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Vorrichtung zum Vermischen einer Flüssigkeit mit einem pulverförmigen, flüssigen oder gasförmigen Stoff
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vermischen einer Flüssigkeit mit einem pulverförmigen, flüssigen oder gasförmigen Stoff, mit Umlaufkammer mit tangentialem Einlauf und zentralem Auslauf. Solche Vorrichtungen finden vor allem beim Neutralisieren von Flüssigkeiten oder Abgasen beispielsweise von Gelbbrenn- und Beizanlagen, oder bei der Herstellung von Säuren oder Salzen Verwendung.
Bei bekannten Ausführungen der eingangs genannten Art sind die Umlaufkammern topfförmig oder zylindrisch, wobei die Höhe ihres Hohlraumes ein Vielfaches grösser als der Durchmesser des tangentialen Einlaufes ist. Dabei treten derart hohe Reibungsverluste auf, dass man nur sehr geringe Durchsätze erzielen kann. Durch Anwendung hoher Flüssigkeitsdrücke liessen sich zwar die Durchsätze steigern, was aber erhebliche Energievergeudung zur Folge hätte, ohne auf der andern Seite einen besseren Mischeffekt zu ergeben. Die besagten Reibungsverluste treten bei den bekannten Ausführungen deshalb auf, weil sich der tangential einmündende Flüssigkeitsstrom als relativ dünner Film an die zylindrische bzw. topfförmige Wandung der Umlaufkammer anschmiegt, wodurch die Flüssigkeit eine extrem hohe Wandreibung erfährt.
Erfindungsgemäss werden die besagten Nachteile bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch vermieden, dass die Umlaufkammer einen scheiben- oder ringförmigen Hohlraum aufweist, dessen Höhe etwa dem Durchmesser des tangentialen Einlaufes entspricht, und dessen zentral und axial zum Ringraum gerichteter Auslass trichterartig mit einer Rundung in den scheiben-oder ringförmigen Hohlraum übergeht, und dass mindestens zwei derartige Umlaufkammern hintereinander angeordnet sind.
Dadurch, dass die Höhe des Hohlraumes etwa dem Durchmesser des tangentialen Einlaufes entspricht, bleibt der tangential einschiessende Flüssigkeitsstrom auch innerhalb der Umlaufkammern in seinem Querschnitt nahezu unverändert. Erst dadurch wird die Mischvorrichtung für den Einsatz an Anlagen geeignet, bei denen sehr grosse Flüssigkeitsmengen mit einer andern Flüssigkeit, einem Pulver oder einem Gas zu vermischen sind, beispielsweise beim Neutralisieren von Flüssigkeiten mit einem Neutralisationsmittel.
Dabei werden Reibungsverluste auch insbesondere dadurch vermieden, dass der zentral und axial zum Ringraum gerichtete Auslass trichterartig mit einer Rundung in den scheiben- oder ringförmigen Hohlraum übergeht, wodurch überdies auch der für das Vermischen sehr vorteilhafte Drall innerhalb des Flüssigkeitsstromes beim Weiterleiten desselben zur nachgeschalteten Umlaufkammer erhalten bleibt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung ist also vor allem deshalb den bekannten Mischvorrichtungen überlegen, weil auch innerhalb der Umlaufkammer der tangential einschiessende Flüssigkeitsstrom in seinem Querschnitt nahezu unverändert bleibt. Nachdem der Flüssigkeitsstrom den Ringraum um 3600 durchströmt hat, trifft er wieder auf einschiessende Flüssigkeit, so dass der bereits um 3600 gewendete Flüssigkeitsstrom zur Mitte und damit in den trichter artigen Auslass abgelenkt wird. Bei dieser Umlenkung verliert der Flüssigkeitsstrom infolge der geringen Wandreibung nur geringe Energien. Wegen des gerin-
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gen Energieverlustes ist aber auch gleichzeitig der durch die Umlenkung erzeugte Drall innerhalb des Flüssigkeitsstromes sehr hoch.
