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DE2022471A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren einer aus angeschlaemmtem Feststoff bestehenden Dispersion - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren einer aus angeschlaemmtem Feststoff bestehenden Dispersion

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Publication number
DE2022471A1
DE2022471A1 DE19702022471 DE2022471A DE2022471A1 DE 2022471 A1 DE2022471 A1 DE 2022471A1 DE 19702022471 DE19702022471 DE 19702022471 DE 2022471 A DE2022471 A DE 2022471A DE 2022471 A1 DE2022471 A1 DE 2022471A1
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DE
Germany
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sheet metal
dispersion
gap
metal jackets
jackets
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Application number
DE19702022471
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English (en)
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DE2022471B2 (de
DE2022471C3 (de
Inventor
Joachim Dr Adrio
Manfred Buecheler
Reinhold Dr Hoernle
Hans-Heinz Dr Moells
Hans Dr Raab
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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Priority to US00136460A priority patent/US3785969A/en
Priority to CH598771A priority patent/CH525020A/de
Priority to CA112,206A priority patent/CA982953A/en
Priority to AT390771A priority patent/AT316584B/de
Priority to GB1340171*[A priority patent/GB1352011A/en
Priority to FR7116617A priority patent/FR2091358A5/fr
Priority to NL7106321A priority patent/NL7106321A/xx
Priority to JP2994071A priority patent/JPS5432187B1/ja
Priority to BR2783/71A priority patent/BR7102783D0/pt
Priority to BE766880A priority patent/BE766880A/xx
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Publication of DE2022471B2 publication Critical patent/DE2022471B2/de
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Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG 2022471
LEVER KU S E N-Bayerwerk β. Mai 1970 Patent-Abteilung Mr/A S
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren einer aus angeschlämmtem Feststoff bestehenden Dispersion
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren einer aus " angeschlämmtem Feststoff bestehenden Dispersion, indem die Dispersion an dem zentralen Ende einer, durch sich von diesem Ende räumlich und rotationssymmetrisch ausdehnenden Begrenzungsflächen, eingeschlossenen Filtrationszone aufgegeben wird, in Rotation versetzt und dabei die Flüssigkeit durch mindestens eine der Begrenzungsflächen hindurch abgefiltert wird, während das Konzentrat am anderen Ende der Filtrationszone austritt.
Aus der deutschen Patentschrift 881 181 ist eine Vorrichtung zum Entwässern von feinkörnigem Gut, insbesondereFeinkohle, bekannt. Sie besteht aus zwei Kegeltrommelmänteln, die gemeinsam rotieren und zwischen denen ein Spalt vorgesehen ist, den das zu entwässernde Gut während der Filtration durchwandert. Diese Vorrichtung arbeitet ohne Druck nach dem Schleuderprinzip, wobei die innere, mit Filtermaterial versehene Blechtrommel durch den Einfluß der Fliehkraft vom Gut entlastet wird. Auf diese Weise wird bewußt die Bildung einer Filterkuchenschicht aus dem zu entwässernden Gut auf der Filterfläche ver-! mieden. Da auch die im Gut enthaltene Flüssigkeit der Flieh-
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kraft ausgesetzt ist, ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung entsprechend gering, da ein Teil der Flüssigkeit nie auf die Filterfläche gelangt.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen bewirken den Abbau jeder Filterkuchenschicht. Jedoch ist zur möglichst vollständigen Trennung von Flüssigkeit und Feststoff eine definierte Filterkuchenschicht unbedingt erforderlich. Zudem tragen die bekannten Verfahren und Vorrichtungen der allmählichen Auf-. konzentrierung der Dispersion keine Rechnung. Die einwirkenden Scherkräfte werden unabhängig von der allmählichen Aufkonzentrierung, und damit unabhängig von der zunehmenden Viskosität, variiert. An der Stelle, an der der Filterkuchen am wenigsten fließfähig ist, z.B. am Austrag, setzt die Bewe-" gung zeitweise völlig aus, so daß der aufkonzentrierte Feststoff thixotrop verdickt und die Austragsöffnung verstopfen kann.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit auch sehr dickflüssige aber auch dünnflüssige Dispersionen mit gutem Erfolg aufkonzentriert werden können.
