DE102008009647B4

DE102008009647B4 - Schlammreaktorpumpe zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dampfen und Gasen

Info

Publication number: DE102008009647B4
Application number: DE102008009647A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Koch; Arno Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: KR20110043519A; MX2010009093A; EP2090783A3; US20110052390A1; JP2011514946A; DE102008009647A1; RU2470185C2; CA2715987A1; WO2009103256A2; RU2010138287A; WO2009103256A3; EP2090783A2

Abstract

Schlammreaktorpumpe zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, mit einem sich über eine erste und zweite Stufe erstreckenden Förderweg, mit einer Achse und mit einer am Förderweg wirkenden Zentrifugalkraft, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Förderweg der Gase axial von der ersten in die zweite Stufe erstreckt und dass der Förderweg der verdampfenden Flüssigkeiten und der Feststoffe gegenüber dem axialen Förderweg der Gase mittels einer zwischen der ersten und der zweiten Stufe angeordneten Leitkammer (10) von außen nach innen umgelenkt ist, wobei am Umfang der ersten Stufe Bohrungen (8) in der Leitkammer (10) ausgebildet sind, durch welche Flüssigkeiten und Feststoffe in die Leitkammer (10) gelangen können, dass in der Leitkammer (10) mehrere Leiteinrichtungen (9) ausgebildet sind, welche die Flüssigkeit und Feststoffe von außen nach innen leiten, und dass innen ein Gemischeintritt (7.1) ausgebildet ist, durch den Flüssigkeiten und Feststoffe in die zweite Stufe gelangen können, und wobei in der...

