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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Superphosphat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Superphosphaten, die insbesondere als Düngemittel Verwendung finden.
Wie bekannt, werden Superphosphate durch Aufschluss von Rohphosphaten, vorzugsweise in pulverger oder mehliger Form, mit Säuren in flüssiger Form (Schwefelsäure bei Herstellung normaler Super-
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in der Beschleunigung der Reaktion zwischen diesen beiden Ausgangsmaterialien. Superphosphate bester Qualität sollen folgende Eigenschaften besitzen : a) Der Anteil an unlöslichen Bestandteilen soll nach nicht allzulanger Lagerung möglichst niedrig sein. b) Der Gehalt an freier Säure soll möglichst gering sein. c) Der Feuchtigkeitsgehalt soll möglichst gering sein. d) Das Produkt soll sich, auch wenn es nachträglich granuliert wird, möglichst leicht zerbröckeln und mahlen lassen.
Zur Erzielung eines derartige Eigenschaften aufweisenden Endproduktes tragen verschiedene, von der Ausbildung und dem Funktionieren der Apparatur abhängige Faktoren und Arbeitsbedingungen bei, unter denen als wesentlich anzufUhren sind :
1. Das vorgeschriebene Verhältnis der Komponenten muss in der Reaktionsmasse (Rohphosphat und Säure) überall erreicht und eingehalten werden.
2. Die Porosität der erhärtenden Reaktionsmasse muss auch nach Erreichung der grössten Dichte gesteigert und erhalten werden.
Die derzeit bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Superphosphat arbeiten teils satzweise, teils kontinuierlich. Es besteht das Bestreben, den satzweisen Betrieb durch kontinuierliche Arbeitsweise zu ersetzen.
Die bekannten, kontinuierlich arbeitenden Anlagen bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich einer Mischvorrichtung und einer Aufschlusskammer. Es sind verschiedene Mischertypen bekannt, beispielsweise mit horizontal angeordneter Schnecke oder mit Schleuderscheibe und laufender Entleerung oder mit vertikal arbeitendem Schneidmesser in einem Kessel und laufender Entleerung u. dgl. Die genannten Verfahren sollen die Bedingung unter 1. erfüllen, nämlich homogenes Mischen durch Rühren oder Walzen des verflüssigten Phosphorit-Säure-Breis. Ferner ist eine Aufschlusskammer erforderlich, in welche die vom Mischer kommende Reaktionsmasse kontinuierlich entleert wird und worin sich der Reifungsprozess vollzieht.
Diese kontinuierlichen Verfahren verwenden teils zylindrische Behälter mit vertikaler Achse, teils liegende Zylinder mit horizontaler Achse, teils Becherwerke, die in geschlossener Bahn in vertikaler oder horizontaler Ebene an Ketten laufen, teils Kanalöfen mit Förderbändern, teils rotierende, geneigte Zylinder. Bei allen genannten Verfahren wird ein Organ, unter kontinuierlicher Zufuhr von Rohphosphat und Säure in Betrieb gehalten, während sich die Reaktionsmasse gegen eine Ent-
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leerungsvorrichtung hin bewegt, wobei die Reaktion beendet wird und die Masse ihre Endkonsistenz erreicht.
Bei Überprüfung der bekannten Mischer nach ihrem Vermögen, homogene, innige Mischungen herzustellen, findet man, dass dieses wenig wirksam, ja selbst nur geringfügig ist. Man kann tatsächlich beiobachten, dass eine Mischschnecke beispielsweise die Reaktionsmasse nur innerhalb eines von ihr eingenommenen Zylinders durchmischt, während sie sich ausserhalb dieses Raums unter Verdickung nicht einmal fortbewegt und im weiteren Umkreis von der Schnecke ohne Mischung weiterbefördert wird.
Selbst Kreiselmischer sind kaum imstande. die anfängliche Mischung des Ansatzes aus Rohphosphat und Säure zu verbessern und das verlangte Mischungsverhältnis überall in der Reaktionsmasse herzustellen. Fallen im Rotor Phosphatmehl und Säure trotz guter Mischung im erforderlichen Verhältnis nicht immer einheitlich gemischt an (da das Mehl anfänglich auf der Säure schwimmt), so kann auch ein Kreiselmischer Mischung und Mischungsverhältnis eher verschlechtern als verbessern, weil die Säure der Zentrifugalkraft mehr gehorcht. Dasselbe trifft auch bei Behältern mit vertikalem RUhrer zu. Bei allen bekannten Mischern, deren häufigste Typen kurz angeführt worden sind, ist wegen unmittelbar nach- folgender Weiterbeförderung und Aufnahme der Reaktionsmasse ein weiterer Apparateteil, der Aufschlussfeller. wo Lagerung und Reifung erfolgt, erforderlich.
