DE2409362A1

DE2409362A1 - Verfahren zum prillen

Info

Publication number: DE2409362A1
Application number: DE19742409362
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2228534A1; DE2409362C3; AT323114B; GB1454597A; DE2409362B2; FR2228534B1

Description

Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft in Wien, Österreich

Verfahren zum Prillen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ' Prillen von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmelzen, durch Zerteilen in gleichmäßige Tröpfchen, wobei die Flüssigkeit unter Ausbildung von Flüssxgkeitsstrahlen unter Anwendung von Schwingungen durch eine Lochplatte geleitet wird.

Bei bekannten Prüfverfahren, z.B. bei der Erzeugung von geprilltem Ammonnitrat, wird üblicherweise die Ammonnitratschmelze über brausenähnlichen Düsen in einen Schacht gesprüht, in dem die Tröpfchen im Fallen erstarren;

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sie werden nach Abkühlung unten als harte Prills ausgetragen. Die durch die abgegebene Wärme erwärmte Luft wird am Oberteil des Schachtes abgesaugt.

Beim Zerfall des aus den Düsenlöchern austretenden Strahles in die Prilltröpfchen bilden sich flüssigkeitsmechanisch bedingt zusätzlich immer sehr kleine Tröpfchen, die infolge ihres geringen Gewichtes vom Luftstrom im Schacht mitgerissen und durch die Ventilatoren als Staubauswurf ausgetragen werden. Dieser Staubauswurf beträgt bei den üblichen Anlagen etwa 2 Promille der Produktion und fällt zwar als Produktionsverlust kaum ins Gewicht, verursacht jedoch durch seine Aggressivität Schäden an Gebäuden; er richtet auch infolge seines hohen Stickstoffgehaltes schwere Flurschäden an.

Es ist bekannt, fadenförmige Flüssigkeitsstrahlen in Schwingungen zu versetzen, um eine gleichmäßigere Zerteilung in Tröpfchen zu erhalten. So ist es nach der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 803 724 bekannt, eine kreisförmige Lochplatte als Boden eines Behälters oder Gehäuses elastisch einzuspannen und über einen seitlich angeschweißten Stiel mittels eines Vibrators zum Schwingen zu erregen. Dadurch baut sich oberhalb der Platte eine Druckwelle aus, die mit der Plattenfrequenz moduliert und periodische Störungen auf die Flüssigkeit aufbringt, welche die Einschnürung und den anschließenden Zerfall des Strahles bewirken. Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Schwingungsfrequenz auf die Eigenfrequenz der Lochplatte abgestimmt sein muß, und daß die Erregerkraft durch den angeschweißten Stiel einseitig eingebracht wird, wodurch sich ein Biegemoment ergibt. Dadurch kommt es zu einer ungleichmäßigen Amplitudenverteilung auf der Lochplatte und stellenweise zu Oberschwingungen,

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so daß für die verschiedenen Strahlen verschiedene Verhältnisse vorliegen, die Unregelmäßigkeiten und Feinkornanteil zur Folge haben. Weitere Nachteile bestehen auch darin, daß durch die Einspannung der Platte ein Leistungsverlust auftritt und daß die Abdichtung entlang der Einspannung unverläßlich ist, da die Berührungsflächen zwischen Lochplatte und Gehäuse metallisch sein müssen. Auch die Reinigung der Lochplatte ist schwierig.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der angeführten Nachteile und Schwierigkeiten, sie stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Schwingungsfrequenz der auf die fadenförmigen Strahlen einwirkenden Schwingungen optimal variabel ist, eine äußerst gleichmäßige Körnung der Prills mit einem engen Kornspektrum erreicht wird, die Feinkornbildung unterbunden und Produktionsverluste sowie Schäden an Gebäuden und Fluren vermieden werden.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art darin, daß auf die Flüssigkeit vor Durchfluß durch die Lochplatte periodische Druckschwankungen in Durchflußrichtung ausgeübt werden, wobei eine Frequenz der Druckschwankungen angewendet wird, die in Abhängigkeit von der Austrittsgeschwindigkeit ν in m/sec und vom Lochdurchmesser din mm angenähert der Beziehung

f = ν·1000

-d
im Bereich zwischen 100 bis 2000 Hz folgt.