Dadurch, dass in der zweiten, gleichartig ausgebildeten Umlaufkammer der durch die vorgeschaltete Umlaufkammer in sich in Rotation versetzte Strom nochmals umgelenkt wird, ist eine überaus intensive Vermischung erzielbar und dies unter Aufwand weit geringerer Energien als bei den bekannten Vorrichtungen. Als besonders zweckmässig hat sich dabei eine Ausbildung erwiesen, bei der der Durchmesser des scheiben-oder ringförmigen Hohlraumes der Umlaufkammern etwa fünfmal so gross ist wie der Durchmesser des Einlaufquerschnittes. Die Umlaufkammern können dabei aus keramischem Werkstoff bestehen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Neutralisation von Flüssigkeiten. Die zu neutralisierende Flüssigkeit wird unter Druck und vorzugsweise über ein Regulierventil in die Rohrgabelung --1-- eingeführt.
Ein Teil der Flüssigkeit gelangt über das Rohr --2-- mit hoher Geschwindigkeit in den unteren Teil eines birnenförmigen Hohlkörpers --3--, der mit einem Silo --4-- für das Neutralisationsmittel in Verbindung steht. Eine von einer Elektrode --5-- gesteuerte Dosiervorrichtung --6-- teilt das feinstgemahlene Neutralisationsmittel in solchen Mengen der den Hohlkörper --3-- durchströmenden Flüssigkeit zu, dass nach Zuführen des in der Rohrgabelung --1-- abgespaltenen und durch das Rohr --7-- strö- menden Teiles der zu neutralisierenden Flüssigkeit an der Elektrode --5-- der erforderliche pH-Wert erreicht wird. Das Neutralisationsmittel wird vom ersten Teilstrom der Flüssigkeit nur teilweise gelöst.
Zur guten Vermischung von Lösung und Suspension wird der das Neutralisationsmittel enthaltende Teilstrom tangential in die spiralförmig steigende Rinne --8-- des zylindrischen Formkörpers --9-- einge- führt und gelangt über den zentralen Überlauf --10-- in den Trichter --11--. Der durch das Rohr --7-strömende, abgespaltene Teil der zu neutralisierenden Flüssigkeit wird durch ein Rohrbündel --12-- hinter dem Überlauf --10-- dem das Neutralisationsmittel enthaltenden Teilstrom so zugeführt, dass die Stromfäden beider Teilströme über dem Gesamtquerschnitt gleichmässig verteilt sind.
Zur innigen Durchmischung der zusammengeführten Teilströme dienen eine oder mehrere Umlaufkammern --13--, in deren scheibenförmigen Hohlraum --14-- der Flüssigkeitsstrom tangential eingeführt und durch einen zentralen Auslass --15-- axial abgeführt wird. Hinter der zweiten Umlaufkammer --13-- ist die Neutralisation weitgehend abgeschlossen, so dass die dort angeordnete Elektrode --5-- die Dosierung des Neutralisationsmittels steuern kann.
Die Flüssigkeit gelangt nun mit dem durch die Neutralisation entstandenen Schlamm über eine sich nach unten stark erweiternde Führung --16-- in das Absetzbecken - -17 --, In der Führung --16-- vermindert sich die Strömungsgeschwindigkeit stetig, der Schlamm setzt sich nach unten in Mulden --18-- ab und wird durch Schnecken --19-- in Silos gefördert, während die neutrale und vom Schlamm gereinigte Flüssigkeit unter weiterer Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit nach oben steigt und über den Überlauf --20-- und die Rinne --21-- beispielsweise in die öffentlichen Gewässer abgeführt wird.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Neutralisation und Entstaubung industrieller Abgase, die zum Teil der Vorrichtung gemäss Fig. 1 entspricht. Der Rohrgabelung --1-- wird jedoch nicht zu neutralisierende Flüssigkeit, sondern Wasser bzw. neutralisierte Flüssigkeit über die Pumpe --38-- zugeführt. Wie bei der Vorrichtung nach Fig.
