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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vibrations-Entwässerungseinrichtung zur Entwässerung von körnigem Material, wie : Sand, sandigem Kies, Kohle, usw., die einen Absetzer, Trüberzuleitung, Wasserableitung, ferner ein mit einem Vibrator verbundenes Austragsrohr, sowie eine Entleerungsöffnung und deren Absperrvorrichtung besitzt.
In dem einschlägigen Fachschrifttum und in der Praxis sind mehrere Verfahren und Einrichtungen bekannt, die zum Trennen in ihre Bestandteile von Trüben aus körnigem Schüttgut und Flüssigkeit dienen. Eine sehr grosse, zur Entwässerung weit verbreitete Gruppe solcher Einrichtungen, die in erster Linie in den Industriezweigen zur Verarbeitung von gekörntem Material, z. B. in dem Erz-, Kohlen-, Mineral-, Sand- und Kiesbergbau Anwendung finden, sind jene Absetz- und Entwässerungsbehälter, die nach dem hydraulischen Prinzip arbeiten und mit einer unteren Fest- stoffaustragöffnung versehen sind.
Ihr gemeinsames Merkmal ist, dass die Konzentration des in der Arbeitstrübe befindlichen Feststoffs durch schwerkraftgemässes Absetzen erfolgt und der sedimentierte, eingedickte, bzw. mehr oder weniger entwässerte Feststoff über die im unteren Teil des Absetzbehälters vorgesehene Entleerungsöffnung von der Trübe getrennt wird, während der überwiegende Teil der Flüssigkeit am Oberteil des Behälters am Überlauf abfliesst. Ein weiteres gemeinsames Merkmal ist, dass sich das Porenvolumen des abgesetzten Feststoff-Körnerhaufens, welches von Wasser ausgefüllt wird, jeweils nach den Gesetzen der schwerkraftgemässen und zentrifugalen Sedimentation gestaltet.
Die nachteilige Eigenschaft der Absetz- und Entwässerungsbehälter mit Gravitationssedimentierung und kontinuierlichem unterem Feststoffausfluss besteht darin, dass solche Einrichtungen mit schlechtem Wirkungsgrad arbeiten, weswegen das entwässerte feste Schüttgut je nach der vorliegenden Kornstruktur und der benutzten Einrichtung einen hohen, 20 bis 40 Gew.-% betragenden Wassergehalt hat, welcher beträchtlich über dem für direkte Verladung auf ein Transportmittel gewünschten Grenzwert von 10 bis 20 Gew.-% liegt. Der niedrige Entwässerungswirkungsgrad ist eine Folge einerseits des grossen Porenvolumens des durch Gravitation sedimentiertem Feststoffanteils, anderseits erfolgt auch der Feststoffaustrag über die untere Öffnung bei den hydraulischen Effekt störenden Bedingungen.
Wegen der am Ausfluss ausgeübten hydraulischen Einwirkung hat das entwässerte Feststoffgut nicht nur einen hohen Wassergehalt, sondern es zeigt auch in der Korngrösse eine starke Streuung, die sich bei der direkten Verwendung sowie beim Transport ungünstig auswirkt. Deswegen muss dann das entwässerte Gut entweder einem Nachentwässerungsprozess unterzogen werden, z. B. durch Deponierung im Freien, oder es verursacht ein unangenehmes, manchmal sogar unzulässiges Abtröpfeln oder Abfliessen des Materials vom Transportmittel.
Bekannt sind auch solche kontinuierlich arbeitenden Absetzeinrichtungen, die bewegte bzw. rotierende Bauteile haben, wodurch ihre Konstruktion kompliziert, ihre Arbeitsweise aber nicht genügend betriebssicher ist und die ausserdem einen beträchtlichen Energie- und Raumbedarf erfordern und schliesslich in ihrer Leistung nicht befriedigend sind.
Bekannt sind ferner auch jene Entwässerungseinrichtungen, welche die Zentrifugalkraft ausnutzen, z. B. die Zyklone. Diese aber haben einen grossen Raumbedarf und zufolge Verschleiss eine starke Abnutzung aufzuweisen, und erreichen dabei einen Eindickungsgrad, der noch niedriger ist als bei den vorerwähnten Einrichtungen. (Siehe Kasatkin : Basisoperationen, Maschinen und Apparate in der chemischen Industrie, Pp. 1956, Seiten 144 bis 148).
Bekannt ist ein Entwässerungsverfahren, das danach trachtet, die obigen Unzulänglichkeiten des Eindickungsprozesses mit einer sich erweiternden Entwässerungsvorrichtung zu verbessern, welch letztere unter dem Ausfluss eines herkömmlichen Suspensions-Klärapparats eingebaut wird.
