Zweistufen-Einrichtung für die Abführung von Schlamm aus einem Aufschlämmbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweistu- fen-Einrichtung für die Abführung von Schlamm aus einem Aufschlämmbehälter und verfolgt das Ziel, die Entnahme des Schlammes mit geregelter mittlerer Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Die Erfindung ist insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, anwendbar auf Suspensionen von verhältnismässig schweren festen Teilchen, die eineentsprechend hohe Setzgeschwindigkeit aufweisen. Solch dichter Schlamm aus groben Partikeln kann beispielsweise durch Bewegungsauslösung in dem Aufschlämmbehälter in Suspension gehalten werden, setzt sich aber sehr rasch ab, sobald der Bewegungsanstoss aufhört, wie beispielsweise im Falle schwerer Suspensionen aus groben Salzkristallen, wobei die festen Teilchen durch Kristallisation des Salzes aus einer gesättigten oder übersättigten Sole gebildet werden.
Für die Zwecke der Steuerung der Vorgänge ist es oft zweckmässig, solche Suspensionen intermittierend aus dem Behälter durch eine Leitung, die ein Steuerventil aufweist, abzuziehen. Doch ist es schwierig, diese Leitung und insbesondere das Ventil davor zu bewahren, dass sie durch das Absetzen der Schlammpartikeln verstopft werden, wenn der Abfluss nach aussen unterbrochen ist. Dementsprechend ist es auch ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine solche Ventilverstopfung ohne allzugrossen Aufwand an Leistung oder zu grossem Verlust an Suspensions- flüssigkeit zu vermeiden.
Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Ventil in einer Ausflussleitung, die an den Boden des Behälters angeschlossen ist, wobei die erste Stufe eine in die Ausflussleitung oberhalb des Ventils mündende Flüssigkeitszuleitung mit Mitteln umfasst, um Spülflüssigkeit, in der der Schlamm unlöslich ist, mit einer Geschwindigkeit zuführen zu können, die grösser ist als die Absetzgeschwindigkeit des Schlammes, und die zweite Stufe einen Auffangbehälter aufweist, der steil abfallende Seitenwände besitzt und unterhalb der Ausflussleitung des Aufschlämmbehälters angeordnet ist, wobei eine Abflussleitung und eine koaxial zu dieser angeordnete Düse für Spülflüssigkeit einander gegenüberliegend unten in den Seitenwänden des Auffangbehälters angeordnet sind und eine Flüssigkeitszuleitung für die Zufuhr von Spülflüssigkeit zur Düse vorgesehen ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig. 1 im Schema eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung,
Fig. 2 einen Teil eines Schnittes eines Aufnahmebehälters in grösserem Massstab und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.
Beim Kristallisieren von Salz, z. B. Kaliumchlorid, aus gesättigter heisser Lösung wird die Lösung gekühlt und in bekannter Weise in einem Verdampfer, wie er in Fig. 2 zum Teil dargestellt ist, konzentriert.
Die erhaltene gesättigte oder übersättigte Lösung wird dann in einen verhältnismg grossen, im allgemeinen zylindrischen Aufschlämmbehälter 20 überführt, in dem die Kristallisation stattfindet. Wenn die Lösung auch andere gelöste Teile, beispielweise Natriumchlorid, enthalten kann, so wird die Konzentration solcher zusätzlicher Lösungsmittel im allgemeinen unterhalb Sättigung gehalten, so dass nur das gewünschte Produkt sich niederschlägt. Die erhaltenen Salzkristalle werden im unteren Teil des Behälters 20 als eine Prüfschicht durch die Geschwindigkeit der eintretenden Sole, die axial durch das nach unten gerichtete Rohr 12 direkt gegen den leicht konischen Boden 21 des Behälters gerichtet eingeführt wird, in Suspension gehalten.
Im Betrieb wachsen die Kristalle fortlaufend in ihrer Grösse, bis sie entfernt werden, und bilden einen dicken Schlamm, der normalerweise schwierig zu handhaben ist.
