Verfahren zum Transport körniger Stoffe über Transportleitungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Transport körniger Stoffe, die z. B. der Behandlung von strömenden Medien dienen, über Transportleitungen, die die zu leerenden und zu füllenden Behälter miteinander verbinden, mit Hilfe eines flüssigen und/oder gasförmigen Transportmediums. Dieses Transportproblem stellt sich z. B. bei Reinigungseinrichtungen, wenn eine Regenerierung des verbrauchten Filterbettes im Filterbehälter selbst nicht möglich oder aus einem anderen Grunde überhaupt nicht zweckmässig ist. Wohl kann oftmals eine Entleerung der verbrauchten Filtermassen, die z. B. aus lonenaustausch- material bestehen können, von Hand möglich sein. Auch ein erneutes Nachfüllen dieses Materials kann auf diese Weise besorgt werden.
Dieses Verfahren ist aber in weitgehend automatisierten Betrieben nicht mehr vorteilhaft. Auch wenn das Filterbett mit kontaminierten Stoffen beladen ist, muss von einer direkten Berührung derselben abgeraten werden. In diesen Fällen ist es daher angebracht, diese körnigen Stoffe mit Hilfe eines Spülverfahrens über Transportleitungen zu befördern.
Dies ist dann unbedingt notwendig, wenn sich die Be hältereinrichtungen wenigstens teilweise in nicht begeh- baren Räumen befinden, wie es z. B. bei Kernreaktor- anlagen der Fall sein kann.
Den bisher bekannten Spülmethoden war der Nachteil eigen, dass sich immer wieder durch zu hohe Materialkonzentration in den Transportleitungen Verstopfungen bildeten. Durch zusätzliche Einführung von Spülflüssigkeit in die Transportleitungen versuchte man dieser Schwierigkeit Herr zu werden. Trotz des damit verbundenen sehr hohen Transportmittelverbrauchs, also z. B. Wasser, ist ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens darin zu sehen, dass die Behälter oftmals nicht restlos entleert werden können. Eine Automatisierung dieses Transportverfahrens ist ausserdem auf Grund der Kompliziertheit der Transportmittelzuführung mit weiteren Schwierigkeiten verbunden.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass durch tangentiale und nach Durchsatzmenge einstellbare Einleitung zumindest eines Teils des Transportmediums unterhalb der Ebene der axialen und seitlich nach aussen führenden Abführung für die körnigen Stoffe diese aufgewirbelt, mit dem Transportmedium vermischt und der Abführung zugeführt werden.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht dabei erfindungsgemäss darin, dass die an ihren Stirnseiten je mit einem Siebboden oder einem Sinterkörper vor den axialen Zu- und Abführungsleitungen für die zu behandelnden strömenden Medien versehenen zylindrischen Behälter mindestens eine Transportleitung für die körnigen Stoffe mit einer Ansaugöffnung im axialen Bereich des Behälters zwischen den beiden Siebböden und eine tangential in der Nähe der Behälterinnenwandung endende Zuführungsleitung für ein flüssiges und/oder gasförmiges Transportmedium aufweisen.
Bypasseinrichtungen werden dabei nicht verwendet, d. h. der ganze Transportmittelstrom wird zunächst in die Behälter geleitet, vermischt sich dort mit den Filtermassen, verlässt mit denselben über die Transportleitungen diese Behälter und trennt sich im weiteren Verlaufe des Verfahrens in anderen Behältern wieder von den mitgeführten Körnern. Der automatische Ablauf dieses Verfahrens kann dabei durch ein besonderes Steuergerät in Zusammenarbeit mit einem vorgegebenen Programm gesteuert werden, wobei der Ablauf dieses Programmes durch die Anzeige von Niveau-, Druckund Differenzdruck-, Leitfähigkeits- und Aktivitätsmessund Anzeigegeräten - einzeln oder in beliebiger Kombination, auch mit anderen Messfühlern für physikalische Grössen - bestimmt wird.
Die beiliegenden Figuren zeigen das vorliegende Verfahren und technische Einzelheiten hierzu in einigen Beispielen.