Verfahrenstechnisch geschieht dies erfindungsgemäß dadurch, daß die zu konzentrierende Dispersion in der Filtrationszone unter Überdruck von 0,2 bis 20 atü gehalten, und senkrecht P zu den Begrenzungsflächen gesehen, einem Geschwindigkeitsgefälle unterworfen wird.
Dadurch wird erreicht, daß sich eine definierte Filterkuchenschicht ausbildet, die entsprechend der fortschreitenden Konzentration der Dispersion über die Länge der Filtrationszone eine dem Konzentrationsvorgang angepaßte, optimierte Stärke aufweist. Selbstverständlich ist das Erreichen einer Filterkuchenschicht von optimaler Stärke von verschiedenen Fakto-
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fen abhängig. Beispielsweise treten seitens der aufzukonzen- : trierenden Dispersion, deren Viskosität,,die Teilchengröße des angeschlämmten Peststoffes, die spezifischen Gewichte von Peststoff und Flüssigkeit usw. als Paktoren in Erscheinung. . Andererseits ist die Filterkuchenschicht diesen vorgegebenen Bedingungen anpaßbar, indem jeweils für die zu behandelnde Dispersion bzw. für den Zustand der Dispersion im jeweiligen Bereich der Filtrationszone ein optimales Gesehwindigkeitsgefalle, eine optimale Abmessung der Piltrationszone sowie ein Überdruck geeigneter Hohe eingestellt wird.
Dispersionen, für welche sich das Verfahren besonders eignet, sind beispielsweise wäßrige Dispersionen von anorganischen bzw. organischen Pigmentfarbstoffen, von organischen Disper- j sionsfarbstoffen und anderen mehr oder weniger schwerlöslichen oder schwerlöslich gemachten Farbstoffen, von Pflanzenschutzmitteln und Insektiziden, von Pharmazeutika und Lebensmitteln. Aber auch Roh- und Zwischenprodukte aller Art kommen in Betracht. Als Dispersionsmedium können neben Wasser auch organische Lösungsmittel dienen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist deshalb die Dicke der Filtrationszone einstellbar. Es hat sich als besonders vorteilhaft für den ,Wirkungsgrad des Verfahrens gezeigt, wenn · auf den filtrierenden Begrenzungsflächen eine Filterkuchenschicht von 0,2 - 20 mm Dicke aufrecht erhalten wird. Für ei- | ne Pigmentfarbstoff-Dispersion sollte, der Mittelwert der Stärke der Filterküchenschicht etwa 1 - 2 mm betragen. Für gröberkristalline Pflanzenschutzmittelkann z.B. bereits eine Schicht von 0,5 mm ausreichend sein· '
Als besonders vorteilhaft sieht die Erfindung vor, daß die Dicke der Filterkuchenschicht durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit der in der Filtrationszone befindlichen ν Dispersion und/oder durch Veränderung des Abstandes der beiden
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Begrenzungsflächen zeitweise geändert wird. Dadurch wird eine Erneuerung der Filterkuchenschicht erreicht.
Gemäß einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dispersion in an sich bekannter Weise einer Pulsation unterworfen wird.
Für die meisten Dispersionen, beispielsweise bei nicht allzu feinen kristallinen Produkten ist es vorteilhaft, den überdruck zwischen 2 und 5 atü zu halten.
Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung die Wahl des Geschwindigkeitsgefälles in der Filtrationszone in Richtung von der einen Begrenzungsfläche zu der anderen. Dieses Geschwindigkeitsgefälle soll möglichst groß sein, denn ihm ist direkt proportional die Größe der Scherkraft, die auf die Dispersion ausgeübt wird. Es sind möglichst hohe Scherkräfte erwünscht. Die Scherkräfte werden durch den Geschwindigkeitsunterschied der Begrenzungsflächen erzielt. Im einfachsten Falle steht eine der Begrenzungsflächen still, während die andere mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert. Es können auch beide Begrenzungsflächen gleichsinnig, jedoch mit verschiedenen Drehzahlen rotieren. Ein besonders hohes Geschwindigkeitsgefälle wird erreicht, indem die beiden Begrenzungsflächen gegenläufig rotieren.
