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Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von staub
oder mehlförmigem Gut Zum Mischen und Homogenisieren von staub- oder mehlförmigem
Gut, vornehmlich Zement, Kalk od. dgl., im Trockenverfahren ist eine Vielzahl von
Verfahren bekannt, die aber in der Praxis für das Mischprodukt nur selten Toleranzwerte
innerhalb der Grenze von 1 1°, o erreichen. Anlagen oder Verfahren, die diese Toleranz
unterschreiten, arbeiten nur als Kleinanlagen oder Kleingeräte, so daß sie zwar
in einer verhältnismäßig kleinen Charge ein Mischgut von verhältnismäßig enger Toleranz
liefern. Da aber die Zusammensetzung der Charge in ihren Komponenten selbst mehr
oder weniger variabel sein kann, entsteht nur selten in solchen Einzelmischungen
ein in seiner Zusammensetzung völlig gleichmäßiges und damit auch gleichbleibendes
Endprodukt innerhalb einer bestimmten Zeit, z. B. einer Tagesproduktion. Je hochwertiger
aber eine Ware, z. B. eine Zementsorte, sein soll, um so homogener muß ihre Zusammensetzung
bleiben, d. h., ihre Durchmischung muß absolut gleichmäßig und gleichbleibend sein.
Diese Forderung wird jedoch nur dann erreicht, wenn die Produktionsmenge eines bestimmten
Zeitabschnittes, z. B. eines 24-Stunden-Tages, als Ganzes völlig gleichmäßig durchgemischt
wird oder wenn mehrere Einzelkomponenten einer Tagesproduktion dosiert zusammengebracht
und dann mit einer höchstmöglichen Intensität gemischt werden.
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Die bisherigen Erfahrungen und Versuche haben zur Erkenntnis geführt,
daß die Durchmischung eines Silobehälters mit größerem Fassungsvermögen, z. B.
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500 t, 1000 t oder größer, nur mittels Druckluft möglich ist. Alle
mechanischen Mischeinrichtungen zeigen keine praktisch brauchbaren Ergebnisse innerhalb
einer Toleranzgrenze, wie die Industrie sie fordert.
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Mischanlagen mit Luftauflockerung sind daher auch in verschiedener
Gestalt beschrieben worden.
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In Silos mit kleinerem Fassungsvermögen hat sich zwar eine Durchmischungsmethode
bewährt, die mit einer wechselweise gesteuerten Luftzuführung arbeitet.
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Die Luft wird hierbei durch ein durchlässiges Medium am Siloboden
in das Mischgut eingeblasen, wobei die luftdurchlässige Silogrundfläche in der Regel
in vier Sektoren geteilt ist und jeweils ein oder zwei Sektoren mit einem höheren
Luftdruck, die restlichen mit einem geringeren Luftdruck beschickt werden. Die dabei
erreichte Umwälzung des Gutes zeigt ein verhältnismäßig gutes Ergebnis, da sich
die Mischintensität in verhältnismäßig niedrigen Toleranzen bewegt. Das Verfahren
benötigt jedoch besondere, verhältnismäßig kleine Mischsilos, die das Mischprodukt
an die eigentlichen Vorratssilos abgeben. Auch ist dieses Verfahren nur für Mischsilos
anwendbar, deren Höhe ihren Durchmesser nicht übersteigt.
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Eine bekannte Tatsache ist andererseits, daß der erforderliche Preßdruck
für die Durchmischung mit wachsender Gutsäule ansteigt, daß aber die einmal durch
Preßluft schon in Bewegung, d. h. in flüssigkeitsähnlichen Zustand, gebrachte Gutsäule
mit einer verhältnismäßig geringen Preßluftmenge auch dann in Bewegung gehalten
werden kann, wenn durch weitere Beschickung die Gutsäule um ein Vielfaches anwächst.
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Wenn aber aus irgendeinem Grund, wie z. B.