Fig. 1 zeigt einen Behälter zur Aufnahme der körnigen Stoffe, also z. B. eines Filterbettes, der zur Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung eingerichtet ist. Der Behälter A ist stirnseitig in seinem Inneren mit zwei Sieben 1 versehen, deren Maschenweite kleiner ist als die kleinste vorkommende Korngrösse.
Ausserhalb dieser Siebe münden in den Behälter A die absperrbaren Leitungen 3 und 2 ein, die einmal zur Zu- und Abführung des in dem Behälter A zu behandelnden Mediums, also z. B. einer Flüssigkeit oder eines Gases dienen. Sie können jedoch aber auch zur Abund Zuführung von Transportmedien verwendet werden. Zur Transportmedienzuführung ist ausserdem die Leitung 5 vorgesehen, die tangential in den Behälter eintritt. In der Mitte des Behälters mündet die Transportleitung 4, durch welche die Transportmedien mit dem Behälterinhalt A abströmen. Es können auch mehrere Transport- bzw. Spülleitungen 4 bzw. 5 in beliebiger Höhe in den Behälter A münden, um z. B. den Transport nur eines bestimmten Anteils körniger Stoffe zu ermöglichen.
Je nach der zu lösenden Aufgabe können diese Leitungen 4 undloder 5 auch örtlich verstellbar innerhalb des Behälters A angeordnet sein. Eine konstruktive Möglichkeit hierfür ist durch die strichpunktierte Rohrführung angedeutet. Behälter dieser Konstruktion sind in der in Fig. 4 dargestellten kompletten Anlage verwendet.
Die Fig. 2a zeigt das Grondprinzip der vorliegenden Erfindung. Das Filtermaterial soll dabei aus dem Behälter A in den Behälter B um gefüllt werden. Beide Behälter können dabei durchaus gleichartig sein. Sie sind in jedem Fall durch die Transportleitung 4 miteinander verbunden und seien vor Beginn des Transportvorganges beide mit einer Transportflüssigkeit gefüllt. Mit dem Einschalten der Pumpe 5 wird diese Flüssigkeit durch die beiden Behälter A und B umgewälzt, sie tritt zunächst über die Leitung 2 in den Behälter A ein und strömt durch den Siebboden 1 nach oben. Dabei vermischt sie sich mit dem körnigen Filtermaterial und strömt über die Leitung 4 in den Behälter B. Über die Leitung 3 am oberen Ende des Behälters B gelangt sie wieder zur Pumpe 5 zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.
Das mitgeführte körnige Material jedoch setzt sich auf dem unteren Siebboden 1 des Behälters B ab. Letzte Reste des Filtermaterials im Behälter A werden mit dieser Strömungsführung allein nicht vollkommen abgeführt. Wenn eine restlose Leerung des Behälters A notwendig ist, wird eventuell nach Niveanabsenkung des Transportmediums im Behälter A auf etwa Materialschichthöhe das Transportmedium über die Leitung 5 dem Behälter A zugeführt. Diese Leitung 5 führt das Transportmedium tangential in das Behälterinnere ein, so dass eine Kreis- oder Wirbelströmung entsteht, die die Reste des Filtermaterials unterhalb der Öffnung der Transportleitung 4 sammelt, in diese einbringt und damit deren restlose Abführung ermöglicht.
Selbstverständlich müssen für die Durchführung dieses Transportverfahrens nicht unbedingt zwei geschlossene Behälter vorgesehen sein, der Auf fangbehälter kann, wie in Fig. 2b dargestellt, auch als offene Wanne C mit einem Sieb 1 ausgebildet sein.
Auch muss der Behälter A nicht unbedingt allseitig geschlossen sein, auch oben offene Wannen können nach diesem geschilderten Verfahren entleert werden.
Das Transportmedium muss dabei nicht unbedingt in einem Kreislauf umgewälzt werden. Wenn es mög- lich ist, Wasser aus einem Druckwassernetz für diesen Zweck zu verwenden, so kann dasselbe auch nach dem Durchlauf der Behälter A und B wieder abfliessen. Diese Verhältnisse sind in Fig. 3a dargestellt, wobei über die Leitungen D das Druckwasser zu- und abgeführt wird.
