<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het bereiden van calciumsulfaat- halfhydraat in s-configuratie.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichring voor het bereiden van ealciumsulfaaehalfhydraat in aconfiguratie. a-Halfhydraat ontstaat uit calciumsulfaatdihydraat door nacce dehydratatie in vochtige atmosfeer onder druk bij iets boven IQQ C of in bepaalde zurr- of zoutoplossingen zonder druk en bij lagere temperaturen. De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van α-halfhydraat volgens eerstgenoemde werkwijze.
Daarbij heeft de dehydrataeie plaats in een autoclaaf, waartoe volgens de stand der techniek bijvoorbeeld gipsstenen van 30 - SO mm middellijn bij 2 - 4 bar damaaruk circa 3 - 4 uur lang worden verhit.
Bijzondere problemen ontstaan bij de dehydratatie van synthetische gipsen, in het bijzonder chemiegipsen en rookgasontzwavelingsgipsen, omdat deze ten opzichte van natuurgipsen veel fijner verdeeld zijn en deeltjesgrootten van duidelijk beneden ! QO um vertonen. Ook het kristalgedrag wijkt van dat van de natuurlijke gipsen af. Bovendien ligt de hoeveelheid adsorpcief aan het oppervlak gebenden vocht bij deze gipsen van 10 gew.Z en meer duidelijk boven die van natuargipsen (circa J -3 gew. Z.
Juist rookgasgipsen ontstaan door de wettelijk voorgeschreven rookgasontzwavelingsinrichtingen in grote hoeveelheden en er bestaat een dringende Behoefte deze gipsen op zinvolle wijze verder te verwerken.
De dehydracacie van fijnverdeelde industriegipsen tot ahalfhydraat geschiedt bij de stand der techniek zodanig, dat men
EMI1.1
eerst suspensies met een watergehalte van ten dele meer dan 50 gew.
%bereidt en deze vervolgens in een autoclaaf onder inwerking van waterdamp onder spanning in een met water verzadigde omgeving onc- watert. Deze werkwijze vereist een hoge investering aan apparatuur, omdat de suspensies tijdens de omzetting in de autoclaaf bewogen en vervolgens mat ontwateringsmachines (bijvoorbeeld filterpersen) moeten worden ontwaterd alvorens ze worden gedroogd ter verwijdering van het adsorptief gebonden rescwaeer.
<Desc/Clms Page number 2>
Daarbij zijn ook de problemen van rehydratatie tussen autoclaaf en drooginrichting niet bevredigend opgelost.
Dienovereenkomstig berust de onderhavige uitvinding op de opdracht een werkwijze en een inrichting te geven, waarmee zowel natuurgipsen als synthetische gipsen, in het bijzonder rookgasontzwavelingsgipsen, met zo min mogelijk investering en tenminste quasi continu onder zoveel mogelijke vermijding van rehydratatie, in a-halfhydraat kunnen worden omgezet. Daarbij et bij voorkeur ook & ij de dehydratatie van synthetische gipsen (industriegipsen) worden afgezien van de volgens de stand der techniek noodzakelijke verwerking van de gipsen tot suspensies, omdat deze een groter. energieverbruik bij de daaropvolgende dehydratatie nodig maken.
Daarbij moet namelijk niet alleen het vastestofgehalte (met een betrekkelijk geringe soortelijke warmte) op de reactietemperatuur worden verhit, maar ook het aanzienlijke watergehalte in de suspensie, waardoor slechts een fractie van de ingezette energie voor de eigenlijke dehydratatie ter beschikking is.
De nieuwe werkwijze omvat de volgende trappen, waarbij men : a) het in wezen uit calciumsulfaatdihydraat bestaande uitgangsmateriaal in een tenminste van boven open transporthouder brengt, pal de aldus gevulde transporthouder in een autoclaaf brengt, cl het materiaal met waterdamp onder spanning in de autoclaaf behandelt totdat het is omgezet in calciumsulfaathalfhydraat van de a-configuratie, dl de transporthouder uit de autoclaaf neemt en het vochtige materiaal rechtstreeks in een verhitte trog uitschudt, el hat in de trog gebrachte materiaal achtereenvolgens via een uitlaatopening op een verhit transportaggregaat brengt, fl. de materiaalstroom met het transportaggregaat in een drooginrichting brengt,
g1 het vochtige materiaal in de drooginrichting van adsorptie aanhechten restvater bevrijdt en hl het gedroogde materiaal wegneemt en in een opslagof transportvat overbrengt.
Bij voorkeur worden daarbij tussentrappen a} en bl in het in de transporthouder gebrachte uitgangsmateriaal van boven
<Desc/Clms Page number 3>
gaten of langgerekte kanalen geponst.. Hierdoor wordt een groter vrij oppervlak van het materiaal in de autoclaaf ter beschikking gesteld.
De middellijn van de kanalen moet daarbij 0, 5-5 cm, bij voorkeur 1 - 2 c : m èedragen. De kanalen kunnen ook in de massa worden geboord of gedraaid of anderszins worden aangebracht.
Verder is het voordelig als de autoclaaf na ontvangst van de transporthouder volledig wordt ontlucht en pas vervolgens met waterdamp onder spanning wordt gevuld onder instelling van een temperatuur in de autoclaaf van 105-180 C, dan de hydre thermie omstandigheden in de autoclaaf in stand te houden totdat het ealeiumsulfaatdihydraat volledig in calciumsulfaathalfhydraat van de a-configuratie is omqezet. alvorens de autoclaaf vervolgens tot normale druk. af te laten en het gevormde calciumsulfaathalfhydraat weg te nemen en naar de verhitte trog over te brengen.