Description

Der vorliegende Erfindung betrifft Erfindung betrifft eine Schlammreaktorpumpe zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, mit einem sich über eine erste und zweite Stufe erstreckenden Förderweg, mit einer Achse und mit einer am Förderweg wirkenden Zentrifugalkraft.
Aus der EP 1 477 682 A1 ist eine Flüssigkeitsringgaspumpe zur Förderung von Gasen bekannt. Diese Pumpe weist Steuerscheiben zwischen Arbeitsräumen auf, die Öffnungen für das Pumpmedium aufweisen. Diese Öffnungen sind auf er Saug- und Druckseite in gleicher Weise ausgebildet und können situationsabhängig verdeckt werden.
Aus DD 134978 A1 ist eine selbstansaugende Kreiselpumpe mit Flüssigkeitsring und exzentrisch in einem Gehäuse gelagertem Pumpenlaufrad zur Förderung von sauberen und verschmutzten Flüssigkeiten, deren der Druckseite zugeordnete Nabenscheibe Öffnungen aufweist. Zum Druckabbau sind Entlüftungszellen vorgesehen.
Aus DE 69924 021 T2 ist eine Vorrichtung zum Pumpen von Flüssigkeiten oder Suspensionen bekannt, bei der vor einem Laufrad eine Zone zur Abscheidung von Gas vorgesehen ist.
Keine der vorgenannten Pumpen können gleichzeitig Medien mit unterschiedlichen Aggregatzuständen fördern.
Dabei besteht insbesondere in der Reaktionstechnik ein Bedürfnis nach Rührwerken in Behältern, die vorwiegend eine kontinuierliche Reaktion ermöglichen. Mit den vorgenannten Pumpen des Standes der Technik können die Inhalte erst nach Abschluss der Reaktion gefördert werden, wobei dann ein homogener flüssiger Zustand erreicht ist, der das Abpumpen mit den bekannten Pumpensystemen ermöglicht.
Während der Reaktion lassen sich die Reaktionsgemische nicht umwälzen, was eine kontinuierliche Reaktionsführung ausschließt.
Es ist deshalb Ziel der Erfindung, eine Schlammreaktorpumpe zu schaffen, mit der solche Reaktionsgemische während der Reaktion umgewälzt werden und die gute Vermischung in dem Fördersystem für die Beschleunigung der Reaktion erzielt wird, die damit zur Verkleinerung der Reaktionsanlage beiträgt.
Im Vordergrund steht dabei nicht die Erzielung guter Wirkungsgrade, sondern die Nutzung der Verlustenergie zur Erwärmung der Förderflüssigkeit bis auf Reaktionstemperatur.
Die bekannten Pumpensysteme sind zur gleichzeitigen Förderung der entstehenden Reaktionsbestandteile aus Gasen und Dämpfen einerseits und mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten andererseits nicht geeignet. Radialradpumpen reagieren auf die bei der Reaktion entstehenden Gase und Dämpfe sehr kritisch. Die sich bei der Reaktion bildenden Dämpfe sammeln sich wegen der geringen Dichte im Zentrum des Laufrades und führen dort zu Kavitation und zum Abriss der Förderung. Die damit verbundenen unzureichenden NPSH-Werte, d. h. die Entstehung unzulässiger Kavitation, führen zur Zerstörung der Pumpe.
Der notwendige Unterdruck zum Einsaugen der Reaktionsgemische ist bei den üblichen Pumpen mit Radialrädern nur in geringem Umfang möglich und außerhalb des Bereiches, den reagierende Gemische in Chemieanlagen haben. Seitenkanalpumpen können selbst ansaugen. Der mögliche Unterdruck ist aber nicht für die Reaktionsgemische ausreichend. Wegen der engen Spalte verstopfen die mitgeförderten Feststoffe die Kanäle. Die Lebensdauer bekannter Fördereinrichtungen ist gering, wenn es überhaupt zu einer Förderung kommt.
Eine Pumpenart, die im Einlauf große Unterdrücke erzeugt, ist die aus EP 1 477 682 A1 bekannte Flüssigkeitsringgaspumpe. Sie ist jedoch nicht für den Flüssigkeit- und Feststofftransport geeignet und vorgesehen. Diese Pumpe ist in der Lage, Gase und Dämpfe anzusaugen, nicht jedoch Flüssigkeiten und Feststoffe zu fördern. Es wurde deshalb nach einer Möglichkeit gesucht, diesen Pumpentyp auch für die Förderung von Flüssigkeiten und Feststoffen zu ertüchtigen und damit die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
Dabei wurde überraschenderweise eine Lösung dafür gefunden.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass sich der Förderweg der Gase axial von der ersten in die zweite Stufe erstreckt und dass der Förderweg der verdampfenden Flüssigkeiten und der Feststoffe gegenüber dem axialen Förderweg der Gase mittels einer zwischen der ersten und der zweiten Stufe angeordneten Leitkammer von außen nach innen umgelenkt ist, wobei am Umfang der ersten Stufe Bohrungen in der Leitkammer ausgebildet sind, durch welche Flüssigkeiten und Feststoffe in die Leitkammer gelangen können, dass in der Leitkammer mehrere Leiteinrichtungen ausgebildet sind, welche die Flüssigkeit und Feststoffe von außen nach innen leiten, und dass innen ein Gemischeintritt ausgebildet ist, durch den Flüssigkeiten und Feststoffe in die zweite Stufe gelangen können, und wobei in der ersten Stufe innen ein Gasaustritt ausgebildet ist, durch den das Gas axial in die Leitkammer und durch den Gemischeintritt in die zweite Stufe gelangen kann.