Der Druck des Druckwassernetzes kann dabei sowohl durch Pumpen, geodätisch höher liegende Behälter oder durch Flaschengas erzeugt werden. Nach Fig. 3 ist zu diesem Zweck ein Hochbehälter H vorgesehen. In analoger Weise kann gemäss Fig. 3c auch ein Druckgas aus einer Flasche F, das einem Vorratsbehälter E für Transportmedium zugeführt wird, verwendet werden.
Die bereits erwähnte Fig. 4 zeigt das Strömungsschaltbild einer Wasserreinigungsanlage, wie sie beispielsweise für Kernreaktoren benötigt wird. Das zu reinigende Medium kann z. B. leichtes Wasser, aber auch schweres Wasser sein. Dementsprechend kann das Material der Filtermassen, z. B. aus Ionenaustauscherharzen bestehen. In der beispielsweise dargestellten Anlage strömt das zu reinigende Wasser über die Leitung 70 zu und über die Leitung 71 wieder ab, und nimmt seinen Weg entweder über den Ionenaustauscherbehäl- ter IB 1 oder den Ionenaustauscherbehälter IB 2. Es ist jeweils ein Behälter in Betrieb, der andere wird von erschöpftem Ionenaustauschermaterial geleert und mit neuem Ionenaustauschermaterial gefüllt.
Die verbrauchten Ionenaustauschermaterialien werden entsprechend dem Verfahren nach dieser Erfindung in den Transportbehälter TB transportiert, wobei die Pumpe P das Transportmedium, das zweckmässigerweise dasselbe Medium wie das zu reinigende ist, in nachstehend beschriebener Weise durch die einzelnen Behälter führt.
Das frische Ionenaustauschermaterial wird von Hand in den Einfüllbehälter EB gegeben und steht dort für den automatischen Transport in einen der beiden Ionenaustauscherbehälter bereit. Damit alle Ionenaustauscherbehälter vollständig entleert werden können, wird zusätzlich noch mit einer Niveauänderung der Transportmedien in den verschiedenen Behältern gearbeitet.
In dem jeweils restlos zu entleerenden Behälter wird das Transportmedium auf etwa Materialschichthöhe mittels Druckgas, das aus einer besonderen Leitung DG zugeführt wird, abgesenkt. Das dabei verdrängte Transportmedium TM wird von einem Pufferbehälter PB aufgenommen. Das beim Füllen der Behälter entweichende Gas wird über die Abgasleitung AG abgeführt.
Die drei Behälter, nämlich die beiden Ionenaustauscherbehälter IB 1 und IB 2 und der Pufferbehälter PB, befinden sich in einem nicht betretbaren Bezirl;, der durch Betonwände BA allseitig abgeschirmt ist. Für die automatische Durchführung des Transportverfahrens ist das Steuergerät S vorgesehen, es steuert den Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte nach einem voreingestellten Programm, das nicht nur durch Zeitschaltgeräte, sondern auch durch die Anzeigewerte von Differenzdruck- und Niveaumessgeräten und Messgeräten für die Aktivität und Leitfähigkeit des zu reinigenden Mediums beeinflusst wird.
Die Ionenaustauscherbehälter IB 1 bzw. IB 2 sind beispielsweise mit 200 1 Kationenaustauscher Lewatit S 100 oder 200 1 Anionenaustauscher Lewatit M 500 bzw. mit 200 1 eines Mischbettes beider Austauschertypen gefüllt. Die Behälter haben dabei etwa folgende Abmessungen: lichter Durchmesser etwa 500 mm, Höhe zwischen den Siebböden etwa 1250 mm. Der Abstand der Öffnung S der Transportleitlmgen vom unteren Siebboden beträgt dabei etwa 25 mm. Die Korngrösse der Ionenaustauscherharze beträgt etwa 0,3 bis 1,2 mm, die Maschenweite der Siebböden etwa 0,2 mm. Die der Umwälzung des Transportmediums, z. B. schwerem oder leichtem Wasser, dienende Pumpe P ist beispielsweise eine Zentrifugalpumpe mit einer Födermenge von 4 m3/h und einer Förderhöhe von etwa 5 at. Die Nennweite der Rohrleitungen beträgt dabei etwa 20 bis 25 mm.