Hat is & ij deze werkwijze niet nodig als uitgangsmateriaal een suspensie in water te gebruiken, die een katalytische activiteit ten opzichte van de kristallisatie van a-halfhydraat als medium voor de dehydratatiereactie heeft. Veeleer heeft de uitvinding onderkend, dat de lucht, die zieh tussen de deeltjes bevindt, een essentieel probleem bij de dehydratatie in de autoclaaf is.
Door kleine of grotere luchtkussens tussen de afzonderlijke vastestofdeeltjes van hat uitgangsmateriaal wordt namelijk de warmteoverdracht bij de daaropvolgende behandeling in de autoclaaf aanzienlijk Bemoeilijkt. Al naar gelang de vulling in de autoclaaf uitvalt,
EMI3.1
komen er ook ij langere behandeling in de autoclaaf nog onregel- matigheden in de temperacuursverdeling in de autoclaaf voor en daardoor schommelende dehydratatiegraden en daardoor verschillende kwaliteiten van het eindprodukt. Met de uicvinding werdt 1'1et daarentegen gelijk gemaakt de luchtkussens tussen de vaste stofdeeltjes terzijde te stellen. Dit wordt bereikt door de inge- ponste gaten of kanalen, waardoor de lucht bij het ontluchten beter kan worden afgezogen.
Daarbij blijft er dan echter een soort "skelet"uit vastestofdeeltjes bestaan met zich daartussen bevindende holle ruimten, waarin de vervolgens onder spanning in de autoclaaf gebrachte waterdamp dan zondermeer gemakkelijk en gelijkmatig kan binnendringen.
Het verhitten van het uitgangsmateriaal op de beoogde temperatuur geschiedt daarbij door toevoer van de warmte, die bij de condensatie van de waterdamp tegen de koudere oppervlakken
<Desc/Clms Page number 4>
van de vastestofdeeltjes vrijkomt.
Door het "open skelet" zal niet alleen het onmiddellijk naar dadamp gekeerde oppervlak zeer snel de in de autoclaaf heersende temperatuur aannemen, maar ook de deeltjes binnenin de vulling, die de waterdamp via de ontluchte holle ruimten (kanalen) van de vulling en rechtstreeks kan bereiken.
Daarmee wordt niet alleen een zeer veel snellere, maar ook een gelijkmatigere warmteoverdracht op het materiaal bereikt, zodat de dehydratatie, die zich daarbij voltrekt, eveneens bepaald in kortere tijd kan verlopen.
Voor de ontluchting zijn er verschillende mogelijkheden.
Een mogelijkheid is de autoclaaf met waterdamp te spoelen. Daarbij drijft de waterdamp de lucht tussen de afzonderlijke deeltjes van het materiaal uit, waarbij ook hier de ingeperste gaten, respectievelijk kanalen positief werken. De spoeling met waterdamp kan ook bij atmosferische druk plaatshebben.
Bij een eventuele andere uitvoeringsvorm wordt de ontluchting uitgevoerd met een evacueerinrichting, bijvoorbeeld een vacuümpomp. Ook hier zijn de gaten of kanalen, quasi ontluchtingsbanen, waarlangs de lucht kan worden afgezogen. Het effect is hetzelfde en de lucht tussen de vastestofdeeltjes wordt volledig afgezogen.
Bij een derde uitvoeringsvariant gaat men aldus te werk, dat men eerst de autoclaaf met waterdamp behandelt onder instelling van een druk. van circa 2 - 3 har, eventueel ook hoger. De lucht tussen de deeltjes wordt daarbij gecomprimeerd en ontwijkt vooreerst niet. Door vervolgens te ontspannen (drukaflating). gelukt het de lucht tussen de deeltjes uit te trekken, waarbij de lucht tegelijkertijd, in het bijzonder via de ingeponste gaten of kanalen wordt afgevoerd. Hoe groter de drukdaling (maximaal tot atmosferische druk) is, hoe energieker de ontluchting plaatsheeft.
Proeven hebben aangetoond, dat bij instelling van een druk van 2, 5 bar bij de eerste trap een daaropvolgende ontspanning tot ongeveer 1, 5 bar voldoende is om een nagenoeg volledige ontluchting te Bereiken.
Proeven hebben verder aangetoond, dat het in den regel voldoende is de evaeuering tot ongeveer 10% uit te voeren teneinde zoveel lucht weg te zuigen, dat vervolgens een voldoende poriënruimte ter beschikking staat om de vervolgens onder spanning toegevoerde waterdamp volledig en gelijkmatig in de holle ruimten te kunnen
<Desc/Clms Page number 5>
leiden.
Teneinde een daaropvolgende rehydratatie van het uit de autoclaaf genomen materiaal te verhinderen wordt volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding voorgesteld het materiaal in de tijd tussen verwijdering uit de autoclaaf en overbrenging naar de drooginrichting op een temperatuur boven 800 C te houden.
