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Vorrichtung zum Mischen oder Sprühmischen von Feststoffen mit Gasen,
Dämpfen oder Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen
von flockigen, körnigen oder pulverisierten Stoffen mit Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten,
bestehend aus einem feststehenden, waagerecht liegenden Gehäuse mit einem liegenden
Rührwerk.
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Die Erfindung besteht dabei darin, daß das Rührwerk aus einer zentrisch
angeordneten und mehreren konzentrisch dazu angebrachten beschaufelten Wellen besteht,
wobei die Rührflügel den ganzen Querschnitt des Gehäuses bestreichen und ferner
für den Antrieb des Rührwerkes am Gehäuse ein Zahnkranz angeordnet und in bekannter
Weise ein Planetengetriebe zwischengeschaltet ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man auch dem
Antrieb der Vorrichtung einen Variator vorschalten.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Rührwerkswellen
als Hohlwellen ausgebildet sind.
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Eine weitere Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß das Reaktorgehäuse mit einem Doppelmantel versehen ist. Ein solcher Doppelmantel
kann zur Heizung des Reaktorgehäuses, aber ebenso auch zur Kühlung des Reaktorgehäuses
verwendet werden. Gegebenenfalls kann man eine solche Außenheizung oder Außenkühlung
auch auf andere Art auf das Reaktorgehäuse aufsetzen.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, daß am Gehäusemantel Staubdome, gegebenenfalls mit Schaugläsern versehen,
angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann man dabei an mindestens einem Staubdom
eine Einfüllschleuse vorsehen.
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Eine weitere Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß die Hohlwellen an eine Heiz- oder Kühlleitung angeschlossen sind.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann aber nicht
nur als einzeln arbeitender Reaktor Verwendung finden, sondern die Anordnung kann
auch so getroffen werden, daß mindestens zwei als Reaktoren dienende Gehäuse hintereinander
angeordnet sind, wobei also aus dem zweiten Reaktor das Endprodukt fest, gasförmig
oder dampfförmig ausgetragen wird. Wird der Austrag des zweiten Reaktors mit der
Einfüllschleuse des ersten Reaktors verbunden, kann man auf diese Art und Weise
einen Kreisprozeß durchführen.
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In der Technik werden die verschiedenartigsten Vorrichtungen zum
Mischen einer oder mehrerer Komponenten in homogener und heterogener Phase angewandt.
Das Mischen von Flüssigkeiten geschieht
dabei meist in Wannen, Rührbottichen oder
Durchlaufmischern, das Mischen von Gasen und Dämpfen in Düsen oder in Großraumreaktoren.
Im heterogenen System stehen für Mischvorgänge vom Drehrohr bis zu den Gasblasereaktoren
eine große Zahl recht unterschiedlicher Einrichtungen zur Verfügung, denen aber
auch eine vollkommen unterschiedliche Verteilung der Komponenten in ihren Reaktionsräumen
während des Betriebes gemeinsam ist.
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Aus einer Vielzahl dieser Mischeinrichtungen zeigt sich diese ungleichmäßige
Verteilung im Reaktionsraum in sinnfälliger Weise am Beispiel eines sogenannten
Ströder-Waschers, bei welchem zwei in der Apparatur gegenläufige Schaufelräder eine
Flüssigkeit zentrifugal abschleudern, wobei ein Flüssigkeitsschleier unterschiedlicher
Dichte gebildet wird, so daß eine eingeleitete gasförmige Komponente über den Weg
des geringsten Widerstandes, diesem Schleier ausweichend, die Apparatur verlassen
kann, ohne überhaupt mit der flüssigen Komponente in Berührung gekommen zu sein.
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Bei allen Einrichtungen, in denen auf pneumatischem Wege Gase oder
Dämpfe zwecks Mischung oder Reaktion mit einem festen Stoff, der gegebenenfalls
in loser Schüttung beigegeben wird (z. B. beim Wirbelverfahren), eingeführt werden,
kann man beobachten, daß eine vollkommen ungleichmäßige Verteilung der Komponenten
in der Apparatur während des Betriebes vorherrscht. Ein weiterer Nachteil dieser
Einrichtung liegt in den Löslichkeitswerten vieler Produkte begründet, wodurch pneumatische
Mischverfahren wirtschaftlich oft nicht vertretbar sind.
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Bei einem bekannten Verfahren zum Mischen von Gasen und feinkörnigen
Stoffen werden mit Rührern
ausgestattete Wirbelschichtreaktoren
verwendet, doch lassen sich dort homogene Wirbelschichten nicht herstellen, und
es gelingt auch nicht, die festen Teilchen in der Schwebe zu halten. Bei diesen
bekannten Reaktoren ergeben sich störende Zusammenballungen infolge der Schwere
der Teilchen in Bodennähe des Reaktors, so daß dort ein Rühren in Bodennähe vorgenommen
werden muß. Wenn man aber in Bodennähe rührt, gleichgültig ob mit oder ohne Einleitung
von Gas durch die Rührflügel, wird man keine homogene Wirbelschicht im Reaktionsraum
erhalten.