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Betriebsstörung, Unterbrechung der Stromzuführung für die Motore usw.,
der stetig notwendige Preßluftstrom abreißt und das Material für kürzere oder längere
Zeit zur Ruhe kommt, ist eine erneute Inbewegungsetzung, d. h. Verflüssigung des
Materials mit der vorhandenen bzw. zur Verfügung stehenden Preßluft, nicht mehr
möglich und damit jede erneute Betriebsaufnahme und Fortsetzung des Mischvorganges
unmöglich gemacht. Es bleibt nur übrig, den Silo zu entleeren und den Mischvorgang
durch erneute Beschickung wieder einzuleiten.
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Man hat deshalb versucht, einen großen Siloinhalt in Bewegung zu
bekommen, d. h. durchzumischen, indem man einzelne oder eine Vielzahl von Steigrohren
in den Silo einbaut, die teilweise von unten, d. h. vor der Mündung, mit Preßluft
aufgelockert werden oder durch Preßluft von oben beschickt werden, um dadurch ein
oder mehrere Umlaufsysteme innerhalb des Silos zu schaffen, die dem Zweck einer
allmählichen Durchmischung des Gutes dienen sollen. Derartige Einbauten sind jedoch
umständlich, beeinträchtigen den nutzbaren Siloraum und lassen sich nur in Kleinapparaturen,
dagegen nicht in großen Siloanlagen mit dem schon angegebenen Fassungsvermögen verwenden.
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Andererseits ist ein Mischsilo bekannt, dessen Bodenfläche in mehrere
voneinander getrennte konzentrische Ringzonen zur getrennten Einleitung von Preßluft
aufgeteilt ist. Der Behälter ist mit einer Mehrzahl von Düsen ausgerüstet, durch
welche Druckluft in den Materialkörper eingeführt werden kann und die einzeln gesteuert
werden können, um gewünschtenfalls die Lufteinführungsstellen zu wechseln. Im Behälterinneren
sind Propeller zur mechanischen Umrührung des Behälterinhalts vorgesehen. Zur Durchmischung
des im Behälter befindlichen Materials werden zwei Verfahrens stufen angewandt,
und zwar wird zunächst durch sämtliche Düsen der vier vorhandenen Ringe Luft eingeführt
und gleichzeitig der Propeller angetrieben. Die Lufteinführung und der Antrieb des
Propellers werden fortgesetzt, bis das Material den gewünschten flüssigkeitsähnlichen
Zustand erreicht hat. Anschließend werden zwei Düsenringe abgestellt, so daß die
Luft nur noch durch zwei der Düsenreihen fließt, und zwar vorzugsweise durch die
zweite und vierte Reihe, von der Mitte aus gesehen. Die Einführung der Luft durch
diese Düsen zusammen mit der Propellerwirkung ruft die Bildung von Strömungen innerhalb
des Materialkörpers hervor. Nach einiger Zeit werden sodann die erste und dritte
Düsenreihe eingeschaltet.
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Andererseits beruht ein älterer Vorschlag auf der Aufteilung des
Bodens eines Mischsilos in konzentrische Ringzonen, in die Preßluft unterschiedlichen
Druckes eingeleitet wird. Hier wird aber ständig in den mittleren Abschnitt Auftriebsluft
und in den übrigen Teil des Bodens nur Auflockerungsluft geringen Druckes eingeführt,
und es sind nur dieser mittlere Abschnitt und ein äußerer Ringabschnitt, insgesamt
also zwei Zonen, vorgesehen. Mit derartigen Vorrichtungen ist eine wirklich intensive
Durchmischung des Behälterinhalts, insbesondere bei größerem Verhältnis der Behälterhöhe
zum Behälterdurchmesser, nicht möglich.
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Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren zum trockenen Mischen
und Homogenisieren von staub- oder mehlförmigem Gut, insbesondere Zement, Kalk od.