Dit geschiedt bij voorkeur met indirecte warmteoverdracht met behulp van nog nader te beschrijven inriehtingsonderdelen,
Daarbij is het ook voordelig het materiaal op de weg tussen autoclaaf en drooginrichting te verkleinen. "Verkleinen" becekent hier, dat het fijnverdeelde, ten dele tot klontjes geagglo- mereerde materiaal weer tot een stroom fijnmateriaal wordt verdeeld. Hierdoor wordt het aandeel van de vrije oppervlakken duidelijk vergroot en daardoor kan de drooginrichting doeltreffender werken. Zoals reeds vermeld wordt volgens de uitvinding voorgesteld zowel de trog, waarin het materiaal vanuit de transporthouder wordt overgebracht, alsmede de daaropvolgende transportinrichting naar de droger te verhitten.
Daarbij wordt verder voorgesteld de trog bij voorkeur dubbelwandig uit te voeren en de holte tussen de wanden met een
EMI5.1
verhittingsmedium, bijvoorbeeld hete waterdamp of thermo-olie te verhitten. De trog kan echter ook electrisch worden verhit.
De trog, die bij de inrichting van de uitvinding een soort stuwfunctie vervult, moet het uit de transporthouder afkomstige materiaal zo achtereenvolgens mogelijk aan de transportinrichting afgeven, in verband waarmee volgens een voordelige uitvoeringsvorm wordt voorgesteld de trog tussen zijn opneemeinde en afgifte-einde uit te voeren met een cralierooster, waardoor de materiaalstroom nog eens verdeeld wordt. In plaats van een tralierooster kunnen ook spanzeilen over de doorsnede van de trog, die bij voorkeur trechtervormig is uitgevoerd, worden gespannen.
Als transportaggregaat- wordt volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding een trogkettingeransporteu-r voorgesteld, die op bijzondere wijze geschikt is het hete, vochtige en kleverige calciumsulfaathalfhydraat continu en zonder klontvorming te vervoeren.
Ook de trogketing ; ransporteur werdt verder ver it en wel hetzij in analogie mee de bovenbeschreven verhitting van de
<Desc/Clms Page number 6>
trog via een dubbelwandig uitgevoerd omhulsel, hetzij electrisch.
Het omhulsel zelf is volkomen gesloten uitgevoerd,, ook in het overgangsgebied bij de trog, teneinde warmteverliezen te verhinderen en de beveiliging van de inrichting tegen ongelukken te vergroten.
De trogketmgeransporteur wordt bij voorkeur naar de drooginrichting omhoog uitgevoerd, wat de verdeling van de materiaalstroom over de transportweg begunstigt.
Als drooginrichting wordt volgens de uitvinding een schoependroger voorgesteld, wiens schoepen, assen en/of mantel met een verhittingsmiddel kunnen worden doorstroomd.
Schoependrogers zijn geschikt gebleken voor thermische behandeling van bijvoorbeeld oliezaden, tabakssoorten en graanmeel, maar zij kunnen verrassenderwijze eveneens voordelig worden gebruikt voor het drogen van calciumsulfaathalfhydraat. Door een goede materiaaldoorstroming wordt hiermee een gelijkmatige droging en produktkwaliteit bereikt.
De warmteoverdracht geschiedt daarbij door rechtstreeks contact met de verhitte wanden van de afzonderlijke constructieonderdelen. Grote hoeveelheden lucht om de warmte over te brengen, zijn niet nodig ; er is alleen een kleinere luchtstroom (of stroom van inert gas ! nodig om de warmte te verwijderen.
De schoependroger bestaat uit een trog met rondom lopende mantel en bijvoorbeeld twee of vier aangedreven assen. Op de assen zijn holle, wigvormige schoepen, loodrecht op de asrichting en evenwijdig aan elkaar aangebracht. De schoepen van een as bewegen zich tussen de schoepen van de naburige as door. Daarbij wordt een hoge oppervlakte-volumeverhouding bewerkstelligd.
EMI6.1
Ret calciumsulfaathalfhydraat aan een kant van de trog ingevoerd en wordt naar de andere kant getransporteerd op grond van hydrostatische krachten. De verwijdering geschiedt via een overeenkomstige overloop.
De schoepen dienen derhalve niet voor transport van het materiaal, maar alleen voor warmteoverdracht.
Daarbij maet men de totale inrichting zodanig laten werken, dat het behandelde materiaal tussen uitgangseinde van de autoclaaf en uitgangseinde van de drooginrichting nooit beneden een temperatuur van circa 800C afkoelt.
Men kan de inrichting van de uitvinding bijzonder voordelig
<Desc/Clms Page number 7>
laten werken als men de uit de autoclaaf verwijderde waterdamp onder spanning tegelijkertijd gebruikt voor verhitting van de daaropvolgende inrichtingsonderdelen.
De reeds eerder beschreven ontsluiting van het uitgangsmateriaal voor de daaropvolgende ontluchting kan worden begunstigd doordat de wanden en/of de bodem van de transporthouder zijn voorzien van gaten, zodat op weg naar de autoclaaf en in het bijzonder tijdens het in- ponsen- van de gaten en/of kanalen overtollig water reeds kan weglopen.
Hiertoe wordt de houder bij voorkeur op een overeenkomstige afstandhouder boven een kuip aangebracht, waarin het water kan wegvloeien.
De ponsinrichting zelf kan betrekkelijk eenvoudig uitgevoerd zijn en kan bijvoorbeeld bestaan uit een plaat, aan de onderkant waarvan cilindervormige staven steken, die in het uitgangsmateriaal worden gedrukt.