Die Lösung im oberen Teil des Aufschlämmbehälters ist verhältnismässig statisch und ermöglicht den Kristallen, sich niederzuschlagen, wenn die Lösung in dem Behälter aufsteigt. Abraumlösung fliesst bei 22 am Kopf des Behälters 20 über und wird durch das Uberlaufrohr 24 einer Rückführpumpe 26 zugeführt.
Die Pumpe 26 wird durch einen Motor 27 angetrieben und hält einen merklichen und in der Hauptsache gleichförmigen Druck in einer Rückführleitung 28 aufrecht, durch die der grösste Teil der Lösung als Mutterflüssigkeit wiederum zugeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird in der ersten Stufe der Zweistufen-Einrichtung der Schlamm aus Salzkristallen vom unteren Teil des Aufschlämmbehälters 20 durch ein Abflussrohr 30 abgeführt. Das Abflussrohr führt nahe bei dem äusseren Rand des Behälterbodens 21, wo die Schlammdichte etwa ihren grössten Wert besitzt, vertikal nach unten. Der Durchfluss durch dieses Rohr wird durch ein intermittierend betätigtes Messventil 34, das ein pneumatisch betätigtes Kegelventil sein kann, in solcher Weise gesteuert, dass er in dem Aufschlämmbehälter die gewünschte mittlere Dichte des Schlammes aufrechterhält. Bei geöffnetem Ventil ist die Öffnung gross genug, um ein Verstopfen durch die Kristalle oder gelegentliche Kristallklumpen, von denen einige beträchtlich lang sein können, zu verhindern.
Die Durchflussgeschwindigkeit ist bei offenem Ventil deswegen normalerweise viel grösser als die gewünschte mittlere Durchflussgeschwindigkeit bei Abführen des Schlammes. Infolgedessen wird das Ventil oft bis zu 800/0 der gesamten Betriebszeit der Anlage geschlossen gehalten. Das Ventil kann von Hand gesteuert werden, wird aber vorzugsweise durch automatisch von der Zeit abhängige Vorrichtungen gesteuert. Der Zeitzyklus kann dann von Hand verstellt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der bestehenden Schlammdichte.
Eine übliche zeitabhängige Steuervorrichtung 36 ist mit dem Ventil 34 durch eine pneumatische Leitung 37 verbunden und bewirkt, dass das Ventil sich periodisch mit einer geeigneten Frequenz öffnet, beispielsweise viermal pro Minute, was hoch genug ist, um der Einrichtung, die den Schlamm verarbeitet, einen wirkungsvollen dauernden Fluss zuzuführen. Das Verhältnis der Öffnungszeit zur Schliesszeit des Ventils ist im allgemeinen etwa 1 : 4 und ist vorzugsweise ver änderlich, um zu ermöglichen, dass der schwere Schlamm mit solcher mittlerer Geschwindigkeit abgeführt werden kann, dass sich die Dichte des Schlammes in dem Aufschlämmkessel 20 auf dem gewünschten Wert hält.
Der ausfliessende Schlamm wird über ein Ausflussrohr 32 einem Aufnahmebehälter 40 zugeführt.
Ein Sieb 42 für das Auffangen von Kristallklumpen ist unterhalb des Ausflussrohres 32 abnehmbar in dem Aufnahmebehälter montiert und besitzt eine Siebgrösse, die hinreicht, dass alle Festkörper des Schlammes hindurchtreten können, ansgenommen abnormal grosse Kristallklumpen, die ein Verstopfen der übrigen Teile der Einrichtung bewirken könnten. Der Behälter 40 ist oben offen und besitzt steil abfallende Seitenflächen konischer oder pyramidenähnlicher Form, die zu einem zentralen Auslass am Boden führen. Es ist festgestellt worden, dass die Seitenwände 43, auf die Schlamm auftritt, zur Horizontalen einen Neigungswinkel von etwa 600 haben sollten, so dass die auftreffenden Kristalle an den Seiten hinunter zur tiefsten Stelle beim Abfluss des Behälters gleiten, ohne sich am Punkte des Auftreffens festzusetzen.