(Siehe : Kolossov, S. L.-Koszarov, A : Wasseraufbereitung, Seite 109). Es ist jedoch offensichtlich, dass ein so starkes Eindicken der in der Trübe schwebenden Feststoffteilchen, das ein weiteres Entwässern nicht mehr benötigt, auf diese Weise nicht erreicht werden kann. Ebenso bekannt sind zur Entwässerung von Absetzstoffen auch die verschiedenen Schüttelsiebe. (Siehe : Kassatkin : I. M. : Seite 727, Kieser : Handbuch der chemisch-technischen Apparate, Band 3, Seite 1142 und die AT-PS Nr. 265316). All diese sind Maschinen mit grossem Raum- und Energiebedarf, die eher zurKlassierung als zur Eindickung eingesetzt werden.
Bekannt ist schliesslich eine Einrichtung, die zur dynamischen Entwässerung von gekörntem Feinfraktions-Material dient, und bei welcher der hydraulische Eindickungsapparat mit einem
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Vibrations-Verdichtungsgerät verbunden ist (John, P. : Aufbereitungstechnik, 1976, Nr. 11). Diese
Einrichtung könnte sich zwar zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Gravitationsabsetzer mit unterem Ausfluss eignen, doch ist ihr grosser Nachteil die grosse Bauhöhe, die sich aus der Ver- wendung eines Verdichtungsrohres ergibt und ferner auch durch einen abwärts sich verengenden
Rohrquerschnitt gekennzeichnet ist. Diese Eigenheiten führen unumgänglich zu Verstopfungen.
Ein weiterer Mangel der Einrichtung besteht darin, dass das Ausfliessen des Festmaterials nicht in Wechselwirkung zum Materialnachschub steht, so dass durch einen zeitweilig aussetzenden oder verminderten Nachschub Wasserausbrüche an der unteren Ausflussöffnung entstehen können.
Auch fehlt eine Vorrichtung zur Auflockerung des verdichteten Feststoffs, die bei einem Neuanfahren der Einrichtung oder bei einer Über Verdichtung erforderlich wird. Unsere diesbezüglich durch- geführten Versuche haben gezeigt, dass der konstruktive Aufbau der Einrichtung unvorteilhaft ist und kontinuierlich nicht betrieben werden kann. Diesen Mängeln ist es zuzuschreiben, dass sich diese Einrichtung in der Praxis nicht durchgesetzt hat und über ihren Einsatz jegliche Nachrichten fehlen.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer kontinuierlich arbeitenden und einfachen Entwässerungseinrichtung, mittels welcher der Wassergehalt eines Kornhaufens auf den zum direkten Verladen auf ein Transportmittel erforderlichen Wert von 10 bis 20% vermindert werden kann, und bei welcher das Ausbrechen der Flüssigkeitsphase an der für das Ablassen des Feststoffs vorgesehenen unteren Öffnung selbsttätig verhindert wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man den sich im Absetzbehälter unten verdichtenden Kornhaufen durch Vibration auf das möglich kleinste spezifische Schüttvolumen verdichten kann, so dass sich die Teilchen berühren und die Flüssigkeitsphase nur noch das auf diese Weise erzielte, kleinste Porenvolumen ausfüllt. Dieses dichte Agglomerat aber versperrt der Flüssigkeitsphase den Weg nach unten. Die Verdichtung des Teilchenhaufens erfolgt durch Vibration des unter dem Absetzbehälter eingebauten und mit jenem durch ein elastisches Rohrstück verbundenen Austragsrohres. Um den Austritt des verdichteten Feststoffguts aus dem Austragsrohr zu ermöglichen, ist dessen Durchmesser nach unten erweitert ausgeführt.
Als Vorbedingung dazu, dass ein Wasserausbruch nicht erfolgt, muss der untere Teil des Absetzers und das Austragsrohr stets mit sedimentiertem Feststoff angefüllt sein. Deswegen ist im Absetzer ein Niveauabtaster vorgesehen, welcher jeweils die Höhe des sedimentierten Teilchenhaufens wahrnimmt. Sinkt dieser Stand unter den zulässigen Wert, so wird der Mundspalt des Austragsrohres durch die selbsttätige Schliessvorrichtung vermindert bzw. geschlossen und nur dann wieder geöffnet, wenn der Niveauanzeiger meldet, dass der Teilchenhaufen den vorgeschriebenen Stand wieder erreicht hat.
Das Wesen der Einrichtung gemäss der Erfindung besteht also darin, dass sie mit einem, an einen Vibrator angeschlossenen Austragsrohr versehen ist, das mit einem elastischen Bauelement an dem hydraulischen Absetzer anschliesst. Das Ausflussrohr hat einen nach unten erweiterten Querschnitt. Der hydraulische Absetzer ist mit einer materialauflockernden und einer Niveaureguliervorrichtung versehen. Letztere besteht aus Niveauabtaster, Impulswandler und Eingreiforgan. Das Eingreiforgan ist mit dem Ausgang des Impulswandlers, bzw. der Schliessvorrichtung der Entleerungsöffnung verbunden. Am Austragsrohr ist eine elastische Abstützvorrichtung angeschlossen.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, welche ein Ausführungsbeispiel im Vertikalschnitt darstellt.