Damit wurde ein neuer Pumpentyp geschaffen, der die Förderung von Flüssigkeiten der Radialpumpe und die Gasförderung der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe vereinigt und durch eine besondere Ausbildung der Kanäle zudem die Förderung der Feststoffe ermöglicht. Erst die Kombination beider Systeme ermöglicht die bei einer Reaktion entstehenden Gase und Dämpfe von der Flüssigkeit zu trennen und beide Aggregatzustände problemlos zu fördern.
Das Trennen der Gase und Dämpfe geschieht dabei nach dem Prinzip der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe, die durch die Zentrifugalkraft des Flügelrades diese nach innen abscheidet und fördert. Die Förderung der festen und flüssigen Stoffe am Umfang geschieht durch ein Leitsystem der Steuerscheiben, die diese Stoffe am Umfang axial transportiert und damit immer neue feste und flüssige Stoffe nachfördert.
Beiderseits der Laufräder sind Steuerscheiben angeordnet, die den Pumpenraum begrenzen. Laufräder und Steuerscheiben sind exzentrisch angeordnet. Dadurch kann sich während der Ansaugphase oder bei Gasmitförderung ein Flüssigkeitsring ausbilden, der sich mit unterschiedlichem Abstand an die Laufradnabe legt. Es bilden sich gasgefüllte Räume, die sich wegen der Exzentrizität vergrößern und verkleinern. In diesem Betriebszustand ist die Schlammreaktorpumpe gut zur Mitförderung von Gasen und Dämpfen geeignet.
Das Flüssigkeits-/Dampfgemisch wird durch einen Saugschlitz, der sich im Bereich des größten Abstandes des Flüssigkeitsringes von der Nabe befindet, angesaugt. Wegen der unterschiedlichen Dichte sammelt sich das Reaktionsgas im Nabenbereich und wird über einen Druckschlitz, der sich im Bereich des kleinsten Abstandes des Flüssigkeitsringes von der Nabe befindet, ausgestoßen.
Über die Radialkomponente des Laufrades wird die Flüssigkeit von der Gasphase getrennt und über Öffnungen in Form von Schlitzen oder Bohrungen, die am Gehäuseaußendurchmesser liegen im Bereich des höchsten Gehäusedruckes ausgeleitet bzw. über eine Leiteinrichtung in die nächste Stufe gefördert. Zur Umlenkung der Flüssigkeit sind vor Austrittsöffnungen Leitschaufeln angeordnet. Die Förderung von Flüssigkeit ist nur mit mäßigem Wirkungsgrad möglich. Die dadurch entstehende Verlustleistung dient der Energiezufuhr an das Fördermedium.
Ein enger Axialspalt zwischen Gehäuse und Laufrad wie bei der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ist nicht erforderlich, weil der Flüssigkeitsring erfindungsgemäß nicht in einer abgeschlossenen Kammer stabilisiert werden muss, sondern axiale Austrittsöffnungen enthält, die im Bereich des höchsten Gehäusedrucks angeordnet werden, bei Bedarf mit nachgeordneter Leiteinrichtung. Die Gestaltung der Öffnungen ermöglicht ein Zerkleinern der Feststoffe bei gleichzeitiger Scherwirkung auf das Fördermedium.
In der Leiteinrichtung wird die Flüssigkeit, welche durch die druckseitigen Austrittsöffnungen strömt in der Weise umgelenkt, dass sie der nächsten Stufe zugeführt bzw. bei einstufigen Maschinen als Bypass genutzt wird. Damit ergibt sich eine bessere Vermischung durch eine längere Verweilzeit des Mediums und einen zusätzlicher Energieeintrag durch Reibung, der einen schnelleren Reaktionsablauf begünstigt.
Dadurch wird es ermöglicht, dass der Flüssigkeitsring oder auch Feststoff-Flüssigkeitsring ständig ausgetauscht wird und durch die neu einströmenden Gemische aus Feststoffen und Flüssigkeit in die nächste Stufe bzw. in die Förderleitung gedrückt wird. Bei dieser Betriebsweise kommt es zu einer intensiven Vermischung zwischen Flüssigkeitsring und nachströmendem Fördermedium.
Dabei wird die Fähigkeit der Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe erhalten, einen großen Ansaugunterdruck zu erzeugen, die Gase und Dämpfe wie in der Vakuumpumpe in der Mitte zu fördern und durch das Radialradprinzip trotzdem das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch, den Schlamm, gleichzeitig im reagierenden Zustand bei hoher Temperatur mit durch die Pumpe zu fördern.
Die Größe der in der erfindungsgemäßen Ausführung ausgeführten Leitprofile und Bohrungen bestimmen damit gleichzeitig den Förderbereich der Pumpe an dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit einer Reinigung der Anlage durch Drehrichtungsumkehr der Pumpe. Als Wellendichtung kommen doppelt wirkende, drehrichtungsunabhängige Gleitringdichtungen zum Einsatz, die mit geeigneter Flüssigkeit, zum Beispiel Öl als Sperrmedium zwischen pumpenseitiger und atmosphärenseitiger Dichtung betrieben werden.
Die Sperrflüssigkeit wird mit leichtem Überdruck gegenüber der pumpenseitigen Dichtung über Hilfspumpen umgewälzt. Erfindungsgemäß ist zwischen innerer und äußerer Dichtung das Pumpenlager so angeordnet, dass die Sperrflüssigkeit gleichzeitig zur Schmierung und Kühlung genutzt wird. Um die Temperatur an der Gleitringdichtung und am Pumpenlager im zulässigen Bereich zu halten, sind in den Kreislauf Wärmetauscher geschaltet.