Die Ausbildung der rotationssymmetrischen Filtrationszone hängt ab von der Gestaltung der Begrenzungsflächen. Je nach der zu behandelnden Dispersion sind die Begrenzungsflächen in ihrer Gestalt den Erfordernissen anpaßbar, indem sie in einfachster Weise als Kegelmantel bzw. Kegelstumpfmantel ausgebildet sind. Die Größe des Kegelwinkels ist entsprechend der zu behandelnden Dispersion zu wählen. Es kann in verschiedenen Fällen von Vorteil sein, wenn der Kegelmantel abgestuft ist, so daß
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plötzliche Sprünge im Geschwindigkeitsgefälle entstehen. Die Piltrationszone kann aber auch durch entsprechende Gestaltung der Begrenzungsflächen die Form eines Rotationsparaboloids oder Rotationsellipsoids oder ähnliche geometrische Formen aufweisen. Durch die sich ausdehnende Gestaltung der Filterzone wird erreicht, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Filterzone und damit das darin auftretende Schergefälle mit zuneh-\ mender Aufkonzentrierung der Dispersion zunimmt. D.h., daß am Austritt die einwirkende Scherkraft in der Regel am größten ist. ■■ ■■■- - ; .'..■■■■ ; :
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht aus von zwei konzentrisch angeordneten, einen Spalt ■einschließenden, sich von einer zentralen Basis räumlieh ausdehnenden, rotationssymmetrischen Blechmänteln, von denen wenigstens einer eine Perforation aufweist, wobei an der zentralen Basis der Dzspersionszulauf angeordnet ist, während das offene Ende des Spaltes als ringförmiger Austragsspalt gestaltet ist. Das Neue ist darin zu sehen, daß der Austragsspalt als Gleitspalt ausgebildet ist, indem einer der beiden Blechmäntel am Austragsende mit einem Randflansch ausgerüstet ist, während das Austragsende des anderen Blechmantels von einem gegen den Randflansch weisenden und verstellbaren Ring umgeben ist und mindestens einer der Blechmäntel drehbar gelagert und mit einem eigenen Rotationsantrieb versehen ist und daß in der Zuführleitung eine Überdruckpumpe vorgesehen
ist.; : ■.■■'.■ ;.' V ■ ■ \
Gemäß.der Erfindung braucht nur einer der Blechmäntel perforiert zu sein. Es können aber beide, eventuell nur bereichsweise, mit Perforationen versehen sein. Für die Art der Gestaltung der Filterflächen bietet die Technik bereits viele Vorbilder, von denen die geeigneten auch für die Gestaltung der t erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar sind. Beispielsweise kann der Blechmantel als gelochtes Blech ausgebildet sein, -
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das mit einem Filtertuch belegt ist. Der Blechmantel kann aber auch als Siebmantel mit einer entsprechenden Stützkonstruktion ausgebildet sein. In gleicher V/eise lassen sich Sintermetalle oder poröse Kunststoffbleche einsetzen. Die Porenweite des Filtermaterials sollte in der Größenordnung von 0,1 bis 50 /U, bevorzugt von 1 bis 10 /u betragen.
Vorzugsweise ist einer der Blechmäntel zum anderen hin verstellbar gelagert. Damit läßt sich'die Spaltbreite einstellen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der Dispersionszuführungsleitung eine Pulsationspumpe angeordnet. Je nach der Hubhöhe und der Frequenz kann damit der Dispersion eine Pulsation aufgezwungen werden. Vorzugsweise ist * Hubhöhe und Pulsationsfrequenz einstellbar.