Hinsichtlich der zweiten Bedingung, der Porosität, sei folgendes angeführt : Die Porosität tritt als Folge der chemischen Reaktion und der entstehenden Wärme durch die sich entwickelnden Gase auf, aber nur beim Übergang des flüssigen Reaktionsgemisches in eine festere Konsistenz infolge beginnender Verdickung.
Solange eine flüssige Phase vorhanden ist, können Gase und Dämpfe keine Porosität verursachen, weil sie durch die Reaktionsmasse ohne Hinterlassung von Spuren, wie Blasen oder Kanälen. hindurchge- hen, die sich in der flussigen Phase wieder schliessen.
Aber sobald die Masse sich unter fortschreitender, mitunter sehr schnell verlaufender Erhärtung zu verdicken beginnt, können die entwickelten Gase und Dämpfe nur immer schwieriger entweichen. Es entstehen enge Kanäle und Aufblähungen, die sich wegen der zunehmenden Konsistenz der Masse nicht mehr vollständig verschliessen ; ein anderer, oft wertvollerer Teil der Gase kann überhaupt nicht mehr austreten und bleibt in Form von Blasen zurück.
Während der zweiten Stufe, d. h. also nach beginnender Verdickung der Reaktionsmasse, darf man sie, zwecks Erhaltung der Porosität, nicht mit Messern, Schnecken und andern mechanischen Mitteln zerkleinern, weil dabei die Porosität verursachende Blasen und Kanäle beseitigt würden und die Masse durchgeknetet und kompakt gemacht würde.
Jedes Mischen soll zwecks Herstellung eines einheitlichen Verhältnisses zwischen Säure und Phosphatmehl (wobei innige Mischung hauptsächlich von der Feinheit des Phosphatmehls abhängt) nur in der flüssigen Phase durchgeführt werden.
Eine viel wirksamere Vorsichtsmassnahme bestünde darin, dass man das Mischen in der flüssigen Phase nur während einer ganz kurzen Zeit, innerhalb einer Minute etwa, durchführen würde und beim Beginn der energischen Reaktion unter intensiver Entwicklung von Gasen und Dämpfen diese am Entweichen gehindert würden und dieses Entweichen, gegebenenfalls erst später, nach weitgehender Erhärtung der Reaktionsmasse und Beendigung der Reaktion beim Lagern vor sich gehen wUrde.
Aus dem Vorgesagten kann entnommen werden, dass das die üblichen Mischverfahren kennzeichnende Durchrühren und Verwalzen der vorgenannten zweiten Forderung widerstreitet.
Auch andere beispielsweise mit Förderbändern und Becherwerken arbeitende Verfahren entsprechen nicht den vorgenannten beiden Anforderungen, nämlich der Einhaltung des vorgeschriebenen Mischungsverhältnisses innerhalb der Reaktionsmasse und der Aufrechterhaltung ihrer Porosität während des Rei- fungsprozesses. Als weitere Nachteile sind das Haften der Reaktionsmasse in den Transportbehältern, die komplizierte Konstruktion, der grosse Kraftverbrauch der Transportanlagen usw. anzuführen.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet die vorerwähnten Nachteile. Es erzielt und erhält eine homogene Mischung von Rohphosphatmehl und Säure in viel besserer Weise, als es bei den bekannten Verfahren geschieht. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird kein mechanisches Rührwerk verwendet, das die entwickelten Gase und Dämpfe abziehen lässt. Ganz im Gegenteil, Gase und Dämpfe werden von der Reaktionsmasse mitgenommen und so lange zurückgehalten, bis die Masse soweit erstarrt ist, dass entstandene Poren dauernd, also auch nach etwaigem Entweichen der Gase, bestehen bleiben. Der Erfin-' dung liegt der erfinderische Gedanke zugrunde, dass der Einschluss von Gasen und Dämpfen in der erhärtenden Mischung in Form von Blasen u. dgl. das wirksamste und zweckmässigste Mittel zur Herbeiführung der verlangten Porosität infolge der chemischen Reaktion ist.
Diese Porosität ist nicht nur wegen der
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Fig. 1 ist ein vorwiegend schematisch dargestellter Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Vor- richtung. Fig. 2 stellt eine Ansicht bzw. einen Schnitt der gleichen Vorrichtung dar, die gegen die Dar- stellung in Fig. 1 um 900 gedreht ist.
Unter Bezug auf diese Zeichnungen besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem vertikalen Rohr l von geeignetem Durchmesser (z. B. 1000 mm), das sich in ein weiteres, nach unten etwas erwei- tertes Rohr 2 fortsetzt, so dass beide Rohre zusammen eine geeignete Längsachsenausdehnung (z. B.
