung kann das Gemisch zu dem vor dem Umlenkorgan liegenden Abschnitt durch die zentrale Öffnung des Umlenkorgans hindurch zurückströmen, wobei einer axialen Durchmischung von Flüssigkeit zwischen durch ein Umlenkorgan getrennten Abschnitten der Vorrichtung entgegengewirkt wird und wobei die Streuung der Verweilzeit der Flüssigkeit verringert wird. Agglomerate, die schwerer sind als die Flüssigkeit, sammeln sich in erster Linie an der Behälterwand der Vorrichtung. Dadurch, daß einer axialen Strömung längs der Wand entgegengewirkt wird, wird somit verhindert, dab Agglomerate in Richtung auf das Austrittsende der Vorrichtung entlang der Wand transportiert werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, größere Agglomerate oder Zusammenballungen zu erzeugen, die eine höhere mechanische Festigkeit haben; wenn ein Bindemittel benötigt wird, um die Agglomeration einzuleiten, kommt man daher gemäß der Erfindung mit einer kleineren Menge des Bindemittels aus. Wegen der sich einstellenden höheren Konzentration der Agglomerate erfolgte eine vollständigere Agglomerierung, und man kann eine reinere flüssige Phase erhalten; teilweise deshalb, weil die axiale Durchmischung eingeschränkt wird, kann man in vielen Fällen in der Vorrichtung eine erheblich größere Menge der Suspension behandeln, so daß sich die Durchsatzleistung der Vorrichtung erhöht.

Wenn der Durchmesser der Welle z. B. gleich dem 0,25- bis 0,50fachen des Durchmessers des Behälters ist, kann die Welle erheblich dazu beitragen, daß kinetische Energie auf das Gemisch übertragen wird.

Das Ausmaß, bis zu welchem die Konzentration der Agglomerate in dem Raum auf der der Strömung zugewandten Seite eines Umlenkorgans erhöht wird, hängt hauptsächlich von der Breite des Umlenkorgans und der kinetischen Energie, die dem Gemisch durch das dem Umlenkorgan zugeordnete Rührelement zugeführt wird, ab.

In vielen Fällen läßt sich eine genügend hohe Konzentration der Agglomerate erzielen, wenn die in radialer Richtung gemessene Breite der Umlenkorgane höchstens 25% des Durchmessers der Vorrichtung beträgt. In diesem Fall verbleibt in der Mitte der Vorrichtung ein ausreichender Raum, der es den ηί Agglomerated und der Flüssigkeit ermöglicht, zum Abgabeende der Vorrichtung zu strömen. Wenn mehrere Umlenkorgane vorgesehen sind, kann man

z. B. durch ein allmähliches Verkleinern der Breite der Umlenkorgane in der Strömungsrichtung erreichen, daß sich eine allmähliche Verringerung der Konzentration ergibt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen einem Rührelement und dem ihm zugeordneten Umlenkorgan höchstens gleich der doppelten Breite des betreffenden Umlenkorgans ist. Durch eine solche Anordnung wird das Umlenken der Agglomerate in Richtung auf das Eintrittsende der Vorrichtung gefördert Dieser Umlenkvorgang wird außerdem günstig beeinflußt, wenn die Kanten oder Ecken zwischen den Umlenkorganen und der Wand des Behälters auf der der Strömung zugewandten Seite und/oder der in die Strömungsrichtung weisenden Seite abgerundet sind.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rührelemente, in deren Nähe ein Umlenkorgan angeordnet ist nahe der Welle mit Öffnungen versehen sind. Hierdurch wird das Hindurchströmen von Flüssigkeit durch die Vorrichtung gefördert, und außerdem können bei dieser Anordnung Gase, die sich nahe der Mittelachse der Vorrichtung ansammeln, leichter abgeführt werden.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn in der Nähe von zweien der in der Vorrichtung vorgesehenen Rührelementen je ein Umlenkorgan angeordnet ist so daß die beiden Umlenkorgane den Innenraum des zylindrischen Behälters in drei Zonen unterteilen, wobei in jeder der beiden dem Eintrittsende benachbarten Zonen mindestens drei Rührelemente und in der dem Austrittsende benachbarten Zone mindestens ein Rührelement angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform kann in der gesamten Vorrichtung eine genügend hohe Konzentration der Agglomerate erzielt werden, und in der Nähe des Eintrittsendes ist es möglich, den zugeführten Strom z. B. mit einem Hilfsstoff gründlich zu mischen.