In folgendem wird der automatisch gesteuerte Ablauf der einzelnen Transportvorgänge näher beschrieben. Es wird dabei der Ionenaustauscherbehälter IB 1 entleert und mit neuem Material gefüllt. Die in Klammern angegebenen Ziffern beziehen sich dabei immer auf den gleichen Arbeitsablauf, jedoch mit dem Ionenaustauscherbehälter UB 2.
Zu Beginn der Transportvorgänge sind die Ionenaustauscherbehälter IB 1 und IB 2 sowie der Transportbehälter und die verbindenden Rohrleitungen mit Wasser gefüllt, der Pufferbehälter PB dagegen ist leer.
Der Einfüllbehälter EB enthält das über den Einfüllstutzen ES manuell eingefüllte frische Ionenaustauschermaterial.
Wie bereits erwähnt, strömt über die Leitung 70 und das Ventil 1 (2), das zu reinigende Wasser dem lonenaustauscherbehälter IB 1 zu und fliesst über die Leitung 56 (57), das Ventil 3 (4) und die Leitung 71 wieder in gereinigtem Zustand ab. Wenn das Filterbett im Behälter IB 1 (IB 2) erschöpft ist, wird dieser Zustand durch die Aktivitätsmesseinrichtung a und/oder die Leitfähigkeitsmesseinrichtung 1 und/oder die Differenzdruckmesseinrichtung Ap1 (Ap2) an die Steuereinrichtung S gemeldet. Daraufhin bewirkt die Steuereinrichtung S zunächst die Umschaltung des zu reinigenden Wasserstromes auf den Ionen austauscherbehälter IB 2 (IB 1) und den Abtransport des verbrauchten Filterbettes aus dem Behälter IB 1 (IB 2).
Dazu werden zunächst die Ventile 2 und 4 (1 und 3) geöffnet und die Ventile 1 und 3 (2 und 4) geschlossen. Damit ist der Ionenaustauscherbehälter IB 2 (IB 1) als Reinigungsfilter in Betrieb. Anschliessend werden die Ventile 13, 9, 35 und 36, (14, 10, 35 und 36) sowie 31 und 32 geöffnet und die Pumpe P eingeschaltet. Über den durch die Leitungen 51, 64, 56, (57), 53, (54), 67, 59 und 50 gebildeten Kreislauf wird die Hauptmenge des im Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) befindlichen Ionenaustauscherharzes in den Transportbehälter TB befördert. Nach einem Zeitraum von beispielsweise 15 Min.
ist dieser Vorgang beendet und die Ventile 9 und 13 (10 und 14) werden geschlossen. Zur Entfernung des letzten Restes der Ionenaustauscherharze aus dem Behälter IB 1 (IB 2) wird das Wasserniveau im Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) durch Öffnung der Ventile 26, 5, 27, 30, 29 (26, 6, 18, 30, 29) abgesenkt.
Durch diese Ventilstellung gelangt Druckgas aus der Leitung DG in den Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) und drückt das darin befindliche Wasser in den Pufferbehälter PB, der ausgangsseitig an die Abgasleitung AG angeschlossen ist. Das Wasser strömt dabei über die Leitung 56 (57), das Ventil 17 (18) und das Ventil 30 (30). Wenn das Niveau im Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) auf ein vorbestimmtes Mass von z. B. 10 cm Höhe abgesunken ist - dies entspricht einem entsprechenden Niveau im Pufferbehälter PB so veranlasst die Niveaumesseinrichtung n das Schliessen der Ventile 26, 5, 17, 30 und 29 (26, 6, 18, 30 und 29).
Anschliessend werden die Ventile 15 und 9 (16 und 10) geöffnet, die Pumpe P befördert das Transportmedium durch die Leitungen 64, 61, 53, 67 und 50 (64, 62, 54, 67 und 50).