Die Formel stellt eine näherungsweise Beziehung dar, die bei Flüssigkeiten angewendet werden kann, deren Viskosität etwa jener von Wasser entspricht. Für Flüssig-

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keiten mit höherer Viskosität können Werte gewählt werden, die bis zu 10 % niedriger sind/ umgekehrt ist für Flüssigkeiten mit niedrigerer Viskosität als Wasser eine Frequenz anzuwenden, die bis zu 10 % gegenüber dem Näherungswert höher liegen kann. Die Schwingungen können sinusförmig sein, besonders günstige Ergebnisse werden erfindungsgemäß erzielt, wenn eine sägezahnförmige Amplitude für die aufgezeigte Schwingung gewählt wird, und zwar eine Amplitude, die steiler ansteigt als abfällt.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welches ein Gehäuse zur Zuführung der zu prillenden Flüssigkeit und eine den Boden des Gehäuses bildende Lochplatte sowie den Vibrator zur Erzeugung von Druckschwankungen aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte starr, d.h. nicht schwingend, am Gehäuse befestigt ist und im Abstand von der Lochplatte, vorzugsweise parallel zu dieser, eine Schwingplatte angeordnet und mit dem Schwingungserzeuger verbunden ist. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß der Schwingungserzeuger mit der Schwingplatte durch eine mechanische starre Verbindung, insbesondere einen Stößel, verbunden ist und der Oberteil des Gehäuses gegenüber der Schwingplatte bzw. dem Stößel mit einer elastischen Dichtung abgedeckt ist sowie daß das Gehäuse spiralförmig mit einem tangentialen Einlaß ausgebildet ist und daß die Lochplatte und die Schwingplatte kreisförmig ausgebildet sind und etwa gleichen Durchmesser aufweisen. Weitersisteszweckmäßig, daß das Gehäuse radial zum Mittelpunkt der Lochplatte angeordnete Strömungsleitkörper, vorzugsweise Lamellen, aufweist und daß zwischen dem Einlaß der Flüssigkeit in das Gehäuse und der Lochplatte Fi]ier oder Siebe eingebaut sein können, vorzugsweise ein die Strömungs-

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leitkörper umgebendes zylinderförmiges Sieb. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwingplatte zwischen der Lochplatte und der Gehäuseabdeckung angeordnet und weist ebenfalls Löcher auf, vorzugsweise Löcher mit größerem Durchmesser als die Löcher der Lochplatte.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die Fig. 1 eine Seitenansicht und die Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der LinieH-IEder Fig. 1. In den Fig. 3 und 4 ist in gleicher Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform erläutert. Fig. 5 veranschaulicht die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 entstehende Druckwelle, Fig. 6 zeigt eine gleiche Darstellung bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4.

Die Einrichtung umfaßt ein spiralförmig ausgebildetes Gehäuse 1 mit einem tangentialen Einlaß 2, in welches ein zylinderförmiges Filter oder Sieb 3 zentral eingebaut ist, so daß dieses Sieb zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der spiralig verlaufenden Gehäuseaußenwand liegt. Der Boden des Gehäuses wird von dem peripheren Einlaßbodenteil 5 und der zentralen Lochplatte 4 gebildet, die an dem Teil 5 starr, d.h. nicht schwingend befestigt ist. Die Lochplatte weist eine Vielzahl von Löchern 6 auf, aus welchen in noch zu beschreibender Weise die zu prillende Flüssigkeit austritt. Am peripheren Einlaßoberteil 7 ist eine Schwingplatte 8 mit einer elastischen Ringdichtung verbunden, so daß sich die Schwingplatte im Abstand von der Lochplatte und parallel zu dieser befindet. Die Schwingplatte 8 ist mit einem Stößel 10 starr mit dem Vibrator oder Schwingungserzeuger 11 verbunden. Zwischen dem Sieb 3 und der Lochplatte 4 besitzt der Einlaufteil 5 radial angeordnete

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Lamellen 12, die zur Führung der Flüssigkeit und Vermeidung von Querströmungen dienen. Wenn die Schwingplatte in Schwingungen versetzt wird, läuft von ihr periodisch eine Druckwelle aus, die an der Lochplatte reflektiert wird, wieder zur Schwingplatte läuft und dort wieder reflektiert wird, wobei die Schwingungsstärke mit jeder Reflektion rasch abklingt. Die erzeugten und reflektierten Druckwellen überlagern sich und es resultiert eine auf die Lochplatte wirkende Druckwelle, die gegenüber den Schwingungswellen dar Schwingplatte etwas phasenverschoben ist. Dabei hängt die Größe der Phasenverschiebung von der Entfernung der Lochplatte zur Schwingplatte und der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ab. Sie beträgt beispielsweise 30 Winkelgrade. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Beziehung zwischen Frequenz, Austrittsgeschwindigkeit und Lochdurchmesser erreicht man, daß die aus den Löchern austretenden Flüssigkeitsstrahlen eine sehr gleichmäßige rotationssymmetrische Wellung aufweisen. Die Einschnürungsstellen stellen die vorgegebenen Zerfallslängen dar. Die Verformung der Strahlen ist dabei so stark, daß die vorgeformten Tröpfchen aneinandergereiht, ähnlich wie eine Perlenschnur, mit nur sehr schmalen Verbindungen untereinander, die Löcher der Lochplatte verlassen und sehr schnell ohne Bildung von Feinkorn zerfallen.

