Die Erfindung betrifft einen Drehofen, insbesondere für die Gewinnung von Fluorwasserstoffsäure durch Umsetzung von Flusspat mit Schwefelsäure.
In der Vergangenheit wurde die Umsetzung gewöhnlich industriell in von aussen beheizten Ofen durchgeführt, die durch eine Metallschale mit Schienen, Kratzern, Klopfern oder andern mechanischen Einrichtungen zur Entfernung von Nebenproduktverkrustungen gekennzeichnet waren, die sich sonst auf den Wandoberflächen bilden würden, was die Wärmeüberführungsgeschwindigkeit durch die Ofenwände zu der Reaktionsmasse einschränkt.
Typischerweise verwenden handelsübliche Verfahren zur Herstellung von Fluorwasserstoffsäure Ofen, die unter vier allgemeine Typen fallen und folgendermassen beschrieben werden können: a) Ein Ofentyp umfasst feststehende horizontale Metallzylinder, die von aussen befeuert werden und mit rotierenden Kratzern versehen sind, die dem Abkratzen der zylindrischen Wände dienen und die Reaktionsmasse vom Beschickungsende zu dem Austragende des Ofens befördern. In der Praxis ist die Brauchbarkeit von Öfen dieses Typs begrenzt, da die Korrosion der Kratzer bald den Abstand zwischen Kratzer und Ofenwand vergrössert, so dass unverändert eine harte Verkrustung vorliegt, die die Wärmeüberführung merklich reduziert.
Ausserdem verursacht der Widerstand, der von den Verkrustungen auf die Kratzer ausgeübt wird, eine starke Torsionskraft auf die Kratzereinrichtung, was zu hohen Wartungskosten und Ausfallzeiten führt.
b) Ein anderer Ofentyp umfasst rotierende, von aussen beheizte horizontale oder nahezu horizontale Zylinder, die mit lockeren Schienen oder schweren Stangen im Inneren versehen sind, die durch Rotation des Ofens an den Ofenwänden kratzen und sich auf diesen wälzen, um Verkrustungen zu entfernen. Die Tatsache, dass ständig frische Metalloberflächen auf den Schienen und der Ofenwandung freiliegen, beschleunigt die Korrosion, so dass Ofen dieses Typs häufigen Austausch der Schienen und Ofengehäuse nach Arbeiten während etwa 2000 Stunden oder weniger erfordern.
c) Ein dritter Ofentyp schliesst die Verwendung von schwer erhältlichen Vormischern ein, die das Calciumfluorid und die Schwefelsäure vermischen, von denen entweder ein Bestandteil oder beide Bestandteile gewöhnlich vorerhitzt werden, um in dem Mischer bereits eine Teilreaktion zu erhalten und so zu gewährleisten, dass die Beschickung zu dem Ofen die Ofenwände nicht verkrustet. Dies schützt den Ofen und beseitigt das Erfordernis von Kratzeinrichtungen, doch wird der am stärksten korrodierende Teil der Reaktion dadurch auf die kostspieligen Vormischer überführt.
d) Der vierte Ofentyp ist ein solcher, der zur Bildung eines Teils der erforderlichen Schwefelsäure durch Umsetzung von Wasserdampf und Schwefeltriodid in dem Ofen verwendet wird. Schwefelsäure in der Dampfphase (SO3) reagiert nicht mit Flusspat, doch durch Übergiessen der Reaktionsmasse durch den Schwefelsäuredampf hindurch erhält man Kondensation und Umsetzung. Obwohl dieses System das Problem einer Wärmeüberführung durch die Ofenwand hindurch ausschaltet, ist es wegen der Kosten des Schwefeltrioxids relativ teuer, so zu arbeiten, und ausserdem ist es kostspielig, dass das Ofengehäuse aus teuren, korrosionsbeständigen Legierungen konstruiert werden muss, damit das Ofengehäuse der Wirkung der Anwesenheit von Gemischen von Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure widersteht.
Die obigen Verfahren besitzen bestimmte Nachteile, die die wirtschaftliche Durchführbarkeit eines industriellen Verfah rens ernsthaft beeinträchtigen. Die ersten drei Verfahren haben ernsthafte Beschränkungen, wenn es erwünscht ist, einen Ofen hoher Kapazität zu konstruieren, und das vierte
Verfahren ist hinsichtlich der hohen Verfahrenskosten ungün stig.
In einer älteren deutschen Patentanmeldung entprechend der französischen Patentschrift 40 40570 wurde ein Verfahren beschrieben, in dem die obigen Schwierigkeiten beseitigt wur den, indem Fluorwasserstoff durch Umsetzung von Calcium fluorid und Schwefelsäure bei Temperaturen zwischen 191 und 3160C in Gegenwart von mehr als 3 Teilen Calciumsulfat je
Teil des gebildeten Calciumsulfatnebenproduktes gewonnen wird. Vorzugsweise war das Calciumsulfat recyclisiertes Calci umsulfatnebenprodukt, das an einem Punkt in dem Ofen vor
Beendigung der Reaktion bei der Fluorwasserstoft'säureher- stellung abgezogen wurde.
Das wesentliche Merkmal jener Erfindung besteht in der
Verwendung von mehr als 3 Teilen Calciumsulfat je Teil Calci umsulfatnebenprodukt, das in dem Reaktionsgemisch von
Flusspat und Schwefelsäure bei der Herstellung von Fluorwas serstoffsäure gebildet wird, und dieses Merkmal führt zu einer wirksamen Durchführung des Verfahrens ohne die Schwierig keiten nach dem damaligen Stand der Technik. Die Wirkung dieser Verfahrensweise ist überraschend und unerwartet, da der verwendete Ofen ohne Kratzer, Klopfer oder andere bis her verwendete Mittel zur Entfernung von Verkrustungen von dem Ofengehäuse arbeiten kann. Bei dieser Verfahrensweise ist die Masse in dem Ofen ein im wesentlichen frei fliessender
Feststoff, und die Wände werden niemals der Wirkung der stark korrodierenden flüssigen Schwefelsäure ausgesetzt.
Das gebildete HF ist auch von grösserer Reinheit als das, welches man mit den oben diskutierten Ofentypen erhält. da bei jenen
Ofentypen die Produktgase grosse Mengen von Schwefeldioxid und elementarem Schwefel enthalten. was ein Ergebnis der
Reduktion von Schwefelsäure durch naszierenden Wasserstoff ist, welcher während des korrodierenden Angriffs der Säure auf das Metall des Ofens freigesetzt wird. Elementarer Schwe fel ist besonders zu beanstanden. da er dazu neigt. sich auf Wärmeüberfühungsoberflächen abzulagern und die Sammellei tungen für die Säureberieselung zu verstopfen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ofen für die Herstel lung von insbesondere Fluorwasserstoffsäure zu schaffen.
welcher eine kontrollierte Recyclisierung von Rückstand in einem einzelnen Ofen ohne Erfordernis äusserer Förderein richtungen, Mehrfachantriebe oder anderer komplexer und unzuverlässiger Anlagen gestattet.
Der erfindungsgemässe Ofen ist gekennzeichnet durch ein zylindrisches Ofengehäuse zur Aufnahme des Rohmaterials.
wobei das Ofengehäuse Endwände besitzt und mit seiner
Achse leicht geneigt derart gelagert ist, dass die Reaktions partner vom ersten Ende zum zweiten Ende des Ofengehäuses sich bewegen, durch Einrichtungen zum Rotieren und Erhitzen des Ofengehäuses, durch einen Einlass zur Einführung der
Reaktionspartner in das erste Ende des Ofengehäuses. einen
Auslass zur Entfernung von Fertigprodukt aus der Reaktions zone und einen getrennten Auslass am zweiten Ende des
Ofengehäuses zur Entfernung von Reaktionsrückstand aus dem Ofengehäuse und durch eine innere Rezyklisiereinrich tung zur Aufnahme und Rezyklisierung eines Teils des Rück standsmaterials von einem Punkt innerhalb des Ofengehäuses zurück zu dem Bereich des ersten Endes.
Ein einzelner Antriebsmotor kann die Kraft für die gesamte
Apparatur liefern einschliesslich des inneren Recyclisierungs- fördersystems, und das Recyclisierungsfördersystem bewegt sich vorzugsweise nicht gegenüber dem Ofengehäuse, in dem es befestigt ist, so dass dadurch Lagerprobleme und Probleme beschleunigter Korrosion zwischen bewegten Teilen ausgeschaltet werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Recyclisierfördersystem eine Schneckenfördereinrichtung in der Form eines zylindrischen Förderrohres mit zwei Spiralwegen, die auf seiner inneren Zylinderwand vorgesehen sind. Die beiden Spiralwege sind gegeneinander um etwa 180 versetzt und besitzen etwa die gleiche Steigung. Die beiden Wege sind in einer Richtung gewunden, um Rückstandmaterial zu dem Einlassende der Ofenapparatur zurückzutragen, wenn das Ofengehäuse und das Recyclisierfördersystem in der gleichen Richtung durch eine gewöhnliche Antriebseinrichtung gedreht werden. Jeder der beiden spiralförmigen Wege des Schneckenförderers steht mit einer sich radial erstreckenden Schaufeleinrichtung in Verbindung, die am Abstromende des Recyclisierfördersystems angebracht ist.