1 gelangt ein Teil der Flüssigkeit über das Rohr --2-- mit hoher Geschwindigkeit in den Hohlkörper --3--, in welchem der durchströmenden Flüssigkeit das in Wasser lösliche Neutralisationsmittel über die von der Elektrode --5-- gesteuerte Dosiervorrichtung --6-- in solchen Mengen zugeteilt wird, dass nach Zuführen des abgespaltenen und durch das Rohr --7-- und das Rohr- bUndel --12-- fliessenden Teilstromes und nach Vermischen beider Teilströme in den Umlaufkammern - der erforderliche pH-Wert erreicht wird. Die Neutralisationsflüssigkeit wird nun von der Pumpe - über die Rohrleitung --27-- Strahldüsen --28-- zugeführt, aus denen die Lösung mit hoher Geschwindigkeit in den Gasabzug --29-- austritt.
Die Strahlen der Neutralisationsflüssigkeit saugen nach Art einer Wasserstrahlpumpe die durch das Rohr --30-- geleiteten industriellen Abgase in den Trichter --31-- des Gasabzuges-29--. Die Strahldüsen --28-- sind in einer Platte --32-- angeordnet. die in einer glockenförmigen Erweiterung --33-- als Boden eingesetzt ist. Zur Verbesserung der Saugwirkung können im Gasabzug --29-- an sich bekannte Mischdüsen angeordnet sein. Die Mischung von Neutralisationsflüssigkeit und Abgas wird nun durch die beiden Umlaufkammern --34-- geführt, in denen eine innige Vermischung der Lösung mit den Abgasen erfolgt und infolgedessen eine Neutralisation und Entstaubung der Abgase eintritt.
Die Mischung von Gas und Flüssigkeit wird über die Rohrleitung --35-einem oben offenen und mit einem Abfluss --36-- versehenen Gefäss --37-- zugeführt, in dem die neutralisierten und entstaubten Abgase nach oben entweichen. Die Flüssigkeit mit dem durch die Neutralisation und Entstaubung entstandenen Schlamm gelangt über den Abfluss --36-- und die sich nach unten stark erweiternde Führung --16-- in das Absetzbecken --17--.
Der Schlamm und die auskri-
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stallisierten Salze sammeln sich in den Mulden --18-- und werden von den Förderschnecken --19-- zu den Silos transportiert, während die verdünnte Salzlösung unter ständiger Verminderung der Geschwindigkeit nach oben steigt, über die Rinne --21-- abfliesst und durch die Pumpe --38-- der Rohrgabelung - und damit dem Kreislauf erneut zugeführt wird.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Salzen, die sich zusammensetzt aus einer Vorrichtung zur Herstellung von Säuren und einer Vorrichtung zur Neutralisation von Flüssigkeiten gemäss Fig. 1. Von der Pumpe --41-- wird Wasser aus dem Absetzbecken --17-- den Strahldüsen --42-- unter hohem Druck zugeführt. Die Strahldüsen --42-- sind in einer Platte --43-- angeordnet, die in einer glockenförmigen Erweiterung --44-- als Boden eingesetzt ist. Die mit hoher Geschwindigkeit aus den Düsen --42-- austretenden Wasserstrahlen saugen nach Art einer Wasserstrahlpumpe das durch das Rohr - zugeführte und im Raum --46-- des Absaugteiles --47-- befindliche, saure Gas, beispielsweise SO3, NO2,HClod.dgl.indenTrichter--48--.
Die Mischung von Wasser und saurem Gas wird nun mit hoher Geschwindigkeit durch die Umlaufkammer --53-- geführt, in die der Strom tangential in ihren ringförmigen Hohlraum --54-- eintritt und durch einen zentralen Auslass --55-- axial abgeführt wird. In dieser Umlaufkammer --53-- erfolgt eine innige Vermischung von Wasser und dem sauren Gas, so dass gleichzeitig eine Absorption eintritt.