Fig. 5 veranschaulicht schematisch durch die Pfeile das Fortschreiten der Druckwelle D beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4, in der die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Schwingplatte 8 in nahem Abstand über

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der Lochplatte 4, also im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Stößel 10, der die Verbindung zum Vibrator 11 herstellt, durch die den Oberteil des Gehäuses abdeckende elastische Dichtung 9 geführt ist, die gegenüber dem Einlaßoberteil 7 abdichtet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die Schwingplatte 8 mit Löchern 13 versehen ist. Bei dieser Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Querströmungen an der Lochplatte vermieden und es ergibt sich eine bessere Druckfortpflanzung sowie eine geringere Phasenverschiebung zwischen Schwingplatte und Lochplatte. Die Druckwelle hat die in Fig. 6 dargestellte Form.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die beschriebene Vorrichtung wird mit Vorteil bei der Herstellung von künstlichem Dünger angewendet. Die folgenden Beispiele erläutern das Prillen von Ammonnitrat und von Harnstoff.

Beispiel 1: Ammonnitrat mit einem Schmelzpunkt von 183° wird geschmolzen, beim Vordruck von 3 m Flüssigkeitssäule in die Vorrichtung eingeführt. Es ergibt sich eine mittlere Äustrittsgeschwindigkeit von 4,3 m/sek, der Durchmesser der Löcher in der Lochplatte beträgt 1,25 mm. Darüber hinaus ergibt sich die anzuwendende Schwingungsfrequenz mit

^f= 4,3 χ 1000 = 1100 Hz. 1,25 χ %

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise optimale Prillergebnisse erreicht werden können, d.h. man bekommt sehr gleichmäßige Körner mit einem mittleren Durchmesser von 2,1 mm praktisch ohne Feinkorn.

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Beispiel 2: Harnstoff mit einem Schmelzpunkt von 145° wird geschmolzen in die Vorrichtung beim Vordruck von 2 m Flüssigkeitssäule eingeführt? die daraus resultierende mittlere Austrittsgeschwindigkeit beträgt 3,5 m/sek; der Lochdurchmesser ist 1 mm; die Frequenz ergibt sich aus der Beziehung

f = 3,5 x IQOO = 1120 Hz. 1,0 x OT

Auch hier wurden sehr gleichmäßige Körner mit einem mittleren Durchmesser von 1,7 mm erhalten, wobei kein Staubanteil festzustellen war.

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren zum Prillen von Flüssigkeiten/ insbesondere von Schmelzen, durch Zerteilen in gleichmäßige Tröpfchen, wobei die Flüssigkeit unter Ausbildung von Flüssigkeitsstrahlen unter Anwendung von Schwingungen durch eine Lochplatte geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Flüssigkeit vor Durchfluß durch die Lochplatte (4) periodische Druckschwankungen in Durchflußrichtung ausgeübt werden, wobei eine Frequenz der Druckschwankungen angewendet wird, die in Abhängigkeit von der Austrittsgeschwindigkeit ν inm/sek und vom Lochdurchmesserd in mm angenähert der Beziehung

_ ν χ 1000
QiX ä

im Bereich zwischen 100 bis 2000 Hz folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sägezahnförmige oder sinusförmige Schwingungen verwendet werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,mit einem Gehäuse zur Zuführung der zu prillenden Flüssigkeit und einer den Boden des Gehäuses bildenden Lochplatte sowie einem Vibrator zur Erzeugung von Druckschwankungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (4) starr, d.h. nicht schwingend, am Gehäuse (1) befestigt ist und im Abstand von der Lochplatte, vorzugsweise parallel zu dieser, eine Schwingplatte (8) angeordnet

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und mit dem Schwingungserzeuger (11) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß der Schwingungserzeuger (11) mit der Schwingplatte (8) durch eine mechanische starre Verbindung, insbesondere einen Stößel (10), verbunden ist, und der Oberteil des Gehäuses (1) gegenüber der Schwingplatte bzw. dem Stößel mit einer elastischen Dichtung (9) abgedeckt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) spiralförmig mit einem tangentialen Einlaß (2) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (4) und die Schwingplatte (8)
kreisförmig ausgebildet sind und etwa gleichen Durchmesser aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) radial zum Mittelpunkt der Lochplatte (4) angeordnete Strömungsleitkörper, vorzugsweise Lamellen (12), aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß (2) der Flüssigkeit in das
Gehäuse (1) und der Lochplatte (4) Filter oder Siebe eingebaut sind, vorzugsweise ein die Strömungsleitkörper (12) umgebendes zylinderförmiges Sieb.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingplatte (8) zwischen der Lochplatte (4) und der Gehäuseabdeckung angeordnet ist und ebenfalls Löcher (13) aufweist, vorzugsweise Löcher mit größerem Durchmesser als die Löcher der Lochplatte.

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