Damit wird durch den in den Behälter IB 1 (IB 2) mündenden Stutzen T2 (T3) das Transportmedium tangential in den Behälter eingeführt. Die entstehende Kreis- oder Wirbelströmung befördert den Rest der lonenaustauscherkörner zur Mitte des Siebbodens, wo sie mit der Transportflüssigkeit nach oben in die Öff nung S2 (S3) der Transportleitung 53 (54) eintreten.
Dieser Vorgang benötigt bis zur vollständigen Leerung des Behälters IB 1 (IB 2) beispielsweise 10 Min. und wird nach Ablauf dieser Zeit durch automatisches Aus schalten der Pumpe P und Schliessen der Ventile 35,
36, 31, 32, 15 und 9(35,36,31,32, 16 und 10) beendet.
Bevor die Füllung des nunmehr leeren Ionenaustau scherbehälters IB 1 (IB 2) mit neuem Material erfolgen kann, wird das im Pufferbehälter PB befindliche Wasser in den Behälter IB 1 (IB 2) zurückgeführt und zu diesem Zweck die Ventile 28, 30, 17, 5 und 27 (28, 30, 18, 6 und 27) geöffnet. Druckgas strömt dann über die Leitung 42 und 47 in den Pufferbehälter PB und drückt das Wasser über die Leitung 56 (57) in den Behälter IB 1 (IB 2) zurück. Das aus diesem über das Ventil 5 (6) entweichende Gas gelangt über die Leitung 48 und das Ventil 27 zur Abgasleitung 49. Sobald die Niveaumesseinrichtung n die Entleerung des Pufferbehälters PB anzeigt, schliessen sich die Ventile 28, 30,
17, 5 und 27 (28, 30, 18, 6 und 27).
Zum Transport des neuen lonenaustauschermate- rials aus dem Einfüllbehälter EB in den Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) öffnet nunmehr das Steuergerät S die Ventile 24, 11 und 7 (24, 12 und 8). Die Pumpe P schaltet sich ein und treibt das Transportmedium (Wasser) über die Leitung 51, 55, 52, 66 (54) und 50. Dabei wird das neue Ionenaustauschermaterial aus dem Einfüllbehälter EB in den Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) gespült. Wenn nach beispielsweise 15 Min. der Transport der Hauptmenge des neuen Ionenaustauschermaterials beendet ist, schaltet sich die Pumpe P ab, die Ventile 11 und 24 12 und 24) schlie- ssen sich.
Zum Abtransport der Restmenge des neuen Ionenaustauschermaterials aus dem Einfüllbehälter EB wird in ähnlicher Weise wie vorher beim Ionenaustauscherbehälter IB 1 (IB 2) das Wasser abgesenkt und mit Druckgas in den Pufferbehälter PB gedrückt. Zu diesem Zweck werden die Ventile 21, 23, 30 und 29 geöffnet.
Über die Leitung 41 und 45 gelangt das Druckgas in den Einfüllbehälter EB und drückt das darin befindliche Wasser über die Leitungen 55 und 65 in den Pufferbehälter PB. Wenn das Niveau des Wassers im Einfüllbehälter EB auf ein Mindestmass von beispielsweise 10 cm Höhe über dem unteren Siebboden gesunken ist, - dies entspricht einem entsprechenden Niveau im Pufferbehälter PB - so veranlasst die Niveaumesseinrichtung n am Pufferbehälter PB über das Steuergerät S das Schliessen der Ventile 21, 23, 30 und 29.
Anschliessend werden die Ventile 25 und 11 (25 und 12) geöffnet. Die Pumpe P setzt das Transportmedium wieder in Bewegung. Dieses tritt über die Leitung 60 und den Stutzen T1 tangential in den Einfüllbehälter EB ein und erzeugt eine Kreis- oder Wirbelströmung. Diese sammelt den Rest von Ionenaustauscherharzen in der Mitte des Siebbodens und spült sie in die Öffnung S1 der Transportleitung 52 ein. Über die Leitungen 66 und 53 (54) gelangt damit der Rest des frischen Ionenaustauschermaterials an seinen endgültigen Einsatzort, den Ionenaustauscherbehälter 113 1 (IB 2).