Die Schaufeln sind so gelagert, dass sie Rückstandsmaterial aus der Reaktionszone aufnehmen und kontrollierte Mengen des Materials in ihre betreffenden Spiralwege, mit denen sie in Verbindung stehen, bringen. Die Schaufeln sind vorzugsweise mit Sieben versehen, um übergrosse Klumpen des Rückstandsmaterials auszusortieren, so dass grosse, harte Klumpen nicht in das Recyclisierfördersystem eingeführt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt das Recyclisierfördersystem in der Form einer geschlossenen Röhre oder eines geschlossenen Durchgangs mit offenen Enden vor. welcher in einem schneckenförmigen Weg an der inneren zylindrischen Wandung der Reaktionszone der Ofenapparatur angebracht ist. Wenigstens ein solcher schneckenför miger Durchgang ist in einem Drehofen derart vorgesehen, dass er sich von einer Rückstandaufnahmezone des Ofens bis zurück zum Einlassende des Ofens erstreckt. Diese Ausführungsform ist besonders brauchbar, wo es erwünscht ist, ständig eine Recyclisierung von Calciumsulfatrückstand zurück zu dem Einlassende der Reaktionszone zu tragen, die Flusspat und Schwefelsäure als Reaktionspartner aufnimmt.
Auch funktioniert das Recyclisierfördersystem dieser Ausführungsform als eine wirksame Zumesseinrichtung, so dass eine erwünschte Recyclisiermenge genau in der Konstruktion eines Drehofens eingeplant werden kann. Das Recyclisierfördersystem dieser Ausführungsform kann mit dem Schneckenförderer der ersten Ausführungsform in irgendeiner bestimmten Drehofenapparatur kombiniert werden.
Obwohl die Erfindung unter spezieller Bezugnahme auf einen Drehofen zur Herstellung von Fluorwasserstoffsäure beschrieben ist, sei festgestellt, dass die beschriebenen Strukturmerkmale und Funktionen auch auf Drehöfen angewendet werden können, die anderen Behandlungsverfahren dienen.
Der Erfindungsgegenstand wird nunmehr anhand der in den Zeichnungen aufgeführten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht in etwas schematischer Darstellung einer Drehofenapparatur nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht ähnlich wie in Fig. 1, doch in vergrössertem Masstab und mit der Darstellung nur eines Teils der Apparatur von Fig. 1 unter Betrachtung einer ersten grundsätzlichen Ausführungsform einer Recyclisiereinrichtung in der Ofenapparatur,
Fig. 3 eine vergrösserte perspektivische Darstellung des Abstromendes der in Fig. 2 verwendeten Recyclisiereinrichtung,
Fig. 4 einen vergrösserten Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2,
Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich wie in Fig. 4, doch entlang der Linie 5-5 in Fig. 2,
Fig. 6 eine vergrösserte Draufsicht auf das Abstromende des Recyclisierfördersystems aus Fig. 2, allgemein gesehen entlang der Linie 6-6, doch unter Weglassung des äusseren Ofenmantels,
Fig.
7 einen vergrösserten Aufriss eines Drehofens mit einer zweiten Ausführungsform einer Recyclisiereinrichtung zusammen mit der ersten Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung nach der Erfindung, und
Fig. 8 einen Aufriss ähnlich Fig. 7. der jedoch einen Drehofen mit einer Recyclisiereinrichtung gemäss der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In Fig. 1 ist eine typische Drehofenapparatur des betrachteten Typs nach der Erfindung abgebildet. Der Drehofen besitzt ein inneres zylindrisches Ofengehäuse 10, in das Reaktionspartner zur Bildung von Fluorwasserstoffsäure eingeführt werden. Somit funktioniert das innere Gehäuse 10 als Reaktionszone, und die Reaktionszone ist vorzugsweise in zwei Abschnitte unterteilt. Mit einem Aufstromabschnitt oberhalb eines Ringdammes 12 und einem Abstromabschnitt unterhalb des Ringdammes 12. Das Ofengehäuse 10 ist für eine Rotation von Radkränzen 14 und Auflagern 16 in an sich bekannter Weise getragen. Eine einzelne, nicht gezeigte Antriebseinrichtung herkömmlicher Bauart ist vorgesehen, um das Ofengehäuse 10 über ein Rippenzahnrad oder eine ähnliche Einrichtung 18 zu drehen.
Die dargestellte Apparatur ist mit einem Heizmantel 20 um eine grössere Länge des Ofengehäuses 10 herum versehen, und Verbrennungsprodukte werden durch den Heizmantel 20 mit Hilfe einer in einem Gehäuse 22 enthaltenden Gebläseeinrichtung zirkuliert. Die Verbrennungsprodukte werden in einer Verbrennungskammer 24 entwickelt, in der Brennstoff-Gas oder Öl mit einer kontrollierten Luftmenge verbrannt werden.
Es sind bekannte Einrichtungen zur Kontrolle der Brennstoffund Luftzufuhr zu der Verbrennungskammer 24 vorgesehen.
Bei einem typischen Fluorwasserstoffsäureprozess werden Verbrennungsgase mit Temperaturen unterhalb 7040C an deren Eintrittspunkt 26 in den Heizmantel 20 entwickelt.
Infolge des Volumens des Verbrennungsgases, das durch das Gebläse 22 zirkuliert werden kann, gibt es einen Temperaturabfall vom Eintrittspunkt 26 bis zu den Auslässen 28 aus dem Heizmantel von etwa 149ob. Drosselklappen 30 sind in Rückführleitungen 32 vorgesehen, um den Fluss von Heissgasen zu jedem Ende des Heizmantels 20 zu regulieren. Der Gasdruck in dem Heizmantel 20 wird so kontrolliert, dass er im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten wird, um übermässige Heissgasverluste und ein Kaltlufteindringen an den Grobdichtungen 34 an jedem Ende des Heizmantels zu vermeiden.
Das Ofengehäuse 10, in dem die Reaktion stattfindet, ist an jedem Ende mit Endwänden versehen, so dass es einen im wesentlichen geschlossenen Ofen bildet. Die gesamte Ofeneinheit einschliesslich des Ofengehäuses 10 ist leicht abgeschrägt, so dass ihr Einlassende A etwas höher als ihr Auslassende B liegt. Dies liefert eine Bewegung der Reaktionspartner vom Einlassende zum Auslassende, während der Ofen rotiert.
Fig. 2 erläutert eine zusätzliche Einzelheit des Einlassendes der Ofenapparatur. Das Ende ist mit Hilfe einer aufrechten Wand bzw. eines Kopfteiles 40 verschlossen und abgedichtet, wobei diese Wand so an dem zylindrischen Ofengehäuse 10 befestigt ist, dass sie mit diesem rotiert. Die Endwand 40 ist vorzugsweise in das Ofengehäuse 10 soweit zurückgesetzt, dass sie von dem Bereich des Ofengehäuses 10 eingeschlossen wird, welches von dem Heizmantel 20 umgeben und erhitzt wird. Da ein Radkranz 14 für die Abstützung des Einlassendes des Ofens auf einem Auflager 16 vorgesehen ist, ist es nicht möglich, den Heissmantel ganz bis zu den Enden des Ofengehäuses 10 zu erstrecken.
Entsprechend ist es bevorzugt, das Einlassende der Reaktionszone durch eine aufrecht stehende Wand 40 zu definieren, die die Reaktionszone vollständig in einem erhitzten Bereich des Ofengehäuses 10 liegen lässt. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Apparatur, da irgendwelche nicht erhitzte Abschnitte in der Reaktionszone Quellen für die Kondensation korrodierender Flüssigkeiten in dem Ofengehäuse sein könnten. Die Reaktionspartner werden durch die aufrechtstehende Wand 40 in die Reaktionszone eingeführt.