Nach einer weiteren Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auf den Blechmänteln in den Spalt weisende Störkörper angeordnet. Vorzugsweise weisen die Blechmäntel Vertiefungen auf, oder die zum Spalt weisenden Oberflächen .der Blechmäntel sind aufgerauht. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß sich bestimmte Strömungen im Spalt ausbilden, bzw. eine definierte Filterkuchenschicht erhalten wird.
Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der Blechmäntel auf einer Vibrations- £ vorrichtung gelagert. Auf diese Weise kann der Spalt zwischen den beiden Blechmänteln periodisch verengt und erweitert werden, so daß eine besonders günstige Trennwirkung zwischen Flüssigkeit und Feststoff erzielt wird.
Vorzugsweise ist auch der Ring, der mit dem Randflansch zusammen den Gleitspalt bildet, auf einer Vibrationsvorrichtung gelagert, so daß im Gleitspalt selbst das aufkonzentrierte Gut einer Pulsation unterworfen wird. Diese Maßnahme ver-
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hindert-insbesondere das thixotrope Eindicken, so daß eine Verstopfung des Austrittsspaltes vermieden wird.
Um den Trocknungseffekt der Vorrichtung zu unterstützen, bzw. um bestimmte Dispersionen auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten, sind die Blechmäntel mit an sieh bekannten Temperiereinrichtungen versehen.
Auch können die Blechmäntel Einrichtungen, z.B. Bohrungen zum Zwecke der Einbringung einer Waschflüssigkeit besitzen.
In einer Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen? ,
Figur 1 die Vorrichtung im Längsschnitt und Figur 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen der Blechmäntel der Vorrichtung.
In der Dispersionszuführleitung 1 ist eine Überdruckpumpe 2 angeordnet, die die Dispersion in die Vorrichtung pumpt. In einer Leitungsabzweigung 3 ist einePülsationspumpe 4 vorgesehen, die die Dispersion in pulsierende Bewegung vernetzt. Ein Faltenbalg 5 verbindet die Dispersionszuführleitung T mit dem Anschlußstutzen 6 eines unteren Blechmantels 7 mit dem ein darüber koaxial angeordneter oberer Blechmantel 8 zusammenwirkt. Zwischen den beiden Blechmänteln 7 und 8 ist ein Spalt 9 belassen, den die Dispersion durchwandert.
Der Blechmantel 7 besteht aus Sintermetall mit Poren von etwa 5 /U. Auf dem Blechmantel 7 sind in den Spalt 9 hinein- ■ weisende Störkörper 10 angebracht, die eine gewünschte Strömung in der Dispersion bewirken und für die optimale Ausbildung einer Filterkuchenschicht 11 dienen. Die abzuscheidende. Flür-sigkeit durchströmt das Sintermetall des Blechmantels 7
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und wird in einer darunter angeordneten Auffangwanne 12 gesammelt und abgeleitet. Mittels einer am Anschlußstutzen 6 angeordneten Verstelleinrichtung 15» die als Spindel angedeutet ist, kann der Blechmantel 7 gehoben oder gesenkt werden, so daß die Breite des Spaltes 9 veränderbar ist.. Der Blechmantel 7 wird durch einen Stützring 14 abgestützt.
Der obere Blechmantel 8 ist aus gewöhnlichem Edelstahlblech gefertigt und ebenfalls mit Störkörpern 10 besetzt. Außerdem sind Vertiefungen 15 eingearbeitet und seine gesamte zum Spalt 9 weisende Oberfläche ist aufgerauht. Auf der Rückseite des Blechmantels 8 sind elektrische Heizelemente 16 vorgesehen. Die Basis des kegelartigen Blechmantels 8 ist durch eine fc flache Platte 17 abgedeckt, die über das Ende des Blechmantels 8 hinausragt und auf diese Weise einen Randflanoch 18 bildet. Auf der Platte 17 ist rein schematisch eine Vibrationsvorrichtung 19 angedeutet. Die gesamte Einheit aus Blechmantel 8 und Platte 9 usw. ist drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb versehen (nicht dargestellt).