Ook een zo continu mogelijk (quasicontinu) materiaaltransport te bereiken wordt volgens de uitvinding verder voorgesteld de inrichting met een kippiarichting voor de transporthouder uit te rusten, waarmee het materiaal uit de transporthouder in de cilindervormige trog wordt overgebracht, waarbij de trog bij voorkeur is uitgerust met een deksel, die gesloten wordt, zodra de transporthouder geheel geledigd is. Hierdoor wordt ook in het gebied van de trog warmeeverlies zo veel mogelijk verhinderd.
Ter voorkoming van herhalingen wordt met betrekking tot de constructie en de wijze van werken van de autoclaaf verwezen naar de volgende figurenoeschrijving, die echter niet beperkend is.
Andere kenmerken van de uitvinding blijken uit de kenmerken van de overige conclusies alsmede uit de andere stukken van de aanvrage.
Met behulp van de werkwijze van de uitvinding en met de bijbehorende inrichting wordt een quasicontinue bereiding van calciumsulfaat & alfhydraae van de cl-configuratie ook door dehydratatie van industriële gipsen mogelijk gemaakt, waarbij het voor de dehydratatie vererste energieve@broik buitengewoon klein is, omdat het uitgangsmateriaal niet meer tot suspensies moet worden verwerkt, maar direct kan wordengedehydrateerd.
Ook door gebruik van transporthouders van grootvolume, die bijvoorbeeld 1Saa kg gips of meer kunnen bevatten, wordt een groot doorgangsrendement bereikt.
Da uitvinding wordt vervolgens nader verduidelijkt aan de hand van een tekening, die op zeer schematische wijze een
<Desc/Clms Page number 8>
inrichting volgens de uitvinding voorstelt.
Met IQ is daarbij een transporthouder voor het bevatten van gips, in het bijzonder synthetisch gips afgebeeld. Zoals in het bijzonder uit de vergrote-afbeelding onder de bovenste helft van de tekening blijkt, bestaat transporthouder 10 uit vier geperforeerde wanden en een geperforeerde bodem en is op een (niet afgebeelde afstandhouder in een kuip 12 geplaatst.
Transporthouder ]0 met kuip 12 is met vier wielen verrijdbaar uitgevoerd.
Nadat het gips is gebracht in de transporthouder, waarvan het volume hier 1 m3 bedraagt, wordt de houder in de transportrichting (pijl Tl naar rechts verschoven en wel onder een ponseenheid 14.
Deze bestaat uit een plaat 14a en een aantal loodrecht-daarvan omlaag stekende cilindrische sta. ven. 14b. Ponseenheid J4 is met een (niet afgebeelde) hefinrichting verticaal beweegbaar in de in de transporthouder 10 aanwezige gipsmassa, zodra transuorthouder 10 onder ponseenheid J4 is gereden. Bij het zakken van ponseenheid J4 worden daarbij langwernige kanalen in de gipsmassa gedrukt, die ook na het wegnemen van de. ponseenheid aanwezig blijven, omdat in het bijzonder industrieel afvalgips een zeer kleverige, ook na vervorming vormvast massa is.
Kuip-12 dient voor het opvangen van water, dat door de perforaties van transporthouder 10 naar buiten kamt.
Transporthouder 10 wordt met het te dehydrateren materiaal vervolgens in een autoclaaf 16 gereden, waarvan deuren 18 vervolgens worden gesloten.
Autoclaaf 16 is met een evacueerinrichting 22 uitgevoerd, waarvan het essentiële onderdeel een vacuumpomp 20 is. Met vacuumpomp 20 wordt autoclaaf 16 nu onder vacuum gebracht totdat tenminste 70% van de in de autoclaaf tot dusver aanwezige lucht is afgezogen.
Daarbij wordtdetussende vastestofdeeltjes van het gips aanwezige lucht afgezogen en er ontstaat een soort "open skelet".
Wanneer nu de autoclaaf met waterdamp onder spanning wordt gevuld onder instelling van een temperatuur in de autoclaaf van 105 - 1800C bij verzadigde waterdampatmosfeer, zal niet alleen het onmiddellijk naar de damp toegekeerde oppervlak van het gips zeer snelde heersende temperatuur in de autoclaaf aannemen, maar ook de deeltjes binnenin de vulling, waar de waterdamp via
<Desc/Clms Page number 9>
de tevoren ingeponste. kanalen van de vulling en de ontlucht holle ruimten snel en rechtstreeks naartoe kan komen.
De vochtige atmosfeer onder druk bij de genoemde temperaturen wordt in stand gehouden totdat de omzetting van dihydraat in a-halfhydraat zo volledig mogelijk is geschied. Daarbij kan in den regel geen 100% omzetting worden bereikt. Het begrip"volledige omzetting" moet derhalve zodanig worden opgevat, dat een zo ver mogelijke omzetting, bijvoorbeeld tot 98% of meer bedoeld is.
Bij een autoclaaf, waarin bijvoorbeeld drie transporthouders 10 met telkens 1, 5 m3 afvalstof (rookgasontzwayelingsgips) worden afgegeven, bedraagt de verblijftijd circa 1, 5 uur.
Vervolgens wordt de atmosfeer in de autoclaaf tot normale druk afgelaten.
Vervolgens worden deuren J8 van autoclaaf 16 door verschuiving naar boven geopend en worden de een of meer transporthouders in transportrichting T naar rechts uit de autoclaaf gehaald. Daarna wordt het materiaal uit een transporthouder zo onmiddellijk via een op zichzelf niet afgebeelde kippinrichting (pijl K) in een troc 24 gekippt, waarvan deksel 26 vooraf is geopend. De gehele inhoud van de houder valt daarbij in trog 24 en wordt op weg naar uitlaat 28 aan de onderkant via een tralierooster 30 in stukken gedeeld. Daar voor is deksel 26 weer gesloten.