Der Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Behälters kann sich jeweils in der Strömungsrichtung hinter jedem Umlenkorgan von einem verhältnismäßig großen Wert auf der Eintrittsseite auf einen verhältnismäßig kleinen Wert auf der Austrittsseite auf eine solche Weise verkleinern, daß der Durchmesser eines Behälterabschnitts, der in der Strömungsrichtung hinter einem Umlenkorgan liegt, vorzugsweise größer bleibt als der Durchmesser der Öffnung des betreffenden Umlenkorgans. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Konzentration der Agglomerate, die sich bereits gebildet haben, in der Strömungsrichtung abnimmt.

Die Erfindung ist an Ausführungsbeispielen an Hand einer Zeichnung näher erläutert, die zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Agglomeriervorrichtung,

F i g. 2 und 3 jeweils eine Queransicht längs der Linie A-A' in Fig. 1 auf zwei verschieden ausgeführte Rührelemente,

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsfcrm der erfindungsgemäßen Agglomeriervorrichtung,

F i g. 5 und 6 einen Längsschnitt und eine Queransicht längs der Linie B-B' in Fig. 5 einer weiteren Aiisführungsform einer Agglomeriervorrichtung gemäß der Erfindung.

Die in F i g. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung hat einen Behälter 1, eine darin gelagerte Welle 2, eine Rohrleitung 3 zum Zuführen einer /u agglomerierenden Suspension, eine Rohrleitung 4 zum Zuführen eines

Hilfsstoffs sowie eine Rohrleitung 5 zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomeraten. Mit Hilfe eines Siebes 6 können die Agglomerate von der Flüssigkeit getrennt werden. Die Flüssigkeit wird über einen Trichter 7 abgegeben, während die Agglomerate über einen weiteren Trichter 8 abgeführt werden. Die Welle 2 trägt mehrere Rührelemente 9, in Strömungsrichtiing hinter zwei Rührelementen 9 ist in der Nähe jedes dieser beiden Rührelemente ein Umlenkorgan 10 bzw. It angeordnet. Eine Ausführungsform eines Rührelements 9 ist in Fig.2 dargestellt. Dieses Rührelement umfaßt eine Scheibe 12, an der sechs flache Flügel 13 befestigt sind. Das Umlenkorgan 11 hat eine öffnung, deren Durchmesser annähernd gleich dem Außendurchmesser des ihm am nächsten benachbarten Rührelements ist.

Bei dieser Vorrichtung hat das von dem Eintrittsende weiter entfernte Umlenkorgan 11 eine kleinere Breite als das dem Eintrittsende näher benachbarte Umlenkorgan 10.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform eines Rührelements ist in F i g. 3 dargestellt. In diesem Fall trägt die Welle 2 sechs gekrümmte Rührflügel 14, und der Durchmesser der zentralen öffnung des Umlenkorgans 15 ist kleiner als der Außendurchmesser des Rührelementes.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Durchmesser der Welle 16 etwa 40% des Durchmessers der Vorrichtung entspricht.

Die Suspension wird der Vorrichtung über eine Rohrleitung 17 und durch in der Welle ausgebildete öffnungen 18 zugeführt. Ferner ist eine Rohrleitung 4 zum Zuführen eines Hilfsstoffs vorgesehen. Die Welle 16 trägt Rührelemente 19. Ein weiteres Rührelement 21 ist in der Strömungsrichtung vor einem Umlenkorgan 20 angeordnet. Die Ecken zwischen dem Umlenkorgan 20 und der Wand des Behälters 1 sind auf beiden Seiten des Umlenkorgans abgerundet.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform hat der in der Strömungsrichtung vor einem Umlenkorgan 22 liegende Abschnitt, der von einer Wand 23 umschlossen ist, einen größeren Durchmesser als der in der Strömungsrichtung hinter dem Umlenkorgan 22 liegende, von einer Wand 24 umschlossene Abschnitt. Die eine Ecke zwischen dem Umlenkorgan 22 und der Wand 23 ist abgerundet. In der Strömungsrichtung vor dem Austrittsende ist ein zweites Umlenkorgan 25 vorgesehen. Am Austrittsende, wo die Vorrichtung von einer Wand 26 umschlossen ist, ist der Durchmesser der Vorrichtung gleich dem Durchmesser der öffnung des Umlenkorgans 25. Über öffnungen 27 in der Wand einer einen Teil der Welle bildenden Kammer 28 und das aus dem Behälter nach außen geführte Ende 29 der Welle kann eine Flüssigkeit und/oder ein Gas abgeführt werden. Die Austrittsleitung 5 dient zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomeraten. Die Abmessungen der Rührelemente verkleinern sich in Richtung auf das Austrittsende der Vorrichtung. Gemäß F i g. 5 haben die Rührelemente 34 größere Flügel als das Rührelement 30, und die Rührelemente 35 haben kleinere Flügel als das Rührelement 30.

Das Rührelement 30 umfaßt gemäß Fig.6 eine Scheibe 31, die Flügel 32 trägt und mit öffnungen 33 versehen ist. Die übrigen Rührelemente können von ähnlicher Konstruktion sein oder den an Hand von Fig. 2 und 3beschriebenen ähneln.