Die so entstandene, verdünnte Säure wird nun durch die Pumpe --56-- und eine oder mehrere Düsen - tangential in ein trichterförmiges Gefäss --58-- eingeführt. Über ein Rohr --59-- wird dem trichterförmigen Gefäss --58-- von oben saures Gas mit solchem Druck und solcher Geschwindigkeit zugeführt, dass nach Vermischen mit der durch die Düse-57-eingeführten, verdünnten Säure in der Umlaufkammer--60--eine etwa 50% igue Säure entsteht. Die 50%ige Säure wird durch die Pumpe --61-in die spiralförmig verlaufende Rinne --63-- des Mischkörpers --63-- gedrückt und läuft entlang der Wandung des Trichters --64-- in die Umlaufkammer --65--.
Gleichzeitig wird durch das Rohr --66-dem Trichter --64-- saures Gas mit solchem Druck und Geschwindigkeit zugeführt, dass nach Vermischen mit der 50% igen Säure hinter der Umlaufkammer --65-- eine hochkonzentrierte Säure und ein
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konzentrierte Säure kann über den Stutzen --67 -- in einen Säurebehälter geleitet werden. Soll aus der Säure ein Salz hergestellt werden, so kann sie durch eine Pumpe --68-- einer Neutralisationsanlage gemäss Fig. 1 zugeführt werden.
In Fig. 4 ist eine Anlage zur Neutralisierung von Flüssigkeiten dargestellt, bei der die über die Leitung --70-- zufliessende, zu neutralisierende Flüssigkeit in zwei etwa gleich grosse Ströme--71 und 72-- geteilt wird und jedem Teilstrom durch eine Dosiervorrichtung --73 und 74-- ein im Bunker - 75-- befindliches Neutralisationsmittel, z.B. gebrannter Kalk, in solchen Mengen beigegeben wird, dass die beiden Teilströme unterschiedliche pH-Werte erhalten und ein Teilstrom --71-- stets schwach sauer und der andere Teilstrom --72-- stets schwach alkalisch reagiert.
Das Mischen der zu neutralisierenden Flüssigkeit mit dem Neutralisationsmittel und die daran anschliessende Zugabe von Luft, insbesondere Pressluft, erfolgt mittels Mischkörpern --76,77-- und Umlaufkammern --78,79--, die dem Mischkörper --9-- und den Umlaufkammern --13-- der Fig. 1 entsprechen. Die Dosiervorrichtungen
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keit die erforderliche Geschwindigkeit verleihen. Die Pumpe --84-- ist dabei eine Säurepumpe. Jeder Teilstrom wird in den Umlaufkammern --86,87-- intensiv mit der zugeführten Luft vermischt und mit hoher Geschwindigkeit den Behältern --88,89-- zugeführt.
Die Zuführungsrohre-90, 9l-, welche das Gemisch von schwach saurer und schwach alkalischer Lösung in die Behälter --88, 89-- einführen, ragen tief in den jeweiligen Behälter und münden innerhalb je eines senkrechten Rohres-92, 93-, das vom Behälterboden einen Abstand hat. Die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Zuführungsrohr --90 bzw. 91-- austretende Flüssigkeit bewirkt, dass die im Rohr --92 bzw. 93-- befindliche Flüssigkeit in Pfeilrichtung mitgerissen wird und aus dem Behälter
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erzielt, was zu einer intensiven Vermischung der zuströmenden Lösung mit dem Behälterinhalt führt. Auf diese Weise werden plötzliche Schwankungen des pH-Wertes der zu neutralisierenden Flüssigkeit aufgefangen.
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Die schwach saure Lösung mit einem pH-Wert von beispielsweise 6,5 und die schwach alkalische
Lösung mit einem pH-Wert von beispielsweise 7, 5 fliessen über eine Überlaufrinne-94 bzw. 95-- ab in die Leitung --96--. Eine Pumpe --97 -- drückt nun das Gemisch der schwach sauren und schwach alka- lischen Lösung durch den Mischkörper --98--, in dem der Flüssigkeit zur Oxydation noch Druckluft aus der Leitung --99-- zugeführt wird, und durch die Umlaufkammern --100--. Nach Passieren der Um- laufkammern --100-- gelangt die nun neutralisierte Flüssigkeit in ein Absetzbecken, das dem von Fig. 1 oder 2 entspricht.