Trog 24 is dubbelwandig uitgevoerd en de holle ruimte van de wanden wordt voortdurend met hete stoom gevuld teneinde in trog 24 een temperatuur van meer dan 80 C, bij voorkeur van 90-300 C te handhaven.
Het in trog 24 gebrachte materiaal valt daarna in stukken op een trogkettingcransporteur 32, die in de transportrichting T omhooglopend is uitgevoerd. Trogkectingtraasporteur 32 veroont een volkomen gesloten omhulsel, dat, evenals het omhulsel van trog 24, weer met hete stoom wordt behandeld teneinde bij het transport onderweg naar drooginrichting 36 afkoeling van het getransporteerde materiaal te verhinderen. Hierdoor wordt vooral ook een rehydratatie van het materiaal verhinderd.
Het bovenste uitlaateinde 34 van crogkeccingtransporteur 32 gaat direct over in de opneemopening van drooginrichting 36, die hier als schoependroger is uitgevoerd. Schoependroger 36 is in transportrichting T wat hellend uitgevoerd, zodat de materiaalstroom op weg naar uitlaat 38 van drooginrichting 36 automatisch
<Desc/Clms Page number 10>
vooruitgetransporceerd wordt.
Schoependroger 36 bestaat uit twee evenwijdig naast elkaar aangedreven assen, waarop holle, wigvormige schoepen, loodrecht op de asrichting zijn aangebracht, waarbij de schoepen van de afzonderlijke assen wat verschoven ten opzichte van elkaar zijn aangebracht. Zo bewegen de schoepen van een as precies tussen twee schoepen van de naburige as door. Hierdoor wordt een hoge oppervlak-volumeverhouding bewerkstelligd. Het produkt wordt op weg naar uitlaat 38 op grond van hydrostatische krachten ge- eransporteerd. Uitlaat 38 behelst een overloop.
Als warmceoverdragend medium gebruikt men weer waterdamp, dat in de assen, schoepen, respectievelijk mantel van de drooginrichting wordt ingevoerd (pijl Hl, die, als uiteengezet, weer als holle lichamen zijn uitgevoerd. Het verhittingsmedium stroomt daarbij van een kant van de as naar de andere kant.
Omdat bij de schoependroger de afzonderlijke, wigvormige schoepen het produkt zelf niet transnorce ? en, maar hee tr nsnort slechts opgrond van de hydrostatische krachten plaatsheeft, bewerkstelligen de afzonderlijke schoepen slechts een losmaking van het ten dele nog kleverige, vochtige materiaal, waardoor het droogrendement als geheel wordt verhoogd. Onder de schematische voorstelling van droger 36 is in de figuur een doorsnede van een schoep, alsmede de weg van de hete stoom (pijl El voorgesteld.
Doordat de warmteoverdracht door direct contact met de verhitte metalen wand van de constructieonderdelen van de schoependroger plaatsheeft, zijn grote hoeveelheden lucht voor de warmteoverdracht niet nodig en kan het energieverbruik dientengevolge klein worden gehouden.
Omgekeerd kan de inrichting met hoge k-waarden werken, wat economisch bedrijf Bevordert.
Op grond van het grote droogrendement kan de inrichting zelf betrekkelijk klein worden uitgevoerd, zonder dat men capaciteitsverliezen op de koop toe moet nemen.
De wigvormige schoepen zijn zelfreinigend en worden met betrekkelijk gering aantal omwentelingen aangedreven.
Voor een drooginrichting met een doorstroomhoeveelheid van ongeveer J5QOO kg/uur calciumsulfaathalfhydraat van de a-confi- guratie met een vochtgehalte bij het begin van circa 25 gew. Z en een vochtgehalte bij uitlaat 38 van ongeveer 0 grew. %, is slechts
<Desc/Clms Page number 11>
een inrichting met een totale lengte van 6 m nodig.
De hete stoom voor het verhitten van de inrichting wordt zodanig ingesteld, dat het materiaal steeds een temperatuur van ongeveer 100 - 130 C vertoont.
Met de inrichting van de uitvinding kan men quasicontinu calciumsulfaatdihydraat in halfhydraat van de a-configuratie omzetten onder vermijding van een tussentijdse opslag, waardoor tegelijkertijd een rehydratatie van het materiaal zeker wordt verhinderd.
Daardoor kan men bij uitlaat 38 van de inrichting continu een a-halfhydraat van optimale kwaliteit winnen en in geschikte transportvaten of silo's brengen.
<Desc / Clms Page number 1>
Process and apparatus for preparing calcium sulfate semhydrate in s-configuration.
The invention relates to a method and an apparatus for preparing calcium sulfa half hydrate in a configuration. α-Semihydrate is formed from calcium sulfate dihydrate by subsequent dehydration in a humid atmosphere under pressure at slightly above IQQ C or in certain acid or salt solutions without pressure and at lower temperatures. The invention relates to the preparation of alpha-half-hydrate according to the first-mentioned method.
The dehydration takes place in an autoclave, for which, according to the prior art, gypsum stones of 30 - SO mm diameter at 2 - 4 bar damuk are heated for approx. 3-4 hours.