dgl., durch Einleiten von Preßluft an voneinander getrennten konzentrischen Ringzonen
derBodenfläche der Gutsäule dadurch gekennzeichnet, daß in periodischem Wechsel
durch die gesamte Anzahl der Ringzonen der Grundfläche Preßluft unterschiedlichen
Druckes unter Vertauschung des Druckverhältnisses zwischen je zwei aneinandergrenzenden
Ringzonen eingeleitet wird. Dadurch wird eine Anzahl von verhältnismäßig schmalen
Ringzonen gebildet, die in Verbindung mit dem periodischen Wechsel des Luftdruckverhältnisses
zu einer außerordentlich intensiven Vermischung und zu einer Beschleunigung des
Mischvorganges führen. Die Mischdauer einer bestimmten Materialmenge wird gegenüber
sämtlichen bisher bekannten Verfahren erheblich herabgesetzt. Das Verfahren kann
in Silos mit einem das Verhältnis 1 : 1 wesentlich übersteigenden Verhältnis der
Silohöhe zum Silodurchmesser angewandt werden. Außerdem ist es in weiterer Ausbildung
dieses Verfahrens sehr leicht möglich, auch eine zunächst ruhende, festgebackene
Gutsäule vor der Homogenisierungsperiode aufzulockern und in einen fiüssigkeitsähnlichen
Zustand zu versetzen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vor Einleitung des Mischvorganges
zunächst der zentrale Kreisabschnitt allein mit Preßluft aufgelockert, nach Überführung
der entsprechenden zen-
tralen Gutzone in den flüssigkeitsähnlichen Zustand die umgebende
Ringzone mit Preßluft gleichen Drukkes zugeschaltet, nach deren Verflüssigung die
anschließende Ringzone ebenfalls mit Preßluft gleichen Druckes zugeschaltet und
verflüssigt, und dieser Vorgang setzt sich bis zur ZuschaItung der äußersten Ringzone
und damit bis zur Verflüssigung des gesamten Behälterinhalts fort. Auf diese Weise
wird von innen nach außen fortschreitend der gesamte Querschnitt des Behälters aufgelockert
und verflüssigt. Da bei der Auflockerung mit dem zentralen Kreisabschnitt angefangen
wird, der nur wenige Prozente der gesamten Behälterbodenfläche einnimmt, wird infolge
der Konzentrierung der gesamten zur Verfügung stehenden Preßluft auf diesen Bereich
auch bei verhältnismäßig kleiner Leistung des Preßlufterzeugers diese schmale, mittlere
Gutsäule mit Sicherheit aufgelockert. Sodann wird die Wirkung der Preßluftquelle
auf den etwas größeren Querschnitt des mittleren Kreisabschnittes und der nächsten
Ringzone verteilt, so daß nunmehr auch der über dieser Ringzone liegende Teil des
Materials zusätzlich aufgelockert wird. Hierdurch wird also die Tatsache nutzbar
gemacht, daß eine immer geringer werdende Leistung der Preßluftquelle erforderlich
ist, je größer der bereits vorher aufgelockerte Anteil der gesamten Materialsäule
ist. Dieser Auflockerungsvorgang verläuft in radialer Richtung von innen nach außen,
und es kann auf mechanische Rührwerke, Propeller u. dgl. völlig verzichtet werden.
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Dadurch, daß bei dem nachfolgenden Auflockerungsvorgang die mit niedrigerem
Druck beaufschlagten inaktiven Zonen nicht ganz abgeschaltet sind, sondern, wie
bereits erwähnt, mit verhältnismäßig niedrigem Luftdruck beaufschlagt werden, genügt
auch für die mit höherem Luftdruck beaufschlagten Zonen, die man als aktive Zonen
bezeichnen kann, ein verhältnismäßig niedriger Druck, um trotzdem in kürzester Zeit
eine intensive Durchmischung des Gutes zu erzielen.
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Nach vollständiger Verflüssigung der ganzen Gutsäule werden jeweils
abwechselnde Ringzonen von Preßluft höheren Druckes als die dazwischenliegenden
Ringzonen durchströmt, und die beiden Preßluftströme verschiedenen Druckes werden
periodisch umgeschaltet. Der Druckunterschied zwischen den beiden Preßluftströmen
soll zweckmäßig mindestens 0,2 at, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 1 at, betragen.
Auf diese Weise wird eine überaus intensive Durchmischung des Behälterinhaltes bewirkt.