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Bekannt sind ferner alle jene Einrichtungen zum Mischen, bei welchen,
mit dem Ziel einer Fraktionierung, Gase oder Dämpfe mit einem festen und festgelagerten
Absorptionsmittel in innige Berührung gebracht werden. Die unterschiedliche Verteilung
der Reaktionskomponenten führt hier zur Kanalbildung und damit zum Absinken der
Wirksamkeit der Anlage und vorzeitigen Durchbruch der flüchtigen Bestandteile.
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Es wurde gefunden, daß sich diese Mängel vermeiden lassen, wenn eine
Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wonach in einem geschlossenen
Reaktionsraum sämtliche, in homogener oder heterogener Phase beteiligten Komponenten
derart miteinander in innige Berührung gebracht werden, daß die Mischungskonzentration
und deren Intensität in jedem Raumteil gleich groß sind. Durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung wird ein ständiges Schweben des Feststoffes erreicht, in welchem Zustand
seine aktive Oberfläche dem umgebenden Medium allseits die größte Wirkungsfläche
bietet und damit jede Gefahr der Kanalbildung im Feststoff ausgeschlossen wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich sowohl für absatzweisen
wie für stetigen Betrieb und dies bei endothermen wie bei exothermen Vorgängen im
Reaktionsgehäuse. Zur Durchführung von thermischen Prozessen wird der Reaktormantel
mit einer ihn umgebenden Rohrschlange, einem Doppelmantel od. dgl. versehen. Das
Kühlen oder Heizen kann aber auch noch dadurch gefördert werden, daß die umlaufenden
Wellen Hohlwellen sind und Anschlüsse für Heiz- oder Kühlmedien vorgesehen werden.
Da die Vorrichtung in bezug auf den Antrieb und die Heizung symmetrisch aufgebaut
ist, wird der Wärmefluß in der Längsrichtung gesteuert und kann somit dem Reaktionsverlauf
angepaßt werden, entsprechend den jeweiligen Eigenschaften des zu behandelnden Gutes
und dem gewünschten Reaktionsablauf.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. Es
zeigt, in schematischen Darstellungen, F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung im Aufriß, Fig.2 einen Querschnitt nach der LinieA-B in Fig. 1 und F
i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie C-D in Fig. 1.
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Eine durchgehende Antriebswelle 1 wird mittels eines nicht dargestellten
Motors angetrieben; zwischen den Motor und die Welle 1 kann gegebenenfalls ein Variator
eingeschaltet werden. Die Welle 1 ist in mehreren entsprechend abgedichteten Lagern
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des Gehäuses 3 gelagert und an den beiden Enden von Kammern 4 umgeben, die mit
Anschlüssen 5 für den Ein- und Austritt eines Heiz- bzw. Kühlmittels versehen sind.
Die Antriebswelle 1 ist von einer Anzahl Planetenwellen 6 bis 10 umgeben (s. besonders
F i g. 3). In dem dargestellten Beispiel sind die Wellen 1 und 6 bis 10 als Hohlwellen
ausgebildet, wobei die Welle 1 in den Kammern 4 zum Herstellen einer Verbindung
mit Bohrungen 11 versehen ist und die Wellen 6 bis 10 mittels eines Umlaufträgers
12 mit den Kammern 4 auf beiden Seiten drehbar und abgedichtet in den Lagern 13
verbunden sind. Ein innerer Zahnkranz 14 ist gegenüber der Stirnwand 22 des Gehäuses
3 mittels einer unter Federdruck stehenden Dichtung 15 abgedichtet, wobei derartige
Zahnkränze 14 auf beiden Seiten vorgesehen sind. Auf der Welle 1 ist ein Sonnenrad
16 und auf den Planetenwellen 6 bis 10 sind die entsprechenden Planetenräder 17
bis 21 im Eingriff mit dem Sonnenrad 16 derart angeordnet (s. besonders F i g. 2),
daß die Planetenräder 17 bis 21 im Eingriff mit der Innenverzahnung 14 sind.
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Innerhalb des Gehäuses 3 sind auf den Wellen 1 sowie 6 bis 10 Blattschaufeln
23 über die ganze Länge des Innenraumes angebracht. Die Bewegungsrichtung der Wellen
ist in F i g. 2 und die der Blattschaufeln in F i g. 3 durch Pfeile angedeutet.
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Auf dem Gehäuse 3 sind Dome 24 und 25 vorgesehen, wobei in dem Dom
24 eine Einfüllschleuse 26 eingebaut ist. Am entgegengesetzten Ende des Gehäuses
3, nahe seinem Grunde, ist eine Eintragöffnung 27 und (in F i g. 1 links unten)
etwas unterhalb des Doms 24 ein mit einem Schieber 29 verschließbarer Austrag 28
vorgesehen. Oberhalb des Austrages 28, also neben dem Dom 24, ist ein Eintrittsstutzen
30 und am gegenüberliegenden Ende, gleichfalls oben, ein Austrittsstutzen 31 für
die Brüden.
