Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von Feststoffen mit Flüssigkeiten oder Gasen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Behandeln von körnigen oder pulvrigen Feststoffen mit Flüssigkeiten oder Gasen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die bekannten Einrichtungen zum kontinuierlichen Behandeln von Feststoffen mit Flüssigkeiten oder Gasen, z. B. für Extraktions-, Reaktions-, Waschprozesse usw., haben als wesentliches Merkmal eine Transporteinrichtung für die Feststoffe und Pumpeinrichtungen für die Flüssigkeiten oder Gase, wobei wahlweise nach dem Gegen- oder Gleichstromprinzip gearbeitet werden kann. Es sind auch bereits turmartige Apparate bekannt, bei denen der Feststoff in körnig pulvriger oder anderer für den Prozess geeigneten Form oben kontinuierlich aufgegeben und unten kontinuierlich abgezogen wird, während die Flüssigkeit oder das Gas hierzu im Gegenstrom oder Gleichstrom wandern, darunter auch solche, bei denen mit Hilfe eines Schneckenförderers die Feststoffsäule von unten nach oben gehoben wird.
Diese turmförmigen, vertikal arbeitenden Apparate haben jedoch gemeinsam, dass die Flüssigkeitsoder Gasführung ebenfalls nur vertikal erfolgt, so dass einerseits die Feststoffsäule nicht zu hoch sein darf, um einen zu grossen Widerstand zu vermeiden, anderseits auch nicht fraktioniert gearbeitet werden kann.
Ein weiterer Nachteil ist bei vertikalen Feststoffsäulen die Bildung der gefürchteten Kanäle, die zum grössten Teil vertikal verlaufen und die Ausbeute verschlechtern.
Diese Nachteile sollen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffe sowohl in Gleich- oder Gegenstrom als auch in Kreuzstrom vom Behandlungsmittel durchsetzt werden. Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens weist einen Behandlungsraum auf, welcher vom zu behandelnden Feststoff in axialer Richtung durchsetzt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Behandlungsraumes ein zentrales Rohr mit auf der ganzen Länge verteilten Öffnungen sowie einen mit entsprechenden Öffnungen versehenen Aussenmantel aufweist, welch letztere Öffnungen mit durch eine Doppelwandung des Aussenmantels gebildeten Sammelräumen in Verbindung stehen, das Ganze derart,
dass das Behandlungsmittel sowohl eine in der Bewegungsbahn des Feststoffes vertikale Hauptbewegung als auch eine zur gesamten Bewegungsbahn kreuzstromförmig überlagerte annähernd horizontale Bewegung ausführt.
Auf beiliegender Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung mit feststehendem Mittelrohr und einfachem konischem Auslauf und hydraulischer Auflockerungsvorrichtung.
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt gemäss der Linie a-b in der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Variante dazu, ebenfalls im Horizontalschnitt, wobei die Doppelmäntel zellenförmig radial aufgeteilt sind.
Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Zellenscheibe für die kontinuierliche Austragung der Feststoffe.
Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf die Zellenscheibe.
Fig. 6 zeigt die Ausbildung des Mittelrohres als Rührer.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einrichtung mit Zusatzvorrichtungen.
Der prinzipielle Aufbau der Einrichtung ist in der Fig. 1 dargestellt. Derselbe weist einen Turm 1 auf, welcher oben mit einem Einlaufdeckel 2 und unten mit einem Auslaufkonus 3 versehen ist. In der Mitte des Turmes 1 erstreckt sich ein perforiertes Mittelrohr 4, welches durch eine Trennwand 5 in zwei Kammern 6 und 7 unterteilt ist, die getrennte Zuführungen 8 und 9 für das Behandlungsmittel (Flüssigkeit oder das Gas) besitzen. Ebenso weist die perforierte Aussenwand 10 des Turmes 1 zwei getrennte Doppelmäntel
11 und 12 auf, die eine fraktionierte Zu- oder Abführung der Flüssigkeit oder des Gases ermöglichen.
Die Zuführung des zu behandelnden Feststoffes erfolgt kontinuierlich durch einen obern Stutzen 13, und die Austragung durch einen Stutzen 14, so dass also der Feststoff den Behandlungsraum im Turm 1 axial durchsetzt, wobei mit Hilfe eines starken Flüssigkeitsstrahles aus dem tangentialen Stutzen 15 der Feststoffpfropfen im Auslaufkonus 3 aufgelockert werden kann. Das Behandlungsmittel wird durch einen Stutzen 16 im Auslaufkonus und Stutzen 17 im Einlaufdeckel ebenfalls kontinuierlich zum oder abgeführt, je nachdem Gleich- oder Gegenstrom erwünscht ist.
Zusätzlich zu diesem Hauptstrom wird nun die Flüssigkeit mit Hilfe von nicht dargestellten Pumpen in zwei getrennten Kreisläufen horizontal im Kreuz strom durch die Stutzen 18 und 19, die Kammern 6 und 7 des perforierten Mittelrohres 4 und durch die Feststoffsäule 20 gedrückt und tritt durch die Perforation der Aussenwand 10 in die Doppelmäntel 11 und 12 aus, von wo sie durch den Stutzen 21 bzw. 22 wieder den Pumpen zuläuft. Auch eine Umkehrung der Stromrichtung von der Aussenwand 10 zum Mittelrohr 4 ist im Prinzip möglich. Dieses wiederholte Umpumpen der Flüssigkeit oder des Gases im Kreuzstrom erhöht die Wirkung der Behandlung, verbessert die Ausbeute und verkürzt die Behandlungszeit.