Particular problems arise with the dehydration of synthetic gypsum, in particular chemical gypsum and flue gas desulphurisation gypsum, because these are much finer than natural gypsum and have particle sizes of well below! Exhibit QO um. The crystal behavior also deviates from that of the natural plaster. In addition, the amount of adsorbed moisture adhered to the surface of these plaster casts of 10 wt. Z and more clearly exceeds that of natuar plaster (approx. J -3 wt. Z.
Flue gas plaster casts in large quantities are required by statutory flue gas desulphurisation devices and there is an urgent need to further process these plaster casts in a meaningful way.
In the prior art, the dehydration of finely divided industrial gypsum to a half hydrate is such that
EMI1.1
first suspensions with a water content in part of more than 50 wt.
% and then de-water it in an autoclave under the action of water vapor under tension in a water-saturated environment. This process requires a high investment in equipment because the suspensions are autoclaved during conversion and then dewatering mat dewatering machines (e.g. filter presses) must be dehydrated prior to drying to remove the adsorptively bound residue.
<Desc / Clms Page number 2>
In addition, the problems of rehydration between autoclave and dryer are not satisfactorily solved.
Accordingly, the present invention is based on the assignment to provide a method and an apparatus with which both natural gypsum and synthetic gypsum, in particular flue gas desulfurization gypsum, can be converted into α-semi-hydrate with as little investment as possible and at least almost continuously, while avoiding rehydration as much as possible. converted. Preferably, the dehydration of synthetic gypsum (industrial gypsum) is also omitted from the processing of the gypsum into suspensions, which is necessary according to the state of the art, because they are larger. energy consumption during subsequent dehydration.
Namely, this involves heating not only the solids content (with a relatively low specific heat) at the reaction temperature, but also the considerable water content in the suspension, so that only a fraction of the energy used is available for the actual dehydration.
The new process comprises the following steps, in which: a) the raw material consisting essentially of calcium sulphate dihydrate is placed in an at least open-top transport container, and the transport container thus filled is filled in an autoclave, cl the material is treated with water vapor under pressure in the autoclave. until it is converted to α-configuration calcium sulfate semhydrate, take the transport container out of the autoclave and shake the moist material directly into a heated trough, transfer each hat into the trough through an outlet to a heated transport unit, fl. brings material flow with the transport unit into a dryer,
g1 frees adhering adhering the moist material in the drying device from residual water and hl removes the dried material and transfers it to a storage or transport vessel.
Preferably, intermediate steps a} and b1 are introduced into the transport material from above from the top
<Desc / Clms Page number 3>
punched holes or elongated channels .. This provides a larger free surface of the material in the autoclave.
The diameter of the channels must thereby carry 0.5-5 cm, preferably 1 - 2 cm. The channels can also be drilled, twisted or otherwise mounted in bulk.
Furthermore, it is advantageous if the autoclave is fully vented after receipt of the transport container and only then is filled with tension under water vapor under setting a temperature in the autoclave of 105-180 C, then to maintain the hydrothermal conditions in the autoclave. until the ealeium sulfate dihydrate is fully converted to calcium sulfate semhydrate of the α-configuration. before autoclaving then to normal pressure. and remove the calcium sulfate semhydrate formed and transfer it to the heated trough.
This process does not require the use as a starting material of a suspension in water which has a catalytic activity with respect to the crystallization of α-semi-hydrate as a medium for the dehydration reaction. Rather, the invention has recognized that the air contained between the particles is an essential problem in autoclave dehydration.
Namely, because of small or larger air cushions between the individual solid particles of the starting material, the heat transfer during the subsequent autoclave treatment is considerably hindered. Depending on the filling in the autoclave,
EMI3.1
In the case of longer autoclave treatment, irregularities in the temperature distribution in the autoclave also occur and, as a result, fluctuating degrees of dehydration and therefore different qualities of the end product. With the invention, on the other hand, it was made equal to set aside the air cushions between the solid particles. This is achieved through the punched holes or channels, which allow the air to be extracted better when venting.
In this case, however, a kind of "skeleton" continues to consist of solid particles with hollow spaces between them, into which the water vapor subsequently introduced into the autoclave can then easily and evenly penetrate.
The starting material is heated to the target temperature by supplying the heat which, during the condensation of the water vapor, against the colder surfaces.
<Desc / Clms Page number 4>
of the solid particles are released.
Due to the "open skeleton" not only the surface immediately facing the vapor will very quickly assume the temperature prevailing in the autoclave, but also the particles inside the filling, which can pass the water vapor through the vented cavities (channels) of the filling and directly to achieve.
This not only achieves a much faster, but also a more uniform heat transfer to the material, so that the dehydration which takes place in this way can also be determined in a shorter time.
There are various options for venting.
One option is to rinse the autoclave with water vapor. The water vapor expels the air between the individual particles of the material, the pressed holes and channels here also having a positive effect. The rinse with water vapor can also take place at atmospheric pressure.
In an optional other embodiment, the venting is carried out with an evacuation device, for example a vacuum pump. Here, too, the holes or channels are quasi venting lanes through which the air can be extracted. The effect is the same and the air between the solid particles is completely extracted.
In a third embodiment, the procedure is that of first treating the autoclave with water vapor under pressure adjustment. of about 2 - 3 har, possibly also higher. The air between the particles is thereby compressed and does not initially escape. By then relaxing (pressure release). managed to extract the air between the particles, the air being exhausted at the same time, in particular through the punched holes or channels. The greater the pressure drop (maximum to atmospheric pressure), the more energetic the venting takes place.