5000 mm) aufweisen. Irgendein mechanisch bewegtes Organ ist nicht vorhanden. Der Durchmesser des sich erweiternden Rohres ist beispielsweise auf weniger als 1250 mm begrenzt, damit auch hier ein ver- hältnismässig kleiner Querschnitt gewahrt ist.
Am oberen Ende des Rohres 1 ist eine Einfüllvorrichtung zur Aufgabe des Phosphatmehls in Form eines Fülltrichters 3 vorgesehen, an dessen gedrosselte Mündung. ein sich erweiterndes Verbindungsstück 4 angeschlossen ist, das mit einem konischen Deflektor (Prallblech) 5 versehen ist.
Entlang eines Schnittes durch dieses Verbindungsstück und in der entsprechenden Wandung sind radial und tangential zu diesem Verbindungsstück Düsen 6 für den Säurezufluss vorgesehen.
Unterhalb eines ringförmigen Halsstückes 1', das starr am Rohr 1 angeordnet und mit geeigneten
Ansätzen 1" versehen ist, sind mit flachen Köpfen versehene Stifte 1'" vorgesehen, die durch Federn 7 gegen das Halsstück angedrückt werden. Die Federn liegen auf einer Platte T des das Rohr tragenden Stützgerüsts auf.
Der untere Flansch des Zylinders 1 liegt auf dem oberen Flansch des konisch ausgebildeten Rohrs 2 auf und ist mit diesem durch Bolzen verbunden.
Der untere Flansch des Rohrs 2 liegt wiederum auf dem oberen Flansch eines Kegelstücks 8 auf und ist mit diesem ebenfalls in geeigneter Weise durch Bolzen verbunden. Am unteren Teil des Rohrs 2 sind Räder R vorgesehen. die drehbar 1 oder 2 cm oberhalb einer Platte angeordnet sind. auf der der obere Flansch 8 des Entleerungsstutzens aufliegt.
Am Entleerungsstutzen 8 ist eine durch Klappen 10 verschliessbare Auslassöffnung 9 vorgesehen. Die Klappen werden durch Gegengewichte 11 betätigt, die dem Gewicht der in den Rohren 1 und 2 vorhandenen Reaktionsmasse entsprechen. Durch die Auslassöffnung 9 erfolgt die Entleerung auf ein Förderband 12. dessen vorderer Teil von einem mit einem Ventilator 14 versehenen Gehäuse 13 bedeckt wird, das mit einer Lufteinlassöffnung 15 versehen ist.
Bei Inbetriebnahme der Apparatur werden die Klappen 10 geschlossen und mit einer 10 - 15 cm hohen Phosphoritmehlschicht bedeckt.
Dann beginnt man mit der Aufgabe des Phorphorits durch den Einfülltrichter 3 und der Zerstäubung der Schwefelsäure durch die tangential angeordneten Düsen 6, so dass sich die abgemessenen Rohstoffe gegenseitig benetzen und vollständig gemischt werden. Die Reaktionsmasse füllt die beiden Rohre 1 und 2 zu 2/3 oder 3/4 ihrer Gesamthöhe an und belässt einen Sicherheitsraum zur etwaigen Veränderung der Füllhöhe ; um gegebenenfalls Veränderungen der Reifungs- und Absetzgeschwindigkeit und etwaige Volumsveränderungen auszugleichen.
Nach Erreichung der gewünschten Füllhöhe werden die Klappen unter Betätigung der Gegengewichte geöffnet und es beginnt die kontinuierliche Entleerung der Beschickung. Die Reaktionsmasse sinkt infolge ihrer Schwere und durch das Mischen dauernd innerhalb der Rohre 1 und 2 ab, so lange das Gut während des Absinkens dauernd ergänzt wird.
Da der Rohrdurchmesser klein ist und neue Mischungen auf die bereits vorhandenen ständig aufgelagert werden, so wird das Rohphosphat von der Säure ständig benetzt und das vorgeschriebene anfängliche Verhältnis dieser beiden Bestandteile kann nicht mehr verändert werden, so dass es ausgeschlossen ist, dass die Mischung an einer Stelle etwa zu arm und an einer andern Stelle zu reich an Säure ist, wie das bei den früher üblichen Kombinationen von Mischer und Absetzkammer öfter der Fall war. Die Mischung der beiden Bestandteile ist vollkommen und die innige Benetzung wird nicht nur durch die Feinheit des Phosphoritmehls herbeigeführt, sondern wie auch die innige Mischung durch den stets ansteigenden Druck begünstigt, dem die Reaktionsmasse beim Absinken unterworfen wird.
In ähnlicher Weise begünstigt die ständige Vermehrung der Gas- und Dampfblasen die Auflockerung der gesamten Masse. Der Forderung nach Erzielung und Erhaltung einer homogenen Masse wird also durch die Rohre 1 und 2 entsprochen.