Die Perforation der Wand 10 wird zweckmässigerweise so ausgeführt, dass, von oben nach unten gesehen, die Öffnungen keine scharfen Kanten aufweisen.
Es entstehen vielmehr Gleitflächen für den Feststoff.
Die perforierte Wandfläche kann auch mit geeigneten Filtergeweben überzogen werden. Bei verschiedenen Stoffen besteht die Gefahr, dass sich das Filtergewebe allmählich zersetzt. Dieses kann in einfacher Weise gereinigt werden, indem man, gemäss Fig. 3, den vom Doppelmantel 11 bzw. 12 umschlossenen Raum mittels vertikaler Trennwände in Zellen 23 unterteilt und die Verstopfungen mit Hilfe eines Stromes des Behandlungsmittels von aussen, einem sogenannten Rückstrom, von der Filterfläche löst.
Hierbei ist es wichtig, zu erwähnen, dass durch diesen Kreuzstrom eine Selbstfiltration erfolgt, d. h. die feinen Feststoffteilchen setzen sich im Gut selbst ab, so dass das Behandlungsmittel bereits weitgehend vorgereinigt ist, wenn es an die perforierte Aussenwand 10 kommt.
Gewisse Feststoffe machen trotz der hydraulischen Auflockerung eine Austragung mit Auslaufkonus unmöglich. Hierfür wurde gemäss Fig. 4 und 5 eine Zellenscheibe entwickelt. Sie besteht aus den festen radialen Zellen 30, über und unter denen die Scheiben 31 und 32 angeordnet sind, die auf der Welle 33 befestigt sind und langsam gedreht werden. Hierbei fällt der Feststoff durch die Öffnung 34 in der obern Scheibe 31 in die jeweils darunter befindliche Zelle und füllt sie. Sobald die nacheilende Öffnung 35 in der untern Scheibe 32 unter diese Zelle kommt, fällt der fertig behandelte Feststoff aus der Zelle in den Auslaufkonus und wird mit bekannten Mitteln von dort ausgetragen. Diese Zellenscheibe schafft also Schicht für Schicht der Feststoffsäule ab.
Es kann auch notwendig werden, mit Hilfe eines Rührers oder mit Hilfe von Vibratoren den Feststoff von Zeit zu Zeit aufzulockern. Hierbei wird z. B. das Mittelrohr als Rührer ausgebildet (Fig. 6). Es erhält die Rührarme 40 und wird durch eine Stopfbüchse 41 nach aussen geführt. Der kontinuierliche Zulauf der Flüssigkeiten oder Gase erfolgt hierbei über eine Stopfbüchse 42, die entsprechend den zwei Kreuzstromzonen in Fig. 1 mit zwei Anschlüssen versehen ist. Selbstverständlich kann die Anzahl der Kreuzstromzonen beliebig erhöht werden. Ebenso ist durch Einbau weiterer Zellenscheiben auch möglich, in hohen Türmen die Feststoffsäule zu teilen.
In der Fig. 7 ist eine kontinuierliche Extraktionsanlage dargestellt.
Das zu extrahierende Gut wird mit einer Schnecke 61 oder einer andern Transportvorrichtung dem Extraktor 62 kontinuierlich zugegeben und mit einem weiteren Transporteur, z. B. einem Schleppkettenförderer 63, in einen Trockner, z. B. Schneckentrockner 64, befördert. Der Schleppkettenförderer 63 ist in einem vertikalen Rohr 65 eingebaut, in welches bei 66 Lösungsmittel eingefüllt wird. Das Lösungsmittel fliesst durch das Rohr 65 und gelangt im Gegenstrom zum Gut in den Extraktor 62 hinein.
Ein Teil des Lösungsmittels fliesst mit dem Extrakt bereits an gereichert - Miscella genannt - aus dem Extraktor 62 durch den untersten Teil der im Extraktor 62 befindlichen Filterwand 67 durch eine Rohrleitung 68 in einen Zwischenbehälter 69, aus welchem es mit einer Pumpe 70 abgezogen und durch die Rohrleitung 71 in den untersten Teil des im Extraktor 62 befindlichen Mittelrohres 72 gepumpt wird. Das Mittelrohr 72 enthält ebenfalls eine Filterwand, durch welche Miscella unter dem Einfluss des Pumpendruckes wieder in das Gut einfliesst und somit im Kreuzstrom gegen über dem Gut bewegt wird. Dieser Vorgang der im Kreuzstrom geführten Miscella wird noch beispielsweise dreimal über die Rohrleitungen 73, 77, 81 und die Behälter 74, 78, 82 mittels der Pumpen 75, 79, 83 und den Rohrleitungen 76, 80, 84 durchgeführt.
Die Miscella, welche eventuell feine Teile aus dem Extraktor 62 durch die Filterwand geschleppt hat, wird bei der Kreuzstrombewegung durch das Gut selber filtriert. Um die Reinheit der Miscella zu erhöhen, wird im obersten Teil des Extraktors 62 eine teilweise Gleichstromführung erzwungen, indem die aus dem obersten Teil des Extraktors 62 abgezogene Miscella das Gut noch einmal, aber tiefer unten, durchqueren muss, also in gleicher Richtung wie das Gut bewegt wird, bevor es den Extraktor durch die Rohrleitung 85 endgültig verlässt. Die Extraktion des Gutes wird also in diesem Beispiel der Einrichtung mit im Gegenstrom, kurzem Gleichstrom und gleichzeitigem Kreuzstrom geführten Lösungsmittel durchgeführt, wobei die Miscella durch das Gut selber gefiltert wird.