Tests have shown that when a pressure of 2.5 bar is set at the first stage, subsequent relaxation to about 1.5 bar is sufficient to achieve nearly complete venting.
Tests have further shown that, as a rule, it is sufficient to carry out the evacuation up to about 10% in order to extract so much air that a sufficient pore space is then available for the water subsequently supplied under tension to be filled completely and evenly in the cavities. can
<Desc / Clms Page number 5>
lead.
In order to prevent subsequent rehydration of the material taken from the autoclave, according to an advantageous embodiment of the invention it is proposed to keep the material at a temperature above 800 ° C between the time of removal from the autoclave and transfer to the dryer.
This preferably takes place with indirect heat transfer by means of device components to be described in more detail,
It is also advantageous to reduce the material on the road between the autoclave and the drying device. Here, "comminution" calculates that the finely divided, partially agglomerated material is redistributed into a stream of fine material. This significantly increases the proportion of the free surfaces and therefore allows the dryer to operate more efficiently. As already mentioned, according to the invention it is proposed to heat both the trough in which the material is transferred from the transport container and the subsequent transport device to the dryer.
It is further proposed to make the trough preferably double-walled and the cavity between the walls with one
EMI5.1
heating medium, for example hot water vapor or thermo-oil. However, the trough can also be heated electrically.
The trough, which performs a kind of thrust function in the device of the invention, must deliver the material originating from the transport container to the transport device as successively as possible, in connection with which, according to an advantageous embodiment, it is proposed to discharge the trough between its receiving end and delivery end. with a grate grating, which distributes the material flow again. Span sails can also be stretched over the cross-section of the trough, which is preferably funnel-shaped, instead of a lattice grating.
According to an advantageous embodiment of the invention, a trough chain transporter is proposed as a transport aggregate, which is particularly suitable for transporting the hot, moist and sticky calcium sulphate semhydrate continuously and without lump formation.
Also the trough chain; The conveyor was further heated, either in analogy with the heating of the
<Desc / Clms Page number 6>
trough via a double-walled casing, or electric.
The casing itself is completely closed, also in the transition area near the trough, in order to prevent heat losses and to increase the protection of the device against accidents.
The trough conveyor is preferably carried up to the dryer, which favors the distribution of the material flow over the conveying path.
According to the invention, a blade dryer is proposed as a drying device, whose blades, shafts and / or casing can be flowed through with a heating medium.
Paddle dryers have been found to be suitable for heat treatment of, for example, oilseeds, tobaccos and cereals, but they can surprisingly also be used advantageously to dry calcium sulfate semhydrate. Due to a good material flow, an even drying and product quality is achieved.
The heat transfer takes place by direct contact with the heated walls of the individual construction parts. Large amounts of air are not needed to transfer the heat; only a smaller airflow (or flow of inert gas!) is required to remove the heat.
The paddle dryer consists of a trough with all-round casing and, for example, two or four driven axles. The shafts have hollow, wedge-shaped blades, arranged perpendicular to the axis direction and parallel to each other. The vanes of an axle move between the vanes of the neighboring axle. A high surface to volume ratio is thereby achieved.
EMI6.1
Ret calcium sulfate half hydrate introduced on one side of the trough and transported to the other side by hydrostatic forces. The removal takes place via a corresponding overflow.
The blades therefore do not serve for transporting the material, but only for heat transfer.
The entire device is to be operated in such a way that the treated material never cools below a temperature of about 800C between the exit end of the autoclave and the exit end of the dryer.
The device of the invention is particularly advantageous
<Desc / Clms Page number 7>
run if one uses the live water vapor removed from the autoclave simultaneously to heat the subsequent device components.
The previously described digestion of the starting material for the subsequent venting can be favored in that the walls and / or the bottom of the transport container are provided with holes, so that on the way to the autoclave and in particular during the punching of the holes. and / or channels can already drain excess water.
For this purpose the container is preferably arranged on a corresponding spacer above a tub in which the water can flow out.
The punching device itself can be of relatively simple design and may consist, for example, of a plate, at the bottom of which protrudes cylindrical rods, which are pressed into the starting material.
According to the invention it is further proposed to also achieve the most continuous (quasi-continuous) material transport, the device being provided with a tipping direction for the transport container, with which the material is transferred from the transport container into the cylindrical trough, the trough preferably being equipped with a lid, which is closed as soon as the transport container is completely empty. This prevents heat loss as much as possible in the area of the trough.
In order to avoid repetition, with regard to the construction and mode of operation of the autoclave, reference is made to the following figure description, which is not, however, limiting.
Other features of the invention are apparent from the features of the other claims as well as from the other documents of the application.
With the aid of the process of the invention and the associated device, a quasi-continuous preparation of calcium sulfate & alfhydraae of the cl configuration is also made possible by dehydration of industrial gypsum, the energetic brisket for dehydration being extremely small, because the starting material no longer has to be processed into suspensions, but can be dehydrated immediately.
High throughput efficiency is also achieved by using large-volume transport containers, which may contain, for example, 1 Saa kg of plaster or more.
The invention is then further elucidated on the basis of a drawing, which in a very schematic manner shows one
<Desc / Clms Page number 8>
device according to the invention.
IQ shows a transport container for containing plaster, in particular synthetic plaster. As shown in particular from the enlarged image below the top half of the drawing, transport container 10 consists of four perforated walls and a perforated bottom and is placed on a spacer (not shown) in a tub 12.
Transport container] 0 with tub 12 is mobile with four wheels.