Die Einrichtungen zur Einführung der Reaktionspartner sind üblich und sind beispielsweise Schneckenförderer 42 zur Einführung von Flusspat in die Reaktionszone zusammen mit einer Säurepumpe 44 zur Einführung von Schwefelsäure in die Reaktionszone. Es gibt hier kein Vormischen des Flusspates und der Säure vor dem Vermischen mit recyclisiertem Rückstand in der Reaktionszone, und dadurch vermeidet man die Bildung einer klebrigen Masse am Einlassende des Ofens. Der Schneckenförderer und die Säureleitung sind in einem stationären Gehäuse 46 angebracht, das bei 48 mit einer Dichtung versehen ist. Ein rotierender Abschnitt 50 des Gehäuses ist an der Endwand 40 befestigt und in seiner Bewegung gegenüber dem stationären Gehäuse 46 abgedichtet. Fluorwasserstoffgas wird aus dem System durch die Wand 40 und das stationäre Gehäuse 46 mit Hilfe einer Steiglcitung 52 entfernt.
Diese allgemeinen Anordnungen zur Einsparung der Reaktionspartner in eine Reaktionszone und zur Entfernung von HF-Gas daraus ist allgemein in der Technik bekannt und stellt keinen getrennten Teil der vorliegenden Erfindung dar.
Wiederum unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist das Abstromende des Ofengehäuses 10 mit inneren Hebern 54 versehen, die Calciumsulfat-Rückstandsmaterial vom Ende der hinteren Reaktionszone in eine stationäre Rutsche heben und entladen.
Die stationäre Rutsche 56 ist mit einer herkömmlichen Dichteinrichtung versehen, die ein rotierendes Sternventil 58 besitzt, um einen Verlust an HF-Gas aus dem Ofen durch die stationäre Rutsche zu verhindern. Auch verhindert das Ventil 58, dass ein Überschuss an Luft in den Ofen gesaugt wird, obwohl die Reaktionszone des Ofens nahezu auf Atmosphärendruck oder leicht unterhalb Atmosphärendruck während des Betriebes gehalten wird.
Gemäss der Erfindung ist wenigstens eine Recyclisiereinrichtung in dem Ofengehäuse 10 angebracht, um einen Anteil des Rückstandsmaterials aus einer Abstromzone des Ofens aufzunehmen und das Material zurück zu dem Einlassende des Ofens zu führen. Vorzugsweise ist die Recyclisiereinrichtung so angeordnet, dass sie Rückstandsmaterial vom Abstromende der Anfangsreaktionszone aufnimmt, die durch den obengenannten Ringdamm 12 definiert ist, so dass ein bevorzugtes Rückstandsmaterialverhältnis zu dem Einlassende des Ofens vor Beendigung der Reaktion des Gemisches in dem zweiten Abschnitt der Reaktionszone unterhalb des Ringdammes 12 recyclisiert wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Umsetzung von Flusspat mit Schwefelsäure sieht eine Recyclisierung im Überschuss von 3 Teilen Rückstandsmaterial je Teil in der Reaktion gebildeten Calciumsulfats vor. Das nicht recyclisierte Rückstandsmaterial wird über den Ringdamm 12 bewegt und gelangt in das Austragsende der Reaktionszone. Nachfolgend wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die zwei grundsätzlichen Formen von Recyclisiereinrichtungen beschrieben, die in dem Ofengehäuse 10 angebracht sein können, um bevorzugte Calciumsulfatrückstandsmaterialien zu dem Einlassende des Ofens zurückzuführen. Die Fig. 1 bis 6 betreffen konstruktive Merkmale einer ersten grundsätzlichen Ausführungsform einer Recyclisiereinrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 8 zeigt die zweite grundsätzliche Ausführungsform, und Fig. 7 erläutert eine bevorzugte Anordnung, bei der die erste Ausführungsform von Recyclisiereinrichtungen mit der zweiten Ausführungsform von Recyclisiereinrichtungen kombiniert ist. Die erste Ausführungsform wird nachfolgend als eine Recyclisiereinrichtung vom Schneckentyp bezeichnet, und die zweite Ausführungsform wird als schlangenartige
Recyclisiereinrichtung in der Form eines offenendigen, geschlossenen, spiraligen Durchganges bezeichnet, welcher um die innere zylindrische Wandung des Ofengehäuses ausgebildet ist. Vorzugsweise kombiniert ein Ofensystem beide Typen von
Recyclisiereinrichtungen in einer einzigen Konstruktion, doch aus Gründen der Klarheit der Beschreibung werden die beiden
Recyclisiereinrichtungen nachfolgend getrennt voneinander beschrieben.
Recyclisiereinrichtung vom Schneckentyp
In den Fig. 1 und 2 ist eine Recyclisiereinrichtung 60 vom
Schneckentyp gezeigt, die in einer feststehenden Position in dem Ofengehäuse 10 derart befestigt ist, dass die gesamte
Recyclisiereinrichtung mit Drehbewegungen des Ofengehäuses
10 rotiert, ohne dass getrennte Antriebseinrichtungen erfor derlich wären. Die Schnecken-Recyclisiereinrichtung 60 umfasst ein zylindrisches Förderrohr 62, das koaxial mit dem Ofengehäuse 10 angebracht ist, und das Förderrohr 62 enthält zwei spiralförmige oder schneckenförmige Wege, die auf seiner inneren zylindrischen Wandoberfläche definiert sind.
Die spiralförmigen Wege sind durch zwei längliche Gewindegang elemente 64 definiert, die spiralförmig um die innere Fläche des Rohres 62 gewunden sind und in dem Rohr 62 die erfor derlichen beiden spiralförmigen Wege bilden. Die länglichen
Elemente 64 sind gegeneinander um 180 versetzt und von der gleichen Steigung. Beide spiralförmigen Wege sind in einer
Richtung gewunden, um Rückstandsmaterial zurück zu dem
Einlassende des Ofengehäuses zu transportieren, wenn das
Ofengehäuse und die Schneckenrecyclisiereinrichtung 60 zusammen in der gleichen Drehrichtung gedreht werden. In diesem Sinne ist die Schneckenrecyclisiereinrichtung so kon struiert, dass sie etwa wie ein Archimedes-Schneckenförderer zur Beförderung von Rückstandsmaterial aus einer Abstrom zone im Ofen zu einer Aufstromzone im Ofen wirkt.
Das zylindrische Förderrohr 61 ist in dem Ofen mit Hilfe irgend einer geeigneten Einrichtung befestigt, wie beispielsweise mit
Hilfe von Stäben 66, die an der Aussenfläche befestigt sind.
Wenn somit Material in den beiden spiralförmigen Wegen der rotierenden Schneckenrecyclisiereinrichtung 60 abgelagert wird, wird es zu dem Einlassende des Ofens zurückgebracht.
wo es von einem Ofenende 68 des Förderrohrs 62 herabfällt.
Es ist erwünscht, das offene Ende der Recyclisiereinrichtung so nahe wie möglich am Einlassende der Reaktionszone zu plazieren, so dass die Reaktionspartner mit recyclisiertem
Rückstand vermischt werden. Es ist jedoch ersichtlich, dass das
Ende des Förderrohres 68 nicht die zur Einführung der Reak tionspartner in das Einlassende der Reaktionszone verwendete
Apparatur stören darf, und daher gibt es in der erläuterten
Anlage eine praktische Begrenzung zwischen der Länge des zu verwendenden zylindrischen Förderrohrs 62.
Da das Förderrohr 62 entlang der mittigen Längsachse der
Reaktionszone angebracht ist, so dass es nicht die Bewegung einer Rückstandsschicht vom Einlassende des Ofens zum
Auslassende des Ofens stört, ist es erforderlich, Einrichtungen zum Anheben von Mengen des Rückstandsmaterials zu den beiden spiralförmigen Wegen vorzusehen, die in dem Schenk ken-Förderrohr 62 definiert sind. Die Erfindung sieht hierfür ein Paar Schaufeleinrichtungen 70 vor, die am Abstromende des Schnecken-Förderrohrs 62 vorgesehen sind, um Rück standsmaterial aufzunehmen und kontrollierte Mengen des
Materials in die beiden spiralförmigen Wege, die in der
Schnecken-Fördereinrichtung definiert sind, zu überführen.
Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, liegt das Paar Schaufeleinrichtungen 70 allgemein in der Form sich radial erstreckender kastenartiger Strukturen vor, die voneinander um 180 versetzt sind, um eine Verbindung zwischen dem Abstromende des Schnecken-Förderrohrs 62 und den Innenwandflächen des Ofengehäuses 10 zu bilden.