Nach einem wiederum empirisch ermittelten Zeitraum von z. B. 10 Min. ist der Transport des Restes des neuen Ionenaustauschermaterials mit Sicherheit beendet, das Steuergerät S schaltet die Pumpe P ab und schliesst die Ventile 11, 7 und 25 (12, 8 und 25).
Wenn es sich um den Transport von Mischbett lonenaustauschermassen handelt, so ist es notwendig, die beiden Komponenten der Mischbett-Ionenaustauschermassen am Einsatzort, also im Behälter IB 1 (IB 2), gründlich zu mischen. Zu diesem Zweck werden die Ventile 27, 5 und 19 (27, 6 und 20) geöffnet.
Diese Massnahme ist natürlich im voreingestellten Steuerprogramm des Gerätes S von vornherein vorgesehen.
Über diese Ventile strömt Druckgas in die Leitungen 42, 44 und 56 (57), dem Behälter IB 1 (IB 2) zu und verlässt diesen über die Leitungen 48 (43) und 49. Nach gründlicher Durchmischung der Ionenaustauscherharze, deren Zeit beispielsweise auf 5 Min. festgesetzt ist, werden die genannten Ventile automatisch wieder geschlossen.
Der Ionen austauscherbeh älter IB 1 (IB 2) ist nun mit neuem Ionenaustauscherharz gefüllt und somit bereit zu neuem Einsatz. Dieser beginnt, wenn die eingangs genannten Anzeigeeinrichtungen an das Steuergerät gemeldet haben, dass das Filterbett im Ionenaustauscherbehälter IB 2 (IB 1) erschöpft ist. Das Steuergerät veranlasst daraufhin automatisch die Schliessung der Ventile 2 und 4 und die Öffnung der Ventile 1 und 3 so dass der Strom des zu reinigenden Wassers aus der Leitung 70 wiederum über das Filterbett des Ionenaustauscherbehälters IB 1 (IB 2) läuft.
Als Voraussetzung für den Abtransport der verbrauchten Filtermassen aus dem lonenaustauscherbe- hälter IB 2 (IB 1) wird anschliessend zunächst der Pufferbehälter PB wieder vom Transportmedium entleert und dazu die Ventile 28, 30, 23 und 22 geöffnet.
Druckgas gelangt dadurch über die Leitungen 42 und 47 in den Pufferbehälter PB und drückt das darin befindliche Wasser über die Leitungen 65 und 55 in den Einfüllbehälter EB. Die genannten Ventile 28, 30, 23 und 22 schliessen sich wieder, wenn das Niveaumessgerät n am Pufferbehälter PB dessen völlige Entleerung angezeigt hat. Am Steuergerät S erscheint dann die Meldung, dass der Einfüllbehälter EB mit neuem Ionenaustauschermaterial beschickt werden und der Transportbehälter TB entfernt und geleert werden kann.
Wenn der geleerte Transportbehälter TB wieder an seine Verbindungsleitungen angeschlossen ist, kann gegebenenfalls mit der Entleerung des Ionenaustauscherbehälters IB 2 (IB 1) und seiner Neubeschickung begonnen werden.
Dieses Beispiel sollte zeigen, dass es nach dem Verfahren gemäss der Erfindung möglich ist, das Auswechseln von verbrauchten körnigen Stoffen, z. B.
Ionenaustauschermaterialien völlig selbsttätig und fernbedient durchzuführen. Die hier gezeigte Schaltungsanordnung stellt lediglich ein Beispiel dar, in der Praxis richtet sich die benötigte Schaltungsanordnung selbstverständlich nach den jeweiligen technischen Erfordernissen, wobei selbstverständlich das Prinzip des Transportverfahrens erhalten bleibt. So ist es z. B. auch möglich, auf die gleiche Weise Filtereinsätze, die der Gasreinigung dienen, auszutauschen, wobei das Transportmedium nicht unbedingt mit dem zu reinigenden Medium übereinstimmen muss. Natürlich lässt sich auch der blosse Ferntransport körniger Stoffe - auch wenn sie nicht zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen dienen - nach diesem Verfahren bewerkstelligen. Das hier gewählte Beispiel mit Wasser wurde genommen, weil es sich um einen erprobten Fall aus der Praxis handelt.