Die anzuwendenden Druckunterschiede und Umschaltungsperioden richten sich naturgemäß
nach der Art des jeweilig zu behandelnden Gutes und nach den Abmessungen der Gutsäule,
insbesondere nach ihrer Höhe.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht zusätzlich
die Möglichkeit, aus der gegebenenfalls aus heißem Gut bestehenden Gutsäule Wärme
durch Einblasen von Kühlluft schnell und wirksam abzuführen, da das in ständiger
Umwälzung befindliche Gut in allen seinen Teilen unmittelbar mit der Kühlluft in
Berührung kommt. Zu diesem Zweck wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung außer den Preßluftströmen am Boden der Gutsäule auch Kühlluft in feiner
Verteilung innerhalb des aufgelockerten Gutes eingeführt.
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Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung weist in bekannter Weise einen drucklosen Behälter mit luftdurchlässigem
Boden auf, dessen Luftzuführungskamme in mehrere
konzentrische Ringkammern
unterteilt ist. Da die luftdurchlässige Fläche der von der Mitte zum Außenumfang
aufeinanderfolgenden Ringkammern entsprechend deren mittlerem Radius zunimmt, kann
erfindungsgemäß die Anordnung derart getroffen werden, daß die Ringkammem vom Mittelpunkt
zum Außenumfang des Behälters abnehmende Breite aufweisen.
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Hierdurch läßt sich erreichen, daß die Durchlaßflächen der einzelnen
Ringzonen gleich oder wenigstens annähernd gleich sind.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer derartigen
Vorrichtung werden die einzelnen Ringkammern mit der Preßluftquelle erfindungsgemäß
über ein umschaltbares Leitungssystem verbunden, das es gestattet, nacheinander
eine steigende Anzahl von Kammern mit dem gleichen Preßluftdruck oder Kammergruppen
mit Preßluft verschiedenen Druckes zu beschicken.
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Erfindungsgemäß können für die Einleitung von Kühlluft in der Silokammer
oberhalb des luftdurchlässigen Bodens Lufteinlaßrohre angeordnet werden, die aus
einer getrennten Kühlluftquelle gespeist werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend
an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Silobehälter; Fig. 2 ist
ein Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine
abgeänderte Ausführungsform; Fig. 4 ist ein Querschnitt nach LinieIV-IV der Fig.
3.
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Der Silobehälter 1, der beispielsweise ein Fassungsvermögen von 500
bis 1000 t hat, besitzt einen üblichen Einfüllstutzen 2 und Entlüftungsstutzen 3.
Unterhalb des sich schwach zur Mitte neigenden Bodens 4 aus luftdurchlässigem Werkstoff,
z. B. Sintermaterial oder mit Gewebe überzogenem Lochblech, befindet sich die Lufteinlaßkammer
5, die durch ringförmige Trennwände in eine mittlere Kammer von kreisförmigem Querschnitta
und mehrere konzentrische Ringkammern b, c, d, e unterteilt ist. Von einer gemeinsamen
Preßluftquelle 6 aus, die beispielsweise aus einem durch Hochdruckgebläse gefüllten
Windkessel besteht, führen verschiedene mit Ventilen versehene Preßluftleitungen
7, 8, 9, 10 und 11 zu Luftverteilungsringen 12 b, 12 c, 12 d, 12 e und 13 b, die
über entsprechende Rohrstutzen 13 a bis 13e die Preßluft in die Kammern a bis e
einlassen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 sind durch die Luftkammern 5
a bis 5e die senkrechten Lufteinlaßrohre 14 geführt, die an ihrem Umfang mit einer
Vielzahl von Luftauslaßdüsen versehen sind. Die Höhe der Rohre 14 erstreckt sich
etwa auf ein Drittel bis die Hälfte der Höhe des Silos 1. Unterhalb des Silobodens
sind die Rohre 14 an eine gemeinsame Kühlluftleitung 15 angeschlossen, die von dem
Preßluftsystem getrennt ist. Das letztere System ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
in Fig. 3 fortgelassen.
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Es sei angenommen, daß der Silo 1 entsprechend seinem Fassungsvermögen
mit pulverförmigem Gut, z. B. Zement, gefüllt ist und in dem Windkessel eine Preßluft
von z. B. 1,2 atü zur Verfügung steht. Um die Gutsäule aufzulockem und in den fiüssigkeitsähnlichen
Zustand überzuführen, wird zunächst die gesamte für den Betrieb der Anlage zur Verfügung
stehende Preßluft mit ihrem höchsten Druck auf die mittlere LuftkammerSa geschaltet.