Gemäss der Erfindung wurde festgestellt, dass die Recyclisierung von Rückstand sorgfältig kontrolliert werden kann, indem man bestimmte Verhältnisse zwischen der Schaufeleinrichtung 70 und der Schnecken-Fördereinrichtung in dem zylindrischen Rohr 62 einstellt. Wie in Fig. 3 geziegt ist, besitzt jede der Schaufeleinrichtungen 70 die allgemeine Form einer kastenartigen Struktur mit einem offenen Einlassende 72. Das offene Einlassende jeder Schaufeleinrichtung ist quer zu dem Ofengehäuse ausgerichtet, so dass Rückstandsmaterial, das in dem Gehäuse entlang diesem bewegt wird, von den Einlässen 72 aufgenommen werden kann, wenn das Gehäuse und die Recyclisiereinrichtung 60 rotieren. Fig. 2 zeigt die Einlassenden 72 in einer Darstellung quer zur Ofenapparatur.
Jeder der Einlässe 72 kann mit Siebeinrichtungen 74 in Form mehrerer Stäbe versehen sein, um übergrosse Klumpen des Rückstandsmaterials auszusieben. Dies verhindert ein Aufschaufeln und Überführen übergrosser Klumpen in die Schneckengewindegänge der Fördereinrichtung. Bei einigen Anwendungen kann jedoch die Siebeinrichtung 74 auch weggelassen werden, und die Schaufeleinrichtung kann auch mit vollständig offenen Einlässen 72 versehen sein. Die Siebeinrichtung 74 kann in einem beliebigen Winkel gegenüber der Längsachse des Ofens vorgesehen sein, wie die Darstellung in Fig. 6 zeigt.
Aus dem Versetzen der beiden Schaufeleinrichtungen um 1800 ist ersichtlich, dass eine Schaufeleinrichtung in der Weise funktioniert, dass sie Rückstandsmaterial vom Boden des Ofengehäuses zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Rotation des Gehäuses und der Recyclisiereinrichtung aufnimmt, während die andere Schaufeleinrichtung ihre Ladung von Rückstandsmaterial in das Abstromende des Förderrohrs 62 abgibt. Somit funktionieren beim Rotieren der gesamten Anlage die beiden Schaufeleinrichtungen in der Weise, dass sie wechselweise die Schicht des Rückstandsmaterials durchpflügen und eine Materialmenge aufnehmen, um diese in die Schnecken-Fördereinrichtung 60 zu überführen.
Der Ringdamm 12 wirkt in der Weise, dass er eine ausreichende Ansammlung der Rückstandsmaterialschicht in dem Ofen bewirkt, so dass die Schaufeleinrichtung 70 die erwünschten Mengen zur Recyclisierung aufnehmen kann.
Jede Schaufeleinrichtung 70 ist mit einer geneigten Gleitfläche 74 versehen, um ihre Ladung von Rückstandsmaterial in das Ende des Förderrohrs 62 zu überführen, und die Verhältnisse der beiden geneigten Gleitflächen 74 zu dem Ende des Förderrohrs 62 sind wichtig für ein erfolgreiches Arbeiten der Recyclisiereinrichtung. Das allgemeine Verhältnis jeder der geneigten Gleitflächen 74 zu dem Ende des Förderrohrs 61 ist in Fig. 2 gezeigt. Jede der geneigten Flächen 74 steht in Verbindung mit einem der spiralförmigen Wege, die in dem Förderrohr 62 definiert sind, obwohl ein Überlauf derart vorgesehen ist, dass die Materialmenge, die zu jedem der spiralförmigen Wege überführt wird, kontrolliert werden kann.
Fig. 3 erläutert ausserdem die Positionen der geneigten Flächen 74 in Relation zu dem Ende des Förderrohrs 62, Es ist ersichtlich, dass die Flächen 74 ein verschlossenes Ende für das Förderrohr 62 definieren, so dass ein Verbindungsweg zu der Einlass öffnung 72 einer jeden Schaufeleinrichtung 70 besteht. Die Schaufeleinrichtungen 70 sind ausserdem mit Wandabschnitten 80, 82 und 84 (siehe Fig. 4) versehen, um verschlossene kastenartige Strukturen in dem Ofengehäuse 10 zu bilden.
Diese Wandabschnitte sind auf einem Abschnitt 86 der Innenfläche des Ofengehäuses befestigt, um die Schaufeleinrichtungen vollständig einzuschliessen, mit Ausnahme von deren Einlässen 72 und deren Eintrittspunkten in das Förderrohr 62.
Der Siebabschnitt eines jeden Einlasses kann mit Hilfe eines Plattenabschnittes 87 an seiner Verbindung mit einem verlängerten Teil des zylindrischen Rohrs 62 abgeschlossen sein, doch kann die Platte 87 ebenfalls auch weggelassen werden.
Fig. 4 ist eine Darstellung vom Einlassende des Ofengehäuses 10 aus gesehen und zeigt das Abstromende der Recyclisiereinrichtung 60 an deren Verbindungspunkt mit der Schaufel einrichtung 70. Wie erläutert, beginnen die beiden länglichen
Gewindegangelemente 64, die zusammen die beiden spiralförmigen Schneckenwege in dem Förderrohr 62 bilden, mit einem Durchmesser 88 des Förderrohrs. Die ursprüngliche Linie der beiden Elemente 64 ist durch die Linie der Verbindung zwischen den beiden geneigten Flächen 74 der Schaufeleinrichtungen 70 definiert. Somit besitzen die beiden getrennten spiralförmigen Wege, die durch die Gewindegangelemente 64 definiert sind, eine Ursprungslinie, die mit einer geneigten Fläche 74 einer der Schaufeleinrichtungen 70 ausgerichtet ist.
Diese Anordnung ist ziemlich wichtig für eine Recyclisiereinrichtung mit zwei spiralförmigen Wegen und unter Verwendung von zwei Schaufeleinrichtungen des beschriebenen Typs.
Fig. 4 erläutert auch die Wege der Fortbewegung des Rückstandsmaterials in der Recyclisiereinrichtung, wenn das Ofengehäuse 10 und die Recyclisiereinrichtung 60 in Richtung des Pfeils rotieren. Wenn eine der Schaufeleinrichtungen 70 die Rückstandsmaterialschicht während der Drehung des Ofengehäuses erreicht, wird Material durch den Einlass 72 der Schaufeleinrichtung aufgenommen. Wenn dann das Gehäuse und die Recyclisiereinrichtung darin weiter rotieren, fällt das aufgenommene Material zurück in einen verschlossenen Abschnitt der Schaufeleinrichtung, von wo es auf deren geneigte Gleitfläche 74 fallen kann, um in das Förderrohr 62 überführt zu werden.
Fig. 4 zeigt einen Pfeil, der abwärts in das Innere der oberen Schaufeleinrichtung 70 zeigt, um den Fall des Materials abwärts zu der oberen geneigten Gleitfläche anzuzeigen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass der Materialfall tatsächlich beginnt, während die Schaufeleinrichtung sich in irgendeiner mittleren Position zwischen dem Boden und dem oberen Ende des Ofens befindet, und das Material kann beginnen, auf der Gleitwand 82 der obersten Schaufeleinrichtung abwärts zu gleiten, bevor diese eine aufrecht stehende Position erreicht.
Jede der Schaufeleinrichtungen 70 steht in Verbindung mit dem Förderrohr 62 nur über die Breite ihres Wandabschnittes 80, und der Rest der Schaufeleinrichtung (hauptsächlich der dreieckige Einlassabschnitt, der die Siebstäbe 72 enthält) ist von dem Förderrohr 72 mit Hilfe verlängerter Abschnitte des Förderrohres selbst (siehe Fig. 3) abgeschlossen. Somit gelangt Rückstandsmaterial abwärts in das Ende der Schneckenfördereinrichtung entlang der linken Hälfte der oberen geneigten Gleitfläche, wenn die Schaufeleinrichtung in der in Fig. 4 gezeigten Position ist.
Fig. 4 zeigt auch zwei getrennte Pfeile, die sich abwärts über die geneigte Fläche 74 erstrecken, welche mit der oberen Schaufeleinrichtung 70 verbunden ist. Der linke Pfeil erläutert den Materialfluss auf ein Gewindeelement 64, das allgemein mit der oberen geneigten Gleitfläche 74 ausgerichtet ist. Somit fällt ein Teil des Abwärtsflusses in einen der beiden spiralförmigen Wege, die in dem Förderrohr 62 ausgebildet sind. Sollte jedoch ein Überschuss an Material auf das Gewindegangelement 64 (das linke Element in Fig. 4, wenn die Schaufeleinrichtungen in den angegebenen Positionen sind) fallen, so gibt es einen automatischen Uberlauf des Uberschusses abwärts zu der gegenüberliegenden Schaufeleinrichtung 70, die sich am Boden der Apparatur befindet.