Die Einrichtung besteht aus einem Absetzer --1--, einem Vibrationsaustragsrohr --2-- mit zur Ausflussöffnung hin erweiterten Querschnitt, einem elastischen Rohrstück --3--, einer Trübezuleitung --4--, einer Wasserableitung-5-, ferner aus einer die Öffnung zur Entleerung der Fest-
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--6--,Eingreiforgan --13-- zur Betätigung der Absperrvorrichtung --6--.
Die Arbeits- bzw. Betriebsweise der hydraulischen Vibrations-Entwässerungseinrichtung gemäss der Erfindung ist folgende :
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Korngrösse über den Überlauf --5-- abgehen. In dem Absetzer --1-- setzt sich aus der Trübe die schwerere Feststoff-Fraktion schwerkraftmässig ab und gelangt aus dem feststehenden Absetzer - in das eine Zitterbewegung vollführende Austragsrohr --2--.
Hier werden die Feststoffteilchen zufolge der vibrierenden Bewegung umgeordnet bzw. verdichtet, wobei die Flüssigkeit zwischen den Teilchen verdrängt wird, wegen ihres geringeren spezifischen Gewichts nach oben steigt, in den Absetzraum-l-gelangt und über den Überlauf --5-- abfliesst. Das Entleeren der Feststoff-Fraktion erfolgt nach dem nötigen Öffnen der die Entleerungsöffnung absperrenden Schliessvorrichtung --6-- unter Einfluss der vibrierenden Bewegung. Der zur Ausflussöffnung hin erweiterte Querschnitt des Austragsrohres --2-- verhindert eventuelle Verstopfungen des Rohres.
Die mechanische Materialauflockerungsvorrichtung --9--, welche ein spiralisches Ablenkblech, eine Auflockerungskette usw. sein kann, hat die Aufgabe, die gleichmässige Anordnung des sedimentierten festen Anteils zu fördern und die Bildung von Teilchenagglomerationen, die im Absetzraum etwa Verstopfungen verursachen könnten, aufzulockern. Zur fallweise notwendigen Unterstützung dieser Operation dient auch die hydraulische oder pneumatische Materialauflockerungsdüse --10--, die besonders bei dem Neuanfahren der Einrichtung nach längerer Stillstandszeit erforderlich wird.
Das Öffnen und Schliessen bzw. die Spaltweiteregulierung der Schliessvorrichtung --6--, und damit das im Gleichgewicht-Halten der einströmenden und ausströmenden Feststoffmenge erfolgt automatisch. Diese Regulierung wird vom Niveauabtaster --11--, dem Impulswandler --12-- und dem Eingreiforgan --13-- gemeinsam verrichtet. Aufgabe des Niveauabtasters ist die Niveauwahrnehmung des festen, Übergangs- und dünnflüssigen Absetzguts, auf Grund deren der Impulswandler - die gewünschte Operation, das Anlassen und Abstellen des Vibrators --8--, das Öffnen und Schliessen der Schliessvorrichtung --6-- und die eventuell nötige Spalteinstellung, lenkt.
Bei der Entwässerung von gekörntem Material von naturgemässem Kornanfall hat die Einrichtung gemäss der Erfindung gegenüber den bisher bekannten und angewandten hydraulischen Gravitations-Absetzern bzw. Entwässerungsgeräten mit unterem Ausfluss den Vorteil, dass ihr Wirkunggrad besser ist, der Entwässerungsprozess sich schneller abspielt, die Arbeitsweise kontinuierlich und automatisch, zur Sicherung einer wesentlich grösseren Kapazität geeignet, und deshalb auch wirtschaftlich ist.
'Mit der Einrichtung gemäss der Erfindung lässt sich je nach dem Kornanfall im Schüttgut ein Wassergehalt von 10 bis 20% erzielen. Dadurch aber wird das entwässerte Kornagglomerat zur direkten Verladung auf Transportmittel geeignet gemacht.
Gegenüber den im einschlägigen Schrifttum bekannten hydraulischen Vibrations-Entwässerungs- einrichtungen hat die Einrichtung gemäss der Erfindung den Vorteil, dass die sich zur Entleerungs- öffnung hin erweiternde Bauart der Entwässerungsvorrichtung eine von Verstopfungen freies Verdichten sichert, ferner die beim Neuanfahren oder Über verdichten nötig werdende Auflockerung des Feststoffguts ermöglicht, und durch eine während des ganzen Entwässerungsprozesses automatisch arbeitende Regulierungsvorrichtung einen kontinuierlichen Betrieb gewährleistet.
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