Mit dem Randflansch 18 wirkt unter Bildung eines Gleitspaltes 20 ein Ring 21 zusammen, der das Ende des Bleehmantels 7 umgibt. Der Ring 21 ist mittels Spindeln 22 höhenverstellbar gelagert. Federn 23 sorgen für die Abstützung. Der Ring 21 ist zusammen mit den Spindeln 22 und deren Lagern 24 gegenüber dem Fundament 25 auf Federn 26 gelagert. Eine Vibrationsvor-™ richtung 27 versetzt den Ring 21 in Schwingungen. Der Gleitspalt 20 ist von einer Auffangrinne 28 für das aufkonzentrierte Gut umgeben.
Figur 2 zeigt Blechmäntel in Form eines Rotationsparabolids, Figur 3 in Form eines Rotationsellipsoids. Figur 4 zeigt die ■ Blechmäntel in Kegelform, jedoch mit einem Absatz.
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Claims (15)

  1. Patentansprüche ^
    T. -Verfahren zum kontinuierlichen Konzentrieren einer aus angeschlämmtem Peststoff bestehenden Dispersion, indem die Dispersion an dem zentralen Ende einer, durch sich von diesem Ende räumlich und rotationssymmetrisch ausdehnenden Begrenzungsflächen,eingeschlossenen Filtrationszone aufgegeben wird, in Rotation versetzt und dabei die Flüssigkeit durch mindestens, eine der Begrenzungsflächen hindurch abgefiltert wird, während das Konzentrat am anderen Ende der Filtrationszone austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion in der Filtrationszone unter Überdruck von 0,2 bis 20 ätü gehalten und senkrecht zu den Begrenzungsflächen einem Geschwindigkeitsgefälle unterworfen wird, wobei eine Filterkuchenschicht ' · j aufrecht erhalten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßodie Dicke der Filtrationszone einstellbar ist. '
  3. 3. Verfahren nach Anspruch1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß auf den filtrierenden Begrenzungsflächen eine Filterkuchen- ' schicht von 0,2 bis 20 mm Dicke aufrechterhalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Filterkuchenschicht durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit zeitweise, geändert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion'in an sich bekannter V/eise einer Pulsation unterworfen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck zwischen 2 und 5 atü. gehalten wird.
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  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus zwei konzentrisch angeordneten, einen Spalt einschließenden, sich von einer zentralen Basis räumlich ausdehnenden, rotationssymmetrischen, dünnwandigen Blechmänteln, von denen wenigstens einer eine Perforation aufweist, wobei an der zentralen Basis der Dispersionszulauf angeordnet ist, während das offene Ende des Spaltes als ringförmiger Austragsspalt gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragsspalt als Gleitspalt (20) ausgebildet ist, indem einer der beiden Blechmäntel (8) am Austragende mit einem Randflansch (18) ausgerüstet ist, während das Austragsende des anderen Blechmantels (7) von einem gegen den Randflansch (18) weisenden und verstellbaren Ring (21) umgeben ist, und mindestens einer
    der Blechmäntel (8) drehbar gelagert und mit einem eigenen Rotationsantrieb versehen ist, und daß in der Zuführleitung (1) eine Überdruckpumpe (2) vorgesehen ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Blechmäntel (7) zum anderen (8) hin verstellbar gelagert ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Dispersionszuführungsleitung (1) eine Pulsationspumpe (4) angeschlossen ist.
  10. P 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß auf den Blechmänteln (7,8) in den Spalt (9) weisende Störkörper (10) angeordnet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechmäntel (7,8) Vertiefungen (15) aufweisen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Spalt (9) weisenden Oberflächen der Blechmäntel (7»8) aufgerauht sind.
    Le A 13 024 - 10 -
    109848/0848
    ORIGINAL
    M 2Q22A71
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Blechmäntel (7,8) mit einer
    Vibrationsvorrichtung (19) versehen ist.
  14. H. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13,dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (21) mit einer Vibrationsvorrichtung (27)
    versehen ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechmäntel (7,8) mit Temperiereinrichtungen (16) versehen sind. -
    A 13 024 - 11 -
    109848/084
    L e e r s e 11 e
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