Fig. 4 zeigt auch einen abwärts gerichteten Pfeil in der Mittelzone der oberen geneigten Gleitfläche 74, und dieser Pfeil deutet überschüssiges Material an, das von der Gleitfläche hinter dem gleichen Gewindegangelement 64 und zurück zu der gegenüberliegenden Schaufeleinrichtung 70 am Boden der Apparatur fällt. Somit gibt es eine automatische Kompensierung unterschiedlicher Materialmengen, die von den einzelnen Schaufeleinrichtungen 70 aufgenommen werden, und die spiralförmigen Wege werden nur mit einer vorbestimmten Menge gefüllt, die leicht zu dem Einlassende des Ofens zurückbefördert werden kann, so dass das erwünschte Materialverhältnis der Recyclisierung reguliert werden kann.
Wenn die in Fig. 4 gezeigte Apparatur weiter rotiert, wird die in dem unteren spiralförmigen Weg abgelagerte Materialmenge zu dem Einlassende der Reaktionszone befördert, un das Recyclisierverfahren wiederholt sich selbst, wenn die erläuterte untere Schaufeleinrichtung etwa das obere Ende der Apparatur erreicht. Jede vollständige Drehung befördert Rückstandsmaterial für eine Steigung in das Rohr 62, so dass in dem spiralförmigen Weg für jede Schaufeleinrichtung ein leerer Aufnahmeraum vorliegt, wenn die Schaufeleinrichtung zu der oberen Position rotiert. Indem man die einander gegenüberliegenden Schaufeleinrichtungen und die gegenüberliegenden Ursprungspunkte für die Gewindegangelemente 64 wie oben diskutiert in einem Verhältnis zueinander setzt, kann man leicht eine Kontrolle der Recyclisierung in einer bestimmten Apparatur vorbestimmen.
Vorzugsweise sind die Schaufeleinrichtungen 70 so konstruiert, dass sie immer eine Materialmenge aufnehmen, die die Menge überschreitet, die erforderlich ist, die Schneckengewindegänge mit voller Kapazität zu beschicken. Dies gestattet eine vollständige Füllung der Recyclisierförderers mit einem Überlauf überschüssigen Materials in eine gegenüberliegende Schaufeleinrichtung.
Das Überlaufmaterial wird dann in dem nächsten halben Zyklus in den Schneckenförderer überführt.
Die Konstruktionselemente, die die Recyclisiereinrichtung ausmachen, sind aus bekannten Materialien gefertigt, die den korrodierenden Bedingungen in dem Ofen widerstehen können, und alle Elemente sind mit bekannten Methoden miteinander verbunden. Beispeilsweise können die einzelnen spiralförmigen Gewindegangelemente 64 in ihrer Position mit dem Förderrohr 64 verschweisst sein, und ihre Endabschnitte können bei 90 mit der Verbindungslinie 88 der beiden geneigten Gleitflächen 74 verschweisst sein.
Schlangenartige Recyclisiereinrichtung
Die Fig. 7 und 8 erläutern eine zweite Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung nach der Erfindung. Fig. 7 zeigt die zweite Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung in Kombination mit der ersten Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung in einer bevorzugten Anordnung für einen Ofen für ein Fluorwasserstoffsäureverfahren. Fig. 8 erläutert eine Ofenkonstruktion unter Verwendung nur der zweiten Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung.
Die grundsätzliche Ofenanordnung, die in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, ist die gleiche, wie sie oben in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.
Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung umfasst eine Recyclisiereinrichtung die als eine schlangenartige Recyclisierfördereinrichtung angesehen werden kann, die wenigstens einen spiralförmigen Durchgang 100 besitzt, welcher um die innere Zylinderwand des Ofengehäuses 10 ausgebildet ist. Der spiralförmige Durchgang 100 ist offenendig an seinem Einlassende 102 und seinem Auslassende 104, doch der Rest des Durchganges ist gegenüber dem Inneren des Ofengehäuses 10 abgeschlossen. Der spiralförmige Durchgang 100 kann an der inneren Zylinderwand des Ofengehäuses in irgendeiner Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein halbkreisförmiger Tunnelelement an der Innenwandfläche so angeschweisst oder anderweitig befestigt sein, dass sich eine Konstruktion ausbildet, wie sie durch die Fig. 7 und 8 erläutert ist.
Bei der Anordnung von Fig. 7 ist die Recyclisiereinrichtung
100 mit der Recyclisiereinrichtung 60 vom Schneckentyp, die oben diskutiert wurde, kombiniert. Eine solche Kombination ist besonders vorteilhaft, da die Recyclisiereinrichtung 60 vom Schneckentyp grössere Mengen Recyclisiermaterial bewältigen kann, um das Recyclisierverhältnis auf den erwünschten Stand zu bringen, während die schlangenartige Recyclisiereinrichtung 100 Recyclisiermaterial bis zum äussersten Ende der Reaktionszone und zu dem genauen Punkt der Einführung der Reaktionspartner in das Ofengehäuse führen kann.
Die Recyclisiereinrichtung 60 kann sich nicht weit genug bis zu der Endwand 40 des Ofengehäuses erstrecken, um Recyclisiermaterial am Einführungspunkt für die Reaktionspartner abzuladen, und daher unterstützt die zweite Ausführungsform der Recyclisiereinrichtung die Verhinderung einer Bildung einer klebrigen korrodierenden Masse am Einlassende des Ofens durch Ablagerung von Recyclisierrückstand durch ihren Auslass 104 am äussersten Ende der Reaktionszone hindurch. Ein anderer Vorteil der Recyclisiereinrichtung 100 dieser Ausführungsform ist der, dass sie Recyclisiermaterial in das Beschickungsende einer Reaktionszone zurückführt, ohne Recyclisiermaterial in der Ofenatmosphäre innerhalb des Ofengehäuses 10 fallenzulassen.
Ein Fallenlassen von Material in der Atmosphäre der Reaktionszone, besonders in der Nachbarschaft des Punktes, bei dem HF-Gas abgezogen wird, könnte ein Nebenproblem in der Abnahmeleitung für das HF-Gas verursachen. Somit kann die Recyclisiereinrichtung 60 der ersten Ausführungsform nicht das recyclisierte Calciumsulfat so nahe am Einlassende des Ofens ablagern, wie die Recyclisiereinrichtung 100 gemäss der zweiten Ausführungsform.
Die Recyclisiereinrichtung 100 funktioniert in der Weise, dass sie eine Menge des Rückstandsmaterials an ihrem Einlassende 102 aufnimmt, wenn sie zusammen mit der Drehbewegung des Ofengehäuses 10 rotiert. Fortgesetztes Rotieren des Gehäuses und der Recyclisiereinrichtung bewirkt, dass das aufgenommene Rückstandsmaterial zurück zu dem Einlassende des Ofens getragen wird, bis es aus dem Ende 104 ausgetragen wird.
Fig. 8 erläutert eine Anordnung, worin zwei getrennte Recyclisiereinrichtungen 100 an der inneren Zylinderwand eines Ofengehäuses derart vorgesehen sind, dass sie Recyclisierrückstandsmaterial aus um 180 versetzten Positionen am Einlassende des Ofens ablagern. Jede der zwei Recyclisiereinrichtungen 100 besitzt die gleiche Steigung und Richtung, so dass sie einander an der Innenwand des Ofengehäuses 10 parallel zueinander folgen. Beide Recyclisiereinrichtungen 100 nehmen Rückstandsmaterial an ihrem offenen Einlassende 102 auf, wenn ihre betreffenden Einlassenden durch eine Ansammlung des Rückstandsmaterials aufstromwärts von dem Ringdamm 12 durchpflügen. Dies leitet eine Recyclisierung des Rückstandsmaterials zurück zu den Einlassende des Ofens ein.
Wie mit der ersten Ausführungsform kann auch die Recyclisiereinrichtung 100 als eine wirksame Zumessungseinrichtung zur Kontrollierung der Menge des Recyclisiermaterials funktionieren. Die Dimensionen der Recyclisiereinrichtung 100 können so eingestellt werden, dass erwünschte Mengenanteile des Rückstandsmaterials zu dem Einlassende des Ofens zurückgeführt werden.
Nach Beschreibung der Konstruktionsmerkmale der beiden grundsätzlichen Ausführungsformen dieser Erfindung ist ersichtlich, dass die Erfindung eine verbesserte Konstruktion für die Rückführung von Materialien in einer Ofenapparatur ergibt. Obwohl die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich, dass die Prinzipien und Grundsätze, die hier offenbart sind, auch bei verschiedenen anderen Äquivalenten oder Abwandlungen des Erfindungsgegenstandes verwendet werden können, die ebenfalls dem Erfindungsgedanken zuzurechnen sind.
The invention relates to a rotary kiln, in particular for the production of hydrofluoric acid by reacting fluorspar with sulfuric acid.