Das andauernde Absinken der Reaktionsmasse im Rohr und die ständige Auflagerung. weiterer Schich- ten hindern die in der Masse sich entwickelnden Gas- und Dampfblasen am Aufsteigen an die Oberfläche, da sie keiner Saugwirkung unterworfen werden. Die Blasen werden durch die Masse nach unten mitgenommen und sie bleiben in der sich immer mehr verdickenden Mischung eingeschlossen. Sie können erst beim Entleeren der Reaktionsmasse, die inzwischen eine merkliche Konsistenz erreicht hat. aus derselben entweichen.
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Die zur Herstellung einer gewissen Porosität und dadurch zu guter Zerkleinerung und Pulverisierbarkeit verlangten Bedingungen werden ebenfalls erfüllt. Dabei ist kein mechanisch wirkendes Element im Rohr angeordnet, das die Fortbewegung oder die Entleerung herbeiführen würde.
Die Fallgeschwindigkeit der Masse wird durch die Klappen 10 geregelt, welche die Auslassöffnung vergrössern oder verkleinern, je nachdem die Höhe der Reaktionsmasse in den Rohren 1 und 2 zunimmt oder abnimmt. Die Fallgeschwindigkeit wird um einen konstanten Mittelwert schwanken, der einem gewissen Durchsatz entspricht, wobei im Reaktionsgefäss ständig eine bestimmte Menge Reaktionsmasse entsprechend der Formel T = Q/P erhalten wird, worin T die Verweilzeit im Gefäss, Q die Menge an vorhandener Reaktionsmasse und P die Produktionsgeschwindigkeit bedeuten. Q ist vom Stand der Reaktionsmasse im Behälter abhängig.
Der Querschnitt der Röhren 1 und 2 ist kreisförmig ; während aber Rohr 1 zylindrisch ist, erweitert sich Rohr 2 nach unten zu konisch, um das Absinken der Masse, die bereits eine gewisse Konsistenz erreicht hat, zu erleichtern. Die sich aus der absinkenden oder auf das Förderband 12 fallenden Masse reichlich entwickelnden Gase werden im Gehäuse 13, das den ersten Abschnitt des Förderbandes auf einige Meter bedeckt, konzentriert gesammelt, aus dem Gehäuse abgesaugt und in die Absorptionskammern geleitet.
Selbstverständlich muss man periodisch Ablagerungen an den Innenflächen der Rohre l, 2 und 8 beseitigen. Zwecks vollständiger Reinigung werden die das Rohr 2 mit dem Konus 8 verbindenden Bolzen gelockert. Durch die Federn 7 werden die Teile 1 und 2 soweit gehoben, dass man unter die Räder R ein Metallblech schieben kann. Nach Lösung der Bolzen zwischen den Teilen 1 und 2 kann Teil 1 weiter gehoben werden, während Teil 2 durch Drehen der Räder verschoben wird. Teil 1 und Unterteil 8 können dann besser gereinigt werden.
Selbstverständlich werden alle Abänderungen, Ausgestaltungen und Abweichungen im Sinne der Erfindung ebenfalls beansprucht. Die anschliessenden Ansprüche umfassen alle Änderungen innerhalb dieser Ansprüche, wie sie Fachleuten offenbar und nach der angeführten Beschreibung den Merkmalen der Erfindung entsprechend ausgeführt werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Superphosphat aus Rohphosphatmehl und Schwefelsäure in einem festgesetzten Verhältnis, wobei das breiig flüssige Reaktionsgemisch am oberen Ende eines schachtartigen Reaktionsgefässes eingebracht wird, das Reaktionsgefäss durchwandert und am unteren Auslassende in festem Zustand austritt, dadurch gekennzeichnet, dass durch gleichmässige Verteilung des mittels einer engen Einlassöffnung eingebrachten breiig flüssigen Reaktionsgemisches über den ganzen
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gefässes bewirkt wird, im obersten Teil des Reaktionsgefässes eine Abdichtung desselben durch die breiig flüssige Reaktionsmasse zustande kommt,
wobei das Durchwandern des Gemisches aus Rohphosphat und Säure ausschliesslich durch das Niederfallen der in das Reaktionsgefäss eingeführten Komponenten auf die bereits im unteren Teil des Gefässes sich befindliche allmählich erstarrende Reaktionsmasse ohne mechanische Mischvorrichtungen oder mechanische Austragvorrichtungen durchgeführt wird, wodurch das allmählich erstarrende Reaktionsgut von Gasen und Dampf durchsetzt wird, deren Entweichen aus der absinkenden Reaktionsmasse infolge der kontinuierlichen Auflagen weiterer eingeführter Schichten und durch das Erstarren der untersten Schichten verhindert wird, und das Reaktionsprodukt beim Verlassen des Reaktionsgefässes zu einem krümeligen und porösen Produkt zerfällt.