Vom Behälter 40 führt seitlich eine Zuführleitung 50 für die zweite Stufe direkt zum Einlass einer Lieferpumpe 51, die durch einen Motor 52 angetrieben wird und den Schlamm über eine Leitung 54 einer beliebigen Stelle zuführt, z. B. einem Filter oder einer Zentrifuge 55, um die Kristalle von der Suspensionsflüssigkeit zu trennen. Die Zentrifuge 55 gibt die Salzkristalle als wiedergewonnenes Produkt bei 56 ab und liefert die Suspensionslösung über ein Rohr 59, das beispielsweise mit dem Zufluss zur Rückführpumpe 26 verbunden ist, so dass die Lösung zur Einrichtung über das Rohr 28 zurückgeführt wird.
Während der Phase, in der das zyklisch betätigte Ventil 34 geschlossen ist, haben die Festkörper, die innerhalb des Auslassrohres 30 suspendiert sind, das Bestreben, sich auf die Oberfläche des Ventils niederzuschlagen, insbesondere dann, wenn der Betätigungszyklus eine verhältnismässig lange Zeit umschliesst, während der das Ventil geschlossen ist. Um dem entgegenzuwirken, wird in der ersten Stufe durch ein Rohr 57 in das Ablaufrohr 30 zwischen dem Behälter 20 und dem Steuerventil 34 mit solcher Geschwindigkeit Flüssigkeit zugepumpt, dass diese den Schlamm im Rohr mitnimmt und in den Behälter 20 zurückführt. Dieser Reinigungsstrom von Flüssigkeit wird in das Rohr 30 dauernd mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die diese Reinigungswirkung durchführt, ohne den abwärtsgerichteten Strom des Schlammes merklich zu stören, wenn das Ventil 34 offen ist.
Die sich ergebende Verdünnung des ausfliessenden Schlammes erleichtert seine weitere Behandlung und verringert die Menge an Verdünnungsflüssigkeit, die in der zweiten, noch zu beschreibenden Stufe zugesetzt werden muss.
Die Spülflüssigkeit ist hinsichtlich des Salzes, das in dem Aufschlämmbehälter 20 auskristallisiert werden soll, vorzugsweise in der Hauptsache gesättigt und wird üblicherweise direkt aus der Rückführleitung 28 erhalten, in der der Druck normalerweise gut oberhalb des hydrostatischen Druckes am Boden des Behälters 20 liegt. In der Leitung 57 ist ein Ventil 58 vorgesehen, um die Durchflussgeschwindigkeit der Spüllösung von Hand regeln zu können.
Wenn beispielsweise die grössten Kristalle, denen man normalerweise in dem Schlamm begegnet, eine Niederschlagsgeschwindigkeit von etwa 0,12 m pro Sekunde besitzen und das Abflussrohr 30 einen inne ren Durchmesser von etwa 101,6 mm besitzt, genügen in der ersten Stufe etwa 75,7 Liter pro Minute an Spüllösung, um das Wiederschlagen dieser Kristalle in dem Abflussrohr während der Zeit, während der das Ventil geschlossen ist, zu verhüten. Diese Strömungsgeschwindigkeit hat auf den im Behälter 20, der üblicherweise einen Durchmesser von 304,8 bis 609,6 cm besitzt, rasch bewegten Schlamm keinen Einfluss und behindert auch nicht merklich den Ausfluss des Schlammes, der, wenn das Ventil 34 geöffnet ist, mit einer Geschwindigkeit bis etwa 946 Liter pro Minute ausfliesst.