In the past, the implementation was usually carried out industrially in externally heated furnaces, which were characterized by a metal shell with rails, scratches, knockers or other mechanical devices for removing by-product incrustations that would otherwise form on the wall surfaces, which the heat transfer rate by Restricts furnace walls to the reaction mass.
Typically, commercial processes for the manufacture of hydrofluoric acid use ovens that fall under four general types and can be described as follows: a) One type of oven comprises fixed horizontal metal cylinders that are externally fired and are provided with rotating scrapers that are used to scrape off the cylindrical walls and conveying the reaction mass from the loading end to the discharge end of the furnace. In practice, the usefulness of ovens of this type is limited, since the corrosion of the scratches soon increases the distance between the scratch and the oven wall, so that a hard incrustation remains unchanged, which noticeably reduces the heat transfer.
In addition, the resistance exerted by the incrustations on the scrapers creates a strong torsional force on the scraper device, resulting in high maintenance costs and downtime.
b) Another type of furnace includes rotating, externally heated horizontal or almost horizontal cylinders that are provided with loose rails or heavy rods on the inside, which, as the furnace rotates, scratch and roll on the furnace walls to remove incrustations. The fact that fresh metal surfaces are constantly exposed on the rails and furnace walls accelerates corrosion, so furnaces of this type require frequent replacement of the rails and furnace housings after operations for about 2000 hours or less.
c) A third type of furnace includes the use of difficult-to-obtain premixers that mix the calcium fluoride and sulfuric acid, either one or both of which are usually preheated in order to obtain a partial reaction in the mixer and thus ensure that the Charging to the furnace does not encrust the furnace walls. This protects the furnace and eliminates the need for scrapers, but it transfers the most corrosive part of the reaction to the expensive premixers.
d) The fourth type of furnace is one which is used to form part of the required sulfuric acid by reacting water vapor and sulfur triodide in the furnace. Sulfuric acid in the vapor phase (SO3) does not react with fluorspar, but by pouring the reaction mass over the reaction mass through the sulfuric acid vapor, condensation and conversion are obtained. Although this system eliminates the problem of heat transfer through the furnace wall, it is relatively expensive to operate because of the cost of the sulfur trioxide, and it is also expensive that the furnace housing must be constructed from expensive, corrosion-resistant alloys in order for the furnace housing to be effective withstands the presence of mixtures of sulfuric acid and hydrofluoric acid.
The above methods have certain disadvantages which seriously affect the economic feasibility of an industrial process. The first three methods have serious limitations when it is desired to construct a high capacity furnace and the fourth
The process is unfavorable in terms of the high process costs.
In an earlier German patent application corresponding to French patent specification 40 40 570, a process was described in which the above difficulties were eliminated by hydrogen fluoride by reacting calcium fluoride and sulfuric acid at temperatures between 191 and 3160C in the presence of more than 3 parts of calcium sulfate each
Part of the calcium sulfate by-product formed is obtained. Preferably the calcium sulfate was recycled calcium sulfate by-product that was present at some point in the furnace
Completion of the reaction in the production of hydrofluoric acid was withdrawn.
The essential feature of that invention is that
Use of more than 3 parts of calcium sulfate per part of calcium sulfate by-product that is in the reaction mixture of
Fluoric acid and sulfuric acid are formed in the production of hydrofluoric acid, and this feature leads to an efficient operation of the process without the difficulties of the prior art at the time. The effect of this procedure is surprising and unexpected, since the furnace used can operate without scratches, knockers or other means previously used to remove incrustations from the furnace housing. In this procedure, the mass in the furnace is essentially free flowing
Solid, and the walls are never exposed to the action of the highly corrosive liquid sulfuric acid.
The HF formed is also of greater purity than that which is obtained with the types of furnace discussed above. there with those
Types of furnace that contain product gases in large quantities of sulfur dioxide and elemental sulfur. what a result of
Reduction of sulfuric acid by nascent hydrogen, which is released during the corrosive attack of the acid on the metal of the furnace. Elemental sulfur is particularly objectionable. since he tends to. to be deposited on heat transfer surfaces and to clog the collecting lines for the acid sprinkling.
It is the object of the invention to provide a furnace for the produc- tion of hydrofluoric acid in particular.
which allows controlled recycling of residue in a single furnace without the need for external conveyors, multiple drives or other complex and unreliable equipment.
The furnace according to the invention is characterized by a cylindrical furnace housing for receiving the raw material.
the furnace housing having end walls and with its
Axis is mounted slightly inclined in such a way that the reaction partners move from the first end to the second end of the furnace housing, by means of rotating and heating the furnace housing, through an inlet for the introduction of the
Reactant into the first end of the furnace body. one
Outlet for removing finished product from the reaction zone and a separate outlet at the second end of the
Oven housing for removing reaction residue from the furnace housing and through an internal Rezyklisiereinrich device for receiving and recycling a portion of the residual material from a point within the furnace housing back to the region of the first end.
A single drive motor can provide the power for the whole
Apparatus including the internal recycle conveyor system, and the recycle conveyor system preferably does not move relative to the furnace housing in which it is mounted, thereby eliminating storage problems and problems of accelerated corrosion between moving parts.
In one embodiment of the invention, the recycling conveyor system comprises a screw conveyor in the form of a cylindrical conveyor tube with two spiral paths provided on its inner cylinder wall. The two spiral paths are offset from each other by about 180 and have about the same gradient. The two paths are unidirectional to carry residue material back to the inlet end of the furnace apparatus when the furnace housing and recycle conveyor system are rotated in the same direction by ordinary drive means. Each of the two spiral paths of the screw conveyor communicates with a radially extending paddle means which is attached to the downstream end of the recycle conveyor system.
The paddles are mounted to pick up residual material from the reaction zone and to bring controlled amounts of the material into their respective spiral paths with which they communicate. The paddles are preferably sieved to sort out oversized lumps of residual material so that large, hard lumps are not introduced into the recycle conveyor system.
In another embodiment of the invention, the recycle conveyor system is in the form of a closed tube or passageway with open ends. which is attached in a helical path to the inner cylindrical wall of the reaction zone of the furnace apparatus. At least one such screw-shaped passage is provided in a rotary kiln such that it extends from a residue receiving zone of the kiln back to the inlet end of the kiln. This embodiment is particularly useful where it is desired to continually carry a recycle of calcium sulfate residue back to the inlet end of the reaction zone which is receiving fluorine and sulfuric acid as reactants.
Also, the recycle conveyor system of this embodiment functions as an effective metering device so that a desired amount of recycle can be accurately planned into the construction of a rotary kiln. The recycle conveyor system of this embodiment can be combined with the screw conveyor of the first embodiment in any particular rotary kiln apparatus.
Although the invention is described with specific reference to a rotary kiln for the production of hydrofluoric acid, it should be noted that the structural features and functions described can also be applied to rotary kilns serving other treatment processes.
The subject matter of the invention will now be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
Show it:
1 is a side view in a somewhat schematic representation of a rotary kiln apparatus according to the invention,
FIG. 2 shows a side view similar to FIG. 1, but on an enlarged scale and with the representation of only part of the apparatus of FIG. 1, considering a first basic embodiment of a recycling device in the furnace apparatus,
3 shows an enlarged perspective illustration of the downstream end of the recycling device used in FIG. 2,
FIG. 4 shows an enlarged cross section along the line 4-4 in FIG. 2,
Fig. 5 is a cross section similar to Fig. 4 but taken along line 5-5 in Fig. 2;
6 is an enlarged top plan view of the downstream end of the recycle conveyor system of FIG. 2, viewed generally along line 6-6, but with the outer kiln shell omitted;
Fig.
7 shows an enlarged elevation of a rotary kiln with a second embodiment of a recycling device together with the first embodiment of the recycling device according to the invention, and
8 is an elevation similar to FIG. 7, but showing a rotary kiln with a recycling device according to the second embodiment of the invention.
In Fig. 1 a typical rotary kiln apparatus of the type under consideration according to the invention is shown. The rotary kiln has an inner cylindrical furnace housing 10 into which reactants to form hydrofluoric acid are introduced. Thus, the inner housing 10 functions as a reaction zone, and the reaction zone is preferably divided into two sections. With an upstream section above a ring dam 12 and a downstream section below the ring dam 12. The furnace housing 10 is supported for rotation by wheel rims 14 and supports 16 in a manner known per se. A single drive device of conventional design, not shown, is provided to rotate the furnace housing 10 via a rib gear or similar device 18.
The apparatus shown is provided with a heating jacket 20 around a major length of the furnace housing 10, and products of combustion are circulated through the heating jacket 20 by means of a fan device contained in a housing 22. The products of combustion are developed in a combustion chamber 24 in which fuel gas or oil is burned with a controlled amount of air.