Beispiel

Mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 wurden Versuche durchgeführt; diese Vorrichtung hatte eine Länge von 900 mm und einen Durchmesser von 150 mm. In der Vorrichtung waren zwei Umlenkorgane in einem Abstand von 300 mm bzw. 750 mm vom Eintrittsende angeordnet. Die Umlenkorgane hatten eine Breite von 27 mm. In der Strömungsrichtung vor dem ersten Umlenkorgan waren sechs Rührelemente vorgesehen, und zwar vier Elemente zwischen den Umlenkorganen und zwei Elemente auf der dem Austrittsende benachbarten Seite. Wenn man als Ausgangsmaterial eine Suspension von Kohlepulver mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 mm im Querschnitt unter Verwendung von schwerem Heizöl als Bindemittel ausging, erhielt man bei einer Temperatur von 50⁰C harte pelletförmige Agglomerate mi ι einem Durchmesser von 2 bis 5 mm. Die benötigte Menge des Bindemittels betrug 15 Gewichtsprozent der Agglomerate. Die Verweilzeit der Agglomerate in der Vorrichtung betrug 20 min und diejenige der Flüssigkeit 6 bis 7 min. Das Gemisch enthielt Agglomerate in einer Menge von etwa 40 Gewichtsprozent.

Um einen Vergleich zu ermöglichen, wurde ein entsprechender Versuch durchgeführt, bei dem die gleiche Vorrichtung, jedoch ohne die Umlenkorgane, benutzt wurde. Bei diesem Versuch wurden weiche Agglomerate mit einem Durchmesser von nur 0,5 bis 2 mm erhalten, die benötigte Bindemittelmenge betrug 25%, und sowohl die Agglomerate als auch die Flüssigkeit verblieben 20 min lang in der Vorrichtung. In

so diesem Fall enthielt das Gemisch nur etwa 10 Gewichtsprozent an Agglomeraten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einem oder mehreren festen Stoffen, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, deren spezifisches Gewicht niedriger aJs dasjenige der Agglomerate ist, bestehend aus einem langgestreckten, zylindrischen Behälter, der am einen Ende einen Einlaß zum Zuführen der Suspension und gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Einlasse zum Zuführen eines oder mehrerer Hilfsstoffe sowie am anderen Ende einen Auslaß zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomeraten und eine Rührvorrichtung aufweist, auf deren zum Behälter gleichachsigen Rührwelle in κ Längsrichtung mehrere Rührelemente befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (1) in der Nähe mindestens eines der Rührelemcnte (9; 19,21; 30, 34,35), jedoch höchstens in der Nähe der halben Anzahl der Rührelemente und auf deren w in die Strömungsrichtung weisenden Seite ein ringförmiges Umlenkorgan (10, 11, 15; 20; 22, 25) vorgesehen ist, das sich im rechten Winkel zur Längsachse des Behälters (1) erstreckt und dessen Innenwand angepaßt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung gemessene Breite der Umlenkorgane (10, 11, 15; 20, 22, 25) höchstens 25 % des Durchmessers des Behälters (1) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umlenkorgane (10,11, 15, 20, 22, 25) vorgesehen sind und die Breite der Umlenkorgane in der Strömungsrichtung allmählich abnimmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem Rührelement (9, 19, 21, 34, 32, 35) und dem zugehörigen Umlenkorgan (10,11,20,22) höchstens gleich dem Zweifachen der Breite des betreffenden *o Umlenkorgans ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken zwischen den Umlenkorganen (20, 22) und der Wand (23) des Behälters (1) auf der der Strömung zugewandten Seite und/oder der in die Strömungsrichtung weisenden Seite abgerundet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührelemente (30), in deren Nähe ein Umlenkorgan (22) angeordnet ist, so nahe der Welle mit öffnungen (33) versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe von zwei der in der Vorrichtung vorgesehenen Rührelemente (9) jeweils ein Umlenkorgan (10, 11) angeordnet ist, das den Innenraum des zylindrischen Behälters (1) in drei Zonen unterteilt, daß in jeder der beiden dem Eintrittsende der Vorrichtung benachbarten Zonen mindestens drei Rührelemente (9) vorgesehen sind und daß mindestens ein Rührelement (9) in der dem Austrittsende benachbarten Zone angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser der Wände (23, 24) des Behälters (1) jeweils in Strömungsrichtung hinter einem Umlenkorgan (22, ^ 25) von einem verhältnismäßig großen Wert auf der dem Eintrittsende zugewandten Seite auf einen verhältnismäßig kleinen Wert auf der dem Austritts

ende zugewandten Seite verkleinert.