Dadurch wird die über
der kleinen Kreisfläche a lagernde zentrische Gutsäule zunächst
in Bewegung gesetzt und reißt die benachbarten, an der Grenze der Ringzone b befindlichen
Gutteile bereits mit. Darauf wird die gesamte Preßluft auf die Kammern a und b geschaltet;
die sich auf die beiden Kammern verteilende Preßluft tritt in ihrem Gesamtvolumen
mit wenig verringertem Druck aus und setzt nun auch die Zone b der Gutsäule in Bewegung.
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Diese beginnende Auflockerung und fortschreitende Verflüssigung des
Siloinhaltes schreitet mit weiterer Zuschaltung der Ringzonen c, d und e fort, wobei
sich der Preßluftdruck etwa auf 0,8 bis 0,6 atü verringert, jedoch den gesamten
Siloinhalt in Bewegung bringt.
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Soll der Siloinhalt durchgemischt bzw. homogenisiert werden, so wird
die Preßluft durch entsprechende Umsteuerung der Leitungen7 bis 11 in eine sogenannte
aktive Preßluft höheren Druckes von z. B. 1,2 bis 0,8 atü und sogenannte inaktive
Preßluft niedrigeren Druckes von z. B. 0,2 atü unterteilt, und es werden beispielsweise
zunächst die Kammern a, c und e mit aktiver Luft beschickt, während die Kammern
b und d mittels inaktiver Luft in den darüber lagernden Gutzonen eine geringfügige
Bewegung aufrechterhalten.
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Nach einem bestimmten Zeitintervall, der z. B. einige Minuten bis
etwa 1 Stunde betragen kann, werden die beiden Luftströme umgeschaltet, so daß beispielsweise
aktive Luft auf die Kammern b und d konzentriert ist, während die Kammern a, c und
e mit inaktiver Luft versorgt werden. Hierdurch wird das darüber befindliche Gut
zonenweise in eine Bewegung versetzt, die durch die Strömungslinien in Fig. 1 angedeutet
ist und derjenigen einer auf- und zurückstrebenden Springquelle, einem sogenannten
Geiser, ähnelt. Durch die Unterteilung des zu behandelnden Gutes in verhältnismäßig
schmale Ringzonen wird eine außerordentlich schnelle und innige Durchmischung oder
Homogenisierung erreicht, die zu einem Mischgut von einer Zusammensetzung innerhalb
der engsten Toleranzen führt.
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Soll mit der Verflüssigung und Durchmischung zugleich eine Kühlung
des Gutes erreicht werden, so wird über die Leitung 15 den Kühlrohren 14 Kaltluft
von mäßigem Druck, beispielsweise 0,1 atü, zugeführt. Je nach den Witterungsverhältnissen,
der Wärmeabstrahlung des Silobehälters, dem Wärmeinhalt des Füllgutes usw. kann
zur Kühlung Außenluft oder künstlich vorgekühlte Luft von z. B. 0 bis 100 C verwendet
werden.
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Da sich die gesamte Gutmenge infolge der Preßluftbehandlung in lebhafter
Bewegung befindet, bestreicht die Kühlluft mit intensiver Wirkung innerhalb kurzer
Zeit die gesamte Füllung, so daß die Temperatur des Siloinhaltes rasch abnimmt.
Die aus dem Füllgut entweichende Kühlluft tritt zusammen mit der Auflockerungs-
und Mischluft aus dem Entlüftungsstutzen3 aus.
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In der Zeichnung ist ein Silobehälter von rundem Querschnitt dargestellt,
weshalb die Kammern a bis e ebenfalls Kreis- bzw. Ringform haben. Soll die Erfindung
auf quadratische, rechteckige oder polygonale Silobehälter Anwendung finden, so
liegt es selbstverständlich im Bereich der Erfindung, den Teilkammern ebenfalls
entsprechende quadratische, rechteckige oder polygonale Form zu geben.