Known means of controlling the supply of fuel and air to the combustion chamber 24 are provided.
In a typical hydrofluoric acid process, combustion gases with temperatures below 7040C are developed at their entry point 26 into the heating jacket 20.
Due to the volume of combustion gas that can be circulated through the fan 22, there is a temperature drop of about 149ob from the entry point 26 to the outlets 28 from the heating jacket. Throttle valves 30 are provided in return lines 32 to regulate the flow of hot gases to each end of the heating jacket 20. The gas pressure in the heating jacket 20 is controlled so that it is kept substantially at atmospheric pressure in order to avoid excessive hot gas losses and cold air penetration at the coarse seals 34 at each end of the heating jacket.
The furnace housing 10 in which the reaction takes place is provided with end walls at each end so that it forms a substantially closed furnace. The entire furnace unit including the furnace housing 10 is slightly beveled so that its inlet end A is slightly higher than its outlet end B. This provides movement of the reactants from the inlet end to the outlet end as the furnace rotates.
Figure 2 illustrates additional detail of the inlet end of the furnace apparatus. The end is closed and sealed with the aid of an upright wall or a head part 40, this wall being fastened to the cylindrical furnace housing 10 in such a way that it rotates with it. The end wall 40 is preferably set back into the furnace housing 10 to such an extent that it is enclosed by the region of the furnace housing 10 which is surrounded and heated by the heating jacket 20. Since a wheel rim 14 is provided for supporting the inlet end of the furnace on a support 16, it is not possible to extend the hot jacket all the way to the ends of the furnace housing 10.
Accordingly, it is preferred to define the inlet end of the reaction zone by an upright wall 40 which allows the reaction zone to lie completely in a heated area of the furnace housing 10. This is an important feature of the apparatus as any unheated portions in the reaction zone could be sources of corrosive liquid condensation in the furnace housing. The reactants are introduced into the reaction zone through upstanding wall 40.
The devices for introducing the reactants are conventional and are, for example, screw conveyors 42 for introducing fluorspar into the reaction zone together with an acid pump 44 for introducing sulfuric acid into the reaction zone. There is no premixing of the fluxpate and acid before mixing with recycled residue in the reaction zone and this avoids the formation of a sticky mass at the inlet end of the furnace. The screw conveyor and acid line are mounted in a stationary housing 46 which is provided with a seal at 48. A rotating portion 50 of the housing is attached to the end wall 40 and sealed in its movement from the stationary housing 46. Hydrogen fluoride gas is removed from the system through wall 40 and stationary housing 46 by means of a riser 52.
These general arrangements for saving reactants in a reaction zone and removing HF gas therefrom are well known in the art and do not constitute a separate part of the present invention.
Referring again to Figure 1, the downstream end of the furnace housing 10 is provided with internal lifters 54 which lift and discharge residual calcium sulfate material from the end of the rear reaction zone into a stationary chute.
The stationary chute 56 is provided with conventional sealing means having a rotating star valve 58 to prevent loss of RF gas from the furnace through the stationary chute. Valve 58 also prevents excess air from being drawn into the furnace even though the furnace's reaction zone is maintained near or slightly below atmospheric pressure during operation.
According to the invention, at least one recycling device is mounted in the furnace housing 10 in order to receive a portion of the residue material from a downstream zone of the furnace and to lead the material back to the inlet end of the furnace. Preferably, the recycle device is arranged to receive residue material from the downstream end of the initial reaction zone, which is defined by the aforementioned ring dam 12, so that a preferred residue material ratio to the inlet end of the furnace before the reaction of the mixture is completed in the second section of the reaction zone below the ring dam 12 is recycled.
A preferred method for reacting fluorspar with sulfuric acid provides for recycling in excess of 3 parts of residual material per part of calcium sulfate formed in the reaction. The non-recycled residue material is moved over the ring dam 12 and reaches the discharge end of the reaction zone. In the following, the invention will be further described with reference to the two basic forms of recycle equipment that may be installed in the furnace housing 10 to return preferred calcium sulfate residue materials to the inlet end of the furnace. 1 to 6 relate to structural features of a first basic embodiment of a recycling device according to the invention.
FIG. 8 shows the second basic embodiment, and FIG. 7 explains a preferred arrangement in which the first embodiment of recycling devices is combined with the second embodiment of recycling devices. The first embodiment is hereinafter referred to as a screw-type recycler, and the second embodiment is referred to as serpentine
Recycle means in the form of an open ended, closed, spiral passage, which is formed around the inner cylindrical wall of the furnace housing. Preferably, a furnace system combines both types of
Recyclers in a single construction, but for clarity of description, the two
Recycling facilities are described separately below.
Screw-type recycle device
In Figs. 1 and 2, a recycling device 60 is from
Screw type shown, which is fixed in a fixed position in the furnace housing 10 such that the entire
Recycling device with rotary movements of the furnace housing
10 rotates without the need for separate drive devices. The screw recycler 60 includes a cylindrical conveying tube 62 mounted coaxially with the furnace housing 10, and the conveying tube 62 includes two helical or helical paths defined on its inner cylindrical wall surface.
The spiral paths are defined by two elongated thread elements 64 which are spirally wound around the inner surface of the tube 62 and form the necessary two spiral paths in the tube 62. The elongated ones
Elements 64 are offset from one another by 180 and of the same slope. Both spiral paths are in one
Winding direction to get residue back to the
To transport the inlet end of the furnace housing if the
Oven shell and screw recycler 60 can be rotated together in the same direction of rotation. In this sense, the screw recycling device is designed in such a way that it acts somewhat like an Archimedes screw conveyor for conveying residue material from a downstream zone in the furnace to an upstream zone in the furnace.
The cylindrical conveyor tube 61 is secured in the furnace by any suitable means, such as with
With the help of bars 66 which are attached to the outer surface.
Thus, when material is deposited in the two spiral paths of the rotating screw recycler 60, it is returned to the inlet end of the furnace.
where it falls from a furnace end 68 of the conveyor pipe 62.
It is desirable to place the open end of the recycler as close as possible to the inlet end of the reaction zone so that the reactants with recycled
Residue to be mixed. However, it can be seen that the
The end of the conveying pipe 68 is not the one used to introduce the reactants into the inlet end of the reaction zone
Apparatus may interfere, and therefore there is in the explained
Plant a practical limit between the length of the cylindrical conveyor tube 62 to be used.
Since the conveyor pipe 62 along the central longitudinal axis of the
Reaction zone is attached so that there is no movement of a residue layer from the inlet end of the furnace to the
Interfering with the outlet end of the furnace, it is necessary to provide means for raising quantities of the residue material to the two spiral paths defined in the Schenk ken conveyor pipe 62. The invention provides a pair of paddle devices 70 for this purpose, which are provided at the downstream end of the screw conveyor tube 62 to receive residue material and controlled amounts of the
Materials in the two spiral paths that lead into the
Screw conveyor are defined to transfer.
As shown in Figures 3-5, the pair of paddle assemblies 70 are generally in the form of radially extending box-like structures that are offset 180 from each other for communication between the downstream end of the auger tube 62 and the interior wall surfaces of the furnace housing 10 to form.
According to the invention, it has been found that the recycling of residue can be carefully controlled by setting certain ratios between the paddle device 70 and the screw conveyor device in the cylindrical tube 62. As shown in Fig. 3, each of the paddle assemblies 70 is in the general shape of a box-like structure with an open inlet end 72. The open inlet end of each paddle assembly is oriented transversely of the furnace housing so that residual material moved along the housing in the furnace, can be received by the inlets 72 as the housing and recycler 60 rotate. Fig. 2 shows the inlet ends 72 in a representation transverse to the furnace apparatus.
Each of the inlets 72 may be provided with screening means 74 in the form of a plurality of rods to screen out oversized clumps of residual material. This prevents oversized lumps from being scooped up and transferred into the screw threads of the conveyor. In some applications, however, the screen device 74 can be omitted and the paddle device can be provided with fully open inlets 72. The sieve device 74 can be provided at any desired angle with respect to the longitudinal axis of the furnace, as the illustration in FIG. 6 shows.
By offsetting the two paddle assemblies by 1800, it can be seen that one paddle assembly functions to pick up residue material from the bottom of the furnace housing at some point during the rotation of the housing and the recycle assembly while the other paddle assembly puts its load of residue material into the Downstream end of the conveyor pipe 62 releases. Thus, when the entire system rotates, the two shovel devices function in such a way that they alternately plow through the layer of residue material and pick up a quantity of material in order to transfer it to the screw conveyor device 60.
The dam 12 acts to cause sufficient accumulation of the layer of residue material in the furnace so that the paddle assembly 70 can receive the desired amounts for recycling.