Der höhere Druck der Sperrflüssigkeit gegenüber der inneren Dichtung bewirkt, dass die im Schlamm eingetragenen abrasiven Feststoffteile, wie z. B. Metall, Glas und Steine von Dichtspalt, Lager und Welle ferngehalten werden. Über die beschriebene Anwendung hinaus kann in einem Schleifenmischer, der in einem Bypassrohr zwischen den Stufen angeordnet wird, eine zusätzliche Vermischung erreicht werden (9).
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 bis 5 jeweils Querschnitte durch eine erfindungsgemäße Schlammreaktorpumpe;
6 ein Diagramm zur Leistung der erfindungsgemäßen Schlammreaktorpumpe;
7 einen Längsschnitt durch die Schlammreaktorpumpe;
8 Anlage mit einer Schlammreaktorpumpe aus 7 und mit Elektromotor;
9 einen Schlaufenreaktor ;
10 die Schlammreaktorpumpe mit Elektromotor.
Dabei zeigt die 1 einen Querschnitt im vorderen Teil (erste Stufe bzw. ND-Teil) der Pumpe, der mit der Ansaugöffnung der Pumpe verbunden ist. Mit 1 ist das Gehäuse bezeichnet. Das Laufrad 2 hat einen Schaufelkranz, der in Drehrichtung gesehen, nach hinten geneigt ist. Mit 3 ist eine Welle bezeichnet. Mit 4 ist eine Trennwand bezeichnet.
Eine Austrittsöffnung 5 dient zur Entleerung der Pumpe. Über Bohrungen 8 ist ein Flüssigkeitsring einer ersten Stufe (ND) mit einem Gemischeintritt 7.1 für eine zweite Stufe (HD) verbunden. Dadurch gelangt der mit der Zentrifugalkraft am Außenumfang gebildete Ring aus Flüssigkeit und Feststoffen in eine Leitkammer 10 zwischen den beiden Stufen und von dort von außen nach innen in den innen liegenden Gemischeintritt 7.1. Das Gas, welches sich in der ersten Stufe innen ansammelt, gelangt über einen Gasaustritt 7.2 in die nächste Stufe.
Die Flüssigkeitsförderung erfolgt nach ihrem Eintritt in die erste Stufe durch die Zentrifugalkraft nach außen in den Flüssigkeitsring und über die Bohrungen 8 und einen Förderweg durch den zentralen Auslass von außen nach innen zentral in die nächste Stufe (HD). Die Gasanteile, die sich innen sammeln, werden von Stufe zu Stufe nicht umgelenkt, sondern axial von Stufe zu Stufe gefördert. 2 erläutert das System im Detail. Diese Figur zeigt den Flüssigkeitstransport zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe in der dazwischen liegenden Leitkammer 10.
In der Leitkammer 10 befinden sich Leiteinrichtungen 9, die die von außen nach innen zwischen den Stufen geleiteten Flüssigkeits- und Feststoffe strömungstechnisch in die nächste Stufe so leiten, dass keine Verstopfungen oder strömungstechnische Blockaden auftreten. Dieses wird in der 3, die nur eine Zwischenscheibe darstellt, noch weiter vertieft. Die 3 zeigt nur den Teil der Zwischenscheibe, der an der ersten Stufe liegt, wobei der Flüssigkeitsaustritt aus der ersten Stufe als Bohrung 8 mit dargestellt ist.
In 4 ist die andere Hälfte der Zwischenscheibe dargestellt. In 5 ist auch ein Gaseintritt 7.3 und ein Gasaustritt 7.4 dargestellt. Das Ergebnis einer solchen Fördereinrichtung zeigt die 6. Dabei ist zu sehen, dass die Schlammpumpe zwar einen hohen Unterdruck auf der Eintrittsseite der Pumpe hat, jedoch einen relativ niedrigen Förderdruck erzeugt. Das ist sehr vorteilhaft in chemischen Reaktionen mit Feststoffen, da die Feststoffe eine Düse auf der Ausgangsseite verstopfen würden. Bei solchen niedrigen Ausgangsdrücken ist aber die zusätzliche Einschaltung von Düsen nicht notwendig, da diese Druckunterschiede durch normale, geregelte Ventile gesteuert werden können, ohne zusätzliche Androsselung mit Düsen.
7 zeigt die Ausführungsform einer erfinderischen Schlammreaktorpumpe mit zwei Reaktionskammern. Die Bezeichnungen entsprechen denen der 1 bis 5. 8 zeigt die Einbindung einer solchen Schlammreaktorpumpe, die mit einem Elektromotor getrieben wird, als ein Gesamtaggregat. Mit 12 ist dabei die Schlammreaktorpumpe bezeichnet. Mit 13 ist der Motor bezeichnet, der als Elektromotor oder Verbrennungsmotor oder Verbrennungsturbine ausgebildet ist.
Mit 14 ist der Lüfter bezeichnet, der das Kreislauföl der Lagerkühlung der Lagerschmierung und der Drucksperre zur Verhinderung des Eindringens von festen Teilchen aus dem Fördermedium in die Lager rückkühlt. Mit 15 ist der Vorratsbehälter für das Vorratsvolumen der Lagerschmierung bezeichnet. Mit 16 ist die Pumpe für den Kühl- und Schmierkreislauf der Lagerschmierung bezeichnet. Da die Aufgabe der Schlammreaktorpumpe die Vermischung und Erhitzung der eingesaugten Materialien ist, wird in die Saug- und Druckleitung zur weiteren Vermischung ein Schlaufenreaktor eingeschaltet, der diese Wirkung weiter erhöht. Dieser ist in der 9 dargestellt.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel ist in 10 näher erläutert. Eine Schlammreaktorpumpe ist mit einem Elektromotor gekoppelt. Die Einheit hat eine elektrische Aufnahmeleistung von maximal 200 kW und im Mittel 120 kW. Die Einheit ist 3,5 m lang und die Schlammreaktorpumpe ist auf einer Aufnahmeplatte mit Schwingungsdämpfer montiert. Die Schlammreaktorpumpe hat eine Länge von 795 mm und ist auf eine Grundplatte von 840 × 1200 mm montiert. Der Abstand zwischen Ansaugung auf der Motorseite und der Überdruckleitung auf der Außenseite ist 795 mm. Der Druckverlauf der Überdruckseite ist in dem Diagramm in 6 dargestellt.