Diese erfindungsgemässe Neutralisationsanlage hat den Vorteil, dass sie nicht nur raumsparend und mit geringen Kosten errichtet werden kann, sondern dass sie auch in besonders einfacher Weise gesteuert werden kann. Auch bei extrem starken Schwankungen des pH-Wertes der zu neutralisierenden Flüssigkeit kann mit dieser Anlage eine maximale Neutralisation erreicht werden.
Im Behälter --89-- für die alkalische Lösung ist in Nähe der Überlaufrinne --95-- eine Elektrode - angebracht, welche die Steuerung der Dosiervorrichtungen --73, 74-- übernimmt. Die Steue- rung für den alkalischen Teil bzw. für den Teilstrom --72-- erfolgt derart, dass etwa bei pH-Wert 7 des Behälterinhaltes die Dosiervorrichtung --74-- ihre höchste Leistung erreicht und dem Teilstrom --72-- eine maximale Menge Neutralisationsmittel zuteilt. Mit steigender Alkalität nimmt die Förderleistung der Dosiervorrichtung entsprechend ab, so dass bei einem pH-Wert 8 des Behälterinhaltes kein Neutrali- sationsmittel mehr zugeführt wird.
Die Dosiervorrichtung --73-- für den schwach sauren Teilstrom der
Anlage arbeitet in Abhängigkeit von der Dosiervorrichtung --74-- für den alkalischen Teil in der Weise, dass die Dosiervorrichtung --73-- ihre Förderung beginnt, wenn die Dosiervorrichtung --74-- für den alkalischen Teil mindestens 100/0 ihrer Förderleistung erreicht hat. Die Förderleistung der Dosiervorrich- tung -- 73 : -- für den sauren Teilstrom steigert sich linear mit abnehmender Alkalität an der Elektrode --101-- und erreicht bei pH-Wert 7 die gleiche maximale Leistung wie die Dosiervorrichtung --74-- für den alkalischen Teilstrom. Dem Teilstrom --72-- wird also stets mehr Neutralisationsmittel zugeteilt als dem Teilstrom --71--.
Die durch die Dosiervorrichtung --74-- zugeteilte Menge an Neutrali- sationsmittel auf der alkalischen Seite verhält sich zu der durch die Dosiervorrichtung --73-- zugeteil- ten Menge auf der sauren Seite wie :
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<tb>
<tb> 10% <SEP> 30% <SEP> ; <SEP> 50%; <SEP> 80%; <SEP> 100%;
<tb> 05 <SEP> ; <SEP> 22%; <SEP> 44,3%; <SEP> 77,5%; <SEP> 100%;
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--88gierend, dass sie sich nach Vermischung vollkommen neutralisieren.
Soll ein extrem hoher Neutralisationsgrad erreicht werden, so kann auch die aus dem Behälter-88- überlaufende, leicht saure Lösung und die aus dem Behälter --89-- überlaufende, leicht alkalische Lö- sung über Ventile der Pumpe --97-- zugeführt werden, die in Abhängigkeit von den in den Behältern - 88 und 89-gemessenen pH-Werten mehr oder weniger geöffnet werden. Dabei muss die Summe der Öffnungsquerschnitte der Ventile stets konstant sein. Statt der beiden Ventile kann auch ein Mischven- til benutzt werden und die Elektroden zur Regelung der Ventile bzw. des Mischventils können auch am
Auslass --102-- in das Absetzbecken angeordnet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Vermischen einer Flüssigkeit mit einem pulverförmigen, flüssigen oder gas- förmigen Stoff, mit Umlaufkammer mit tangentialem Einlauf und zentralem Auslauf, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Umlaufkammer (13) einen scheiben-oder ringförmigen Hohlraum (14) auf- weist, dessen Höhe etwa dem Durchmesser des tangentialen Einlaufes entspricht, und dessen zentral und axial zum Ringraum gerichteter Auslass (15) trichterartig mit einer Rundung in den scheiben- oder ring- förmigen Hohlraum (14) übergeht, und dass mindestens zwei derartige Umlaufkammern (13) hinterein- ander angeordnet sind.