In der zweiten Stufe der hier zu beschreibenden Zweistufen-Einrichtung wird der Schlamm aus dem Aufnahmebehälter 40 mittels eines Flüssigkeitsstrahles abgeführt, der zumindest einen Teil des Abgabeabschnittes des Behälters durchfliesst und mit dem das seitliche Abführrohr 50 axial ausgerichtet ist.
Dieser Flüssigkeitsstrahl besitzt zumindest drei Funktionen. Er löst Anhäufungen von festen Stoffen am Abgabeende des Aufnahmebehälters 40 und verhütet das Verstopfen des Rohres 50 bis zur Pumpe 51 durch den schweren Anfall von Kristallen während der Öffnungsperiode des Ventils 34. Der Flüssigkeitsstrahl hält ausserdem den Flüssigkeitsspiegel in der Pumpe und verhütet während des leichteren Pumpenganges, wenn das Auslasssteuerventil 34 geschlossen ist, das Eintreten von Luft, und verdünnt den schweren Schlamm und erleichtert damit seine weitere Behandlung.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird der Flüssigkeitsstrahl über ein horizontales Strahlrohr 60 zugeführt, das mit dem Abführrohr 50 koaxial ausgerichtet ist. Der unterste Teil des Behälters bei der Spitze des umgekehrten Konus oder der umgekehrten Pyramide ist von zylindrischer Form und mit der Strahlrohrachse koaxial ausgebildet. Beispielsweise kann der unterste Teil des Behälters, wie gezeichnet, durch die untere Hälfte 62 eines Endabschnittes des Abführrohres 50 gebildet sein, dessen obere Hälfte weggeschnitten worden ist. Das Rohr 60 ist von kleinerem Durchmesser als das Abführrohr 50 und erstreckt sich in axialer Richtung teilweise oberhalb des Behälterbodens. Der den Strahl formende Auslass 64 des Rohres 60 befindet sich in einigem Abstand von der wirklichen Einlassöffnung 65 des Abführrohres 50 und gibt den Flüssigkeitsstrahl direkt in die Einlass öffnung 65 hinein.
Gewünschtenfalls kann auch eine verengende Strahldüse am offenen Ende 64 des Rohres 60 vorgesehen sein. Doch wird bei Benützung des offenen Endes des Rohres als Strahldüse im allgemeinen eine genügend starke Strahlwirkung erreicht.
Wenn die feste Komponente des Schlammes Salzkristalle umfasst, die wiedergewonnen werden sollen, ist die für den Flüssigkeitsstrahl bei 64 verwendete Verdünnungsflüssigkeit vorzugsweise eine Lösung, die in bezug auf das betreffende Salz gesättigt ist. Eine solche Lösung kann hierbei bequem aus der Rückführleitung 28 entnommen werden, in der ein Druck von l, 4 2, 1 kg pro cm2 durch die Rückführpumpe 26 aufrechterhalten wird. Für diesen Zweck ist eine Verbindungsleitung 68 gezeigt, die ein Steuerventil 69 für die Regulierung des Flüssigkeitsstrahles enthält.
Welches die wirtschaftlichste und wirkungsvollste Durchflussgeschwindigkeit in der Strahlöffnung 64 ist, hängt von verschiedenen Eigenschaften der Einrichtung ab, so von der Grösse und der speziellen Ausbildung des Apparates und der Natur des zu behandelnden Schlammes. Zur Veranschaulichung eines wirkungsvollen Betriebes sei angegeben, dass eine Einrichtung der beschriebenen Art erfolgreich mit den nachfolgenden etwaigen Verhältnissen arbeitete. Das Auslassventil 34 gibt den Schlamm während der Öffnungsphase mit 946 Liter pro Minute ab.