Claims

Schlammreaktorpumpe zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, mit einem sich über eine erste und zweite Stufe erstreckenden Förderweg, mit einer Achse und mit einer am Förderweg wirkenden Zentrifugalkraft, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Förderweg der Gase axial von der ersten in die zweite Stufe erstreckt und dass der Förderweg der verdampfenden Flüssigkeiten und der Feststoffe gegenüber dem axialen Förderweg der Gase mittels einer zwischen der ersten und der zweiten Stufe angeordneten Leitkammer (10) von außen nach innen umgelenkt ist, wobei am Umfang der ersten Stufe Bohrungen (8) in der Leitkammer (10) ausgebildet sind, durch welche Flüssigkeiten und Feststoffe in die Leitkammer (10) gelangen können, dass in der Leitkammer (10) mehrere Leiteinrichtungen (9) ausgebildet sind, welche die Flüssigkeit und Feststoffe von außen nach innen leiten, und dass innen ein Gemischeintritt (7.1) ausgebildet ist, durch den Flüssigkeiten und Feststoffe in die zweite Stufe gelangen können, und wobei in der ersten Stufe innen ein Gasaustritt (7.2) ausgebildet ist, durch den das Gas axial in die Leitkammer (10) und durch den Gemischeintritt (7.2) in die zweite Stufe gelangen kann.
Schlammreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung und Abdichtung auf beiden Seiten der Pumpe mit einem spezifischen Überdruck zur Einsaug- und Austrittsseite der Schlammreaktorpumpe im gekühlten Kreislauf erfolgt.
Schlammreaktorpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (14) zur Rückkühlung vorgesehen ist.
Schlammreaktorpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder beiden Seiten der Schlammreaktorpumpe, am Eingang, Ausgang oder beiden Seiten Schlaufenreaktoren angebracht sind.
Schlammreaktorpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (13) angekoppelt ist.
Verfahren zur gleichzeitigen Förderung von Feststoffen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen mit einer Schlammreaktorpumpe nach einem der Ansprüche 1–5, mit der Gase auf einem axialen Förderweg von einer ersten in eine zweite Stufe geförde werden, dadurch gekennzeichnet, dass verdampfende Flüssigkeiten und Feststoffe über einen Umweg von außen nach innen in einer zwischen der ersten und zweiten Stufe angeordneten Leitkammer von der ersten in die zweite Stufe gefördert werden.