Each paddle device 70 is provided with an inclined slide surface 74 for transferring its load of residue material into the end of the conveyor tube 62, and the proportions of the two inclined slide surfaces 74 to the end of the conveyor tube 62 are important for the recycle device to operate successfully. The general relationship of each of the inclined slide surfaces 74 to the end of the conveyor tube 61 is shown in FIG. Each of the inclined surfaces 74 is in communication with one of the spiral paths defined in the conveyor tube 62, although an overflow is provided so that the amount of material transferred to each of the spiral paths can be controlled.
3 also explains the positions of the inclined surfaces 74 in relation to the end of the conveyor pipe 62. It can be seen that the surfaces 74 define a closed end for the conveyor pipe 62, so that a connection path to the inlet opening 72 of each paddle device 70 consists. The paddle devices 70 are also provided with wall sections 80, 82 and 84 (see FIG. 4) in order to form closed box-like structures in the furnace housing 10.
These wall sections are affixed to a portion 86 of the inner surface of the furnace housing to completely enclose the paddle assemblies except for their inlets 72 and their entry points into the conveyor pipe 62.
The screen portion of each inlet can be closed off by means of a plate portion 87 at its connection to an elongated portion of the cylindrical tube 62, but the plate 87 can also be omitted.
Fig. 4 is a view from the inlet end of the furnace housing 10 and shows the downstream end of the recycling device 60 at its connection point with the shovel device 70. As explained, the two elongated ones begin
Thread elements 64, which together form the two spiral-shaped screw paths in the conveyor pipe 62, with a diameter 88 of the conveyor pipe. The original line of the two elements 64 is defined by the line of connection between the two inclined surfaces 74 of the blade devices 70. Thus, the two separate spiral paths defined by the thread elements 64 have a line of origin that is aligned with an inclined surface 74 of one of the vane assemblies 70.
This arrangement is quite important for a recycle device with two helical paths and using two paddles of the type described.
Fig. 4 also illustrates the paths of movement of the residue material in the recycle device when the furnace housing 10 and the recycle device 60 rotate in the direction of the arrow. When one of the paddle assemblies 70 reaches the residue layer of material during rotation of the furnace housing, material is received through the inlet 72 of the paddle assembly. If the housing and the recycling device then continue to rotate therein, the material picked up falls back into a closed section of the shovel device, from where it can fall onto its inclined sliding surface 74 in order to be transferred into the conveyor pipe 62.
Figure 4 shows an arrow pointing downwardly into the interior of the upper paddle means 70 to indicate the fall of the material down to the upper inclined slide surface. It will be understood, however, that the material fall will actually begin while the paddle is in some intermediate position between the bottom and the top of the furnace and the material may begin to slide down the sliding wall 82 of the top paddle before that one upright position reached.
Each of the paddle devices 70 is in communication with the conveyor pipe 62 only across the width of its wall section 80, and the remainder of the paddle device (mainly the triangular inlet section containing the sieve bars 72) is from the conveyor pipe 72 by means of elongated sections of the conveyor pipe itself (see Fig Fig. 3) completed. Thus, residue material passes down into the end of the auger along the left half of the upper inclined slide surface when the paddle is in the position shown in FIG.
FIG. 4 also shows two separate arrows extending downwardly across the inclined surface 74 which is connected to the upper bucket 70. The left arrow illustrates the flow of material onto a threaded member 64 that is generally aligned with the upper inclined slide surface 74. Thus, part of the downward flow falls into one of the two spiral paths formed in the conveyor pipe 62. However, should an excess of material fall on the thread element 64 (the left-hand element in FIG Apparatus is located.
Figure 4 also shows a downward arrow in the central zone of the upper sloping slide surface 74, and this arrow indicates excess material falling from the slide surface behind the same thread member 64 and back to the opposing paddle means 70 at the bottom of the apparatus. Thus there is an automatic compensation for different amounts of material picked up by the individual paddle devices 70, and the spiral paths are only filled with a predetermined amount which can easily be returned to the inlet end of the furnace, so that the desired material ratio of recycling is regulated can.
As the apparatus shown in Figure 4 continues to rotate, the amount of material deposited in the lower spiral path is conveyed to the inlet end of the reaction zone and the recycling process repeats itself when the illustrated lower paddle means reaches approximately the top of the apparatus. Each full turn conveys debris up the tube 62 so that there is an empty receptacle in the spiral path for each paddle assembly as the paddle assembly rotates to the upper position. By relating the opposed paddles and the opposed points of origin for the thread elements 64 as discussed above, one can easily pre-empt a control of recycling in a particular apparatus.
Preferably, the paddle assemblies 70 are designed to always hold an amount of material in excess of the amount required to feed the auger flights at full capacity. This allows the recycling conveyor to be completely filled with an overflow of excess material into an opposing paddle device.
The overflow material is then transferred to the screw conveyor in the next half cycle.
The structural elements that make up the recycle facility are made of known materials that can withstand the corrosive conditions in the furnace, and all of the elements are bonded together by known methods. For example, the individual helical thread elements 64 can be welded in their position to the conveying pipe 64, and their end sections can be welded at 90 to the connecting line 88 of the two inclined sliding surfaces 74.
Snake-like recycling facility
7 and 8 illustrate a second embodiment of the recycling device according to the invention. FIG. 7 shows the second embodiment of the recycling device in combination with the first embodiment of the recycling device in a preferred arrangement for a furnace for a hydrofluoric acid process. Fig. 8 illustrates a furnace construction using only the second embodiment of the recycle device.
The basic furnace arrangement shown in FIGS. 7 and 8 is the same as that described above in connection with FIGS.
The second embodiment of this invention includes a recycle device which can be viewed as a serpentine recycle conveyor having at least one spiral passage 100 formed around the inner cylinder wall of the furnace housing 10. The spiral passage 100 is open ended at its inlet end 102 and its outlet end 104, but the remainder of the passage is sealed from the interior of the furnace housing 10. The spiral passage 100 may be formed on the inner cylinder wall of the furnace housing in any way. For example, a semicircular tunnel element can be welded or otherwise fastened to the inner wall surface in such a way that a construction is formed as is illustrated by FIGS. 7 and 8.
In the arrangement of Figure 7, the recycle facility is
100 combined with the screw-type recycler 60 discussed above. Such a combination is particularly advantageous because the screw-type recycler 60 can handle larger amounts of recycle material to bring the recycle ratio to the desired level, while the serpentine recycler 100 recycles material to the very end of the reaction zone and to the precise point of introduction of the reactants can lead into the furnace housing.
The recycle device 60 cannot extend far enough to the end wall 40 of the furnace housing to dump recycle material at the point of introduction for the reactants, and therefore the second embodiment of the recycle device helps prevent a sticky corrosive mass from forming at the inlet end of the furnace by the deposition of recycle residue through its outlet 104 at the extreme end of the reaction zone. Another advantage of the recycle apparatus 100 of this embodiment is that it returns recycle material to the feed end of a reaction zone without dropping recycle material in the furnace atmosphere within the furnace housing 10.
Dropping material in the atmosphere of the reaction zone, particularly in the vicinity of the point at which the HF gas is withdrawn, could cause a secondary problem in the HF gas withdrawal line. Thus, the recycle device 60 of the first embodiment cannot deposit the recycled calcium sulfate as close to the inlet end of the furnace as the recycle device 100 according to the second embodiment.
The recycle device 100 functions to pick up a quantity of the residual material at its inlet end 102 as it rotates with the rotation of the furnace body 10. Continued rotation of the housing and recycler causes the collected residue material to be carried back to the inlet end of the furnace until it is discharged from the end 104.
Fig. 8 illustrates an arrangement wherein two separate recycle devices 100 are provided on the inner cylinder wall of an oven housing so as to deposit recycle residue material from 180 offset positions at the inlet end of the oven. Each of the two recycling devices 100 has the same pitch and direction, so that they follow one another on the inner wall of the furnace housing 10 in parallel to one another. Both recyclers 100 receive residual material at their open inlet end 102 as their respective inlet ends plow through an accumulation of the residual material upstream of the dam 12. This initiates a recycle of the residual material back to the inlet end of the furnace.
As with the first embodiment, the recycle device 100 can function as an effective metering device for controlling the amount of recycle material. The dimensions of the recycle device 100 can be adjusted so that desired proportions of the residual material are returned to the inlet end of the furnace.
Having described the design features of the two principal embodiments of this invention, it will be seen that the invention provides an improved design for recycling materials in furnace equipment. Although the invention has been described with particular reference to the specific embodiments, it is to be understood that the principles and principles disclosed herein can also be used with various other equivalents or modifications of the subject matter of the invention which are also included in the concept of the invention.