Der Zeitgeber 36 betätigt das Ventil 34 in einem Zyklus, bei dem das Verhältnis der Zeiten zwischen der Offenstellung zur Geschlossenstellung zumindest zwischen den Werten für einen schweren Schlamm 1 : 5 und für verhältnismässig leichten Schlamm 3 : 5 eingestellt werden kann, so dass sich eine mittlere Geschwindigkeit für die Schlammabgabe von etwa 189 bis 568 Liter pro Minute ergibt. Die Pumpe 51 besitzt eine Leistungsfähigkeit, die im wesentlichen gleich der Liefergeschwindigkeit des offenen Ventils 34 ist, also 946 Liter pro Minute. Der Flüssigkeitsstrahl bei 64 führt eine Flüssigkeitsmenge von etwa 1/ der Leistungsfähigkeit der Pumpe, d. h. von etwa 303 Liter pro Minute.
Während den Öffnungszeiten des Ventils 34 häuft sich der Schlamm in dem Aufnahmebehälter 40 an und wird mit Hilfe des beschriebenen Flüssigkeitsstrahls während der Zeiten wirkungsvoll abgeführt, während der das Ventil geschlossen ist. Die Schlammenge, die durch die intermittierende Betätigung des Ventils 34 dem Aufnahmebehälter 40 zugeführt wird, wird so in verhältnismässig gleichförmiger Art verdünnt in die Pumpe 51 übergeführt.
Das folgende Beispiel veranschaulicht den wirtschaftlichen Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung erreicht wird. Aus einem Aufschlämmbehälter 20 mit einem Durchmesser von etwa 5,5 m sollten etwa 189 Liter pro Minute schweren Schlammes mit etwa 90 Volumprozenten an Kristallen aus Kaliumchlorid von einer Maschengrösse, die vorzugsweise zwischen 8 Maschen und 20 Maschen lag, in einer Lösung, die im wesentlichen hinsichtlich Kaliumchlorid und Natriumchlorid gesättigt war, abgeführt werden. Der Schlamm war zu einem Punkt zu führen, der 30,5 m vom Aufschlämmbehälter entfernt lag.
Eine übliche Einrichtung in Schleifenführung zum Entfernen des Schlammes würde eine Pumpleistung von 1324,9 Litern pro Minute von schwerem Schlamm durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 101,6 mm gegen einen Druck von 5,5 kg pro cm2 erforderlich machen. Die erforderliche Leistung für eine solche Einrichtung betrug etwa 60 Pferde stärken.
Anderseits wurden mit der hier beschriebenen Einrichtung 189 Liter pro Minute schweren Schlammes durch das Steuerventil 34 dem Aufnahmebehälter 40 zugeführt und durch den Spülstrom aus dem Rohr 57 und dem Wasserstrahl bei 64 auf etwa 567,8 Liter pro Minute verdünnt. Dieser verdünnte Schlamm wurde auf dieselbe Distanz durch eine Leitung von 76,2 mm mit einem Wasserdruck von 2,446 kg pro cm' gepumpt und machte eine Leistung von etwa 15 Pferdestärken erforderlich.
In Wirklichkeit war es mit der Einrichtung in Schleifenführung schwierig, die erforderlichen 189 Liter pro Minute an Schlamm vom Ende der Schleife abzuziehen, da der hohe Druck zum Befördern des Schlammes durch die Schleife es notwendig machte. dass ein schmaler Auslass verwendet wurde, der sich wiederholt verstopfte. Es musste ein grosser Betrag an Wasser der Einrichtung zugeführt werden, um die Öffnung offen zu halten, wodurch der Wirkungsgrad der Gesamteinrichtung ganz beträchtlich verringert wurde.
Mit der beschriebenen Einrichtung kann das Steuerventil 34 bei allen normalen Betriebsbedingungen leicht unverstopft gehalten werden, indem eine Menge von Spüllösung verwendet wird, die so klein ist, dass sie keinen merklichen Einfluss auf die Einrichtung als Ganzes besitzt. Die Lösung, die verwendet wird, um den Schlamm zu verdünnen und seine Handhabung zu erleichtern, kann leicht wieder in die Einrichtung zurückgeführt werden und beeinträchtigt deswegen die Arbeitsweise der Einrichtung als Ganzes in keiner Weise.