After the plaster has been placed in the transport container, the volume of which here is 1 m3, the container is moved to the right in the transport direction (arrow T1), namely under a punch unit 14.
It consists of a plate 14a and a number of cylindrical bars projecting perpendicularly therefrom. ven. 14b. Punching unit J4 is vertically movable with a lifting device (not shown) in the plaster mass present in transport container 10, as soon as conveyor holder 10 has driven under punching unit J4. When the punching unit J4 is lowered, elongated channels are pressed into the gypsum mass, which also after the removal of the. punching unit, because in particular industrial waste gypsum is a very sticky mass which retains its shape even after deformation.
Tub-12 serves to collect water, which combs out through the perforations of transport container 10.
Transport container 10 is then driven into an autoclave 16 with the material to be dehydrated, doors 18 of which are subsequently closed.
Autoclave 16 is equipped with an evacuator 22, the essential part of which is a vacuum pump 20. With vacuum pump 20, autoclave 16 is now brought under vacuum until at least 70% of the air hitherto present in the autoclave has been extracted.
In the process, the air present between the solid particles is extracted and a kind of "open skeleton" is created.
Now, when the autoclave is filled with water vapor under tension while setting a temperature in the autoclave of 105 - 1800C under saturated water vapor atmosphere, not only the immediately vapor-facing surface of the gypsum will assume very fast prevailing temperature in the autoclave, but also the particles inside the filling, through which the water vapor passes
<Desc / Clms Page number 9>
the previously punched. channels of the filling and vented cavities can come quickly and directly.
The humid pressurized atmosphere at the said temperatures is maintained until the conversion of dihydrate to α-semi-hydrate is as complete as possible. As a rule, 100% conversion cannot be achieved. The term "complete conversion" should therefore be interpreted in such a way that the maximum conversion possible, for example up to 98% or more, is intended.
With an autoclave, in which, for example, three transport containers 10 with 1.5 m3 of waste material (flue gas de-purification gypsum) are dispensed each, the residence time is approximately 1.5 hours.
The atmosphere in the autoclave is then released to normal pressure.
Then, doors J8 of autoclave 16 are opened by sliding upwards and the one or more transport containers in transport direction T are removed from the autoclave to the right. The material from a transport container is then immediately tipped into a troc 24 via a tipping device (arrow K) which is not shown per se, the lid 26 of which is previously opened. The entire contents of the container thereby fall into trough 24 and are divided into pieces on the way to outlet 28 at the bottom via a grating grid 30. For this purpose cover 26 is closed again.
Trough 24 is double-walled and the cavity of the walls is continuously filled with hot steam in order to maintain a temperature in trough 24 of more than 80 ° C, preferably of 90-300 ° C.
The material introduced into trough 24 then falls into pieces on a trough chain conveyor 32, which is constructed in an ascending direction T. Trough -ecting conveyor 32 has a completely closed casing, which, like the casing of trough 24, is again treated with hot steam in order to prevent cooling of the transported material during transport en route to drying device 36. In particular, this also prevents rehydration of the material.
The upper outlet end 34 of crogkeccing conveyor 32 directly merges into the receiving opening of drying device 36, which here is designed as a blade dryer. Vane dryer 36 is slightly inclined in transport direction T, so that the flow of material on its way to outlet 38 of drying device 36 is automatically
<Desc / Clms Page number 10>
is being transpor- tated.
The paddle dryer 36 consists of two shafts driven parallel to one another, on which hollow, wedge-shaped blades are arranged perpendicular to the axis direction, the blades of the individual shafts being arranged slightly offset from each other. For example, the vanes of an axle move exactly between two vanes of the neighboring axle. This achieves a high surface to volume ratio. The product is transported on its way to outlet 38 by hydrostatic forces. Outlet 38 includes an overflow.
As the heat transfer medium, water vapor is again used, which is introduced into the shafts, blades or jacket of the dryer (arrow HI, which, as explained, are again designed as hollow bodies. The heating medium flows from one side of the shaft to the other side.
Because with the paddle dryer, the individual, wedge-shaped blades do not transnorce the product itself? and, although due to the hydrostatic forces only, the individual blades effect only a detachment of the partially still tacky, moist material, thereby increasing the drying efficiency as a whole. Under the schematic representation of dryer 36, the figure shows a section of a blade, as well as the path of the hot steam (arrow E1 is shown.
Since the heat transfer takes place through direct contact with the heated metal wall of the construction parts of the blade dryer, large amounts of air are not necessary for the heat transfer and consequently the energy consumption can be kept small.
Conversely, the device can operate with high k values, which promotes economic operation.
Due to the high drying efficiency, the device itself can be made relatively small, without having to increase capacity losses.
The wedge-shaped blades are self-cleaning and are driven with a relatively small number of revolutions.
For a dryer with a flow rate of about J5QOO kg / hr calcium sulfate semhydrate of the α configuration with a moisture content at the beginning of about 25 wt. Z and a moisture content at outlet 38 of about 0 grew. %, is only
<Desc / Clms Page number 11>
a device with a total length of 6 m is required.
The hot steam for heating the device is adjusted such that the material always has a temperature of about 100-130 ° C.
The device of the invention allows quasi-continuous conversion of calcium sulfate dihydrate to α-configuration semhydrate while avoiding intermediate storage, thereby certainly preventing rehydration of the material at the same time.
As a result, an optimum quality α-semhydrate can be continuously obtained at outlet 38 of the device and placed in suitable transport vessels or silos.