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In Fig. 1 ist auch angedeutet, daß um das Gehäuse 3 eine Heiz- oder
Kühlschlange 32 gelegt ist.
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In dem dargestellten Beispiel ist für die Anlage ein Obersetzungsverhältnis
von dem Zahnkranz 14 zu dem Sonnenrad 16 von 3 : 1 gewählt worden, d. h. also, daß
bei einer Drehzahl von etwa 200 UpM an der Antriebswelle 1 sich für den aus den
Planetenwellen 6 bis 10 gebildeten Korb eine Umdrehung von 50 UpM ergibt und damit
für die Wellen 6 bis 10 eine solche von 100 UpM. Demgemäß wird also durch den Wellenkorb
das vierfache und durch die Wellen 6 bis 10 das doppelte Drehmoment der Antriebswelle
1 ausgeübt.
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Bei der Wahl anderer Übersetzungsverhältnisse für den Planetenantrieb
ändern sich diese Verhältnisse entsprechend, doch bleibt stets das größte Moment
dem umlaufenden Korb zugeordnet. Da der Korb der Vorrichtung beim Betrieb, und nicht
nur beim Anlaufen derselben, das größte Moment auszuüben hat, ist die Ausführung
nach dem Planetensystem zugleich die ideale Lösung der gestellten Aufgabe. Die gegenüber
dem Korb und entgegengesetzt mit doppelter Drehzahl sich drehenden Wellen 5 bis
10 wirlaien in der Art von Fräsern und beladen ihre Blattschaufeln am Grunde der
Trommel mit Feststoff unter gleichzeitiger Drehung um ihre Längsachse(n) und damit
verbundener Hubleistung. Sie schleudern das Gut im ganzen Querschnitt der Apparatur
ab, so daß es fein verteilt im Raum sich turbulent bewegt, bis es von einer nachfolgenden
Schaufelwelle wieder ergriffen und mit neuem Impuls an irgendeiner
anderen
Stelle innerhalb des Gehäuses abgeschleudert wird, wobei sich der vorstehend geschilderte
Vorgang mehrphasig und zyklisch wiederholt.
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Jene Teile des Feststoffes, deren Geschwindigkeit Null geworden ist,
sammeln sich am Boden des Reaktionsraumes, wo sie von der nächsten Blattschaufel
erfaßt und der Reaktion zugeführt werden.
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Durch die z. B. in den Staubdomen 24, 25 befindlichen abwischbaren
Schaugläser ist die Ausbildung des Gemisches zu verfolgen. Je nach den angewandten
Stoffen kann das Gemisch durch Änderung der Antriebsdrehzahl mittels Variator in
beliebiger Weise gehalten werden. Dadurch ist es möglich, nahezu den ganzen Feststoffinhalt
in gleichmäßiger Verteilung über den Reaktorquerschnitt in turbulenter Bewegung
im Schwebezustand zu halten, wobei das Gut zugleich der umhüllenden Komponente seine
größte Wirkungsfläche bietet. Durch den Wegfall von Trägern, wie Gas oder Dampf,
zur Erzeugung des Staubgemisches auf pneumatischem Wege und die außerordentlich
feine und gleichmäßige Verteilung der Medien im Reaktionsraum liegt der wirtschaftliche
Vorteil einer Arbeitsweise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den konventionellen
Verfahren begründet.
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Bei stetiger Betriebsweise wird Feststoff in rieselfähiger Form vorteilhaft
durch eine Förderschnecke durch die Öffnung 27 in das Gehäuse eingebracht, wo er
von den umlaufenden Schaufeln auf der ganzen Länge des Gehäuses, in dessen Querschnitt
gleichmäßig verteilt, in turbulente Bewegung versetzt wird. Die Eintragschnecke
selbst ist derart ausgebildet, daß sie durch Pfropfenbildung einen pneumatischen
Abschluß gegen den Reaktionsraum sichert, in welchem sich zwischen der Feststoffaufgabe
27 und dem Austrag 28 ein Potentialgefälle einstellt, wodurch das Gut neben seiner
turbulenten Bewegung im Raum weiterhin eine Bewegung in Achsrichtung von 27 nach
28 ausführt und somit in dauerndem Fluß gehalten wird. Nach Beendigung der Reaktion
verläßt das feste Gut durch den Austrag 28 den Reaktor, von wo es zum Zwecke eines
pneumatischen Abschlusses ebenfalls mittels Förderschnecke oder Zellenschleuse zur
Endabnahme gelangt oder in einem zweiten Reaktor von den aufgenommenen oder abgegebenen
Stoffen wieder regeneriert wird.
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Anschließend kann es in gewissen Fällen in gleicher Weise und in stetem
Kreislauf dem ersten Reaktor wieder zugeführt werden.
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Bei absatzweisem Betrieb geschieht die Aufgabe des Feststoffes vorzugsweise
über eine Aufgabeschleuse 26 in einen Staubdom 24.
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Bei Trocknungs- und Desorptionsvorgängen werden die anfallenden Brüden
durch einen schwachen Luft- oder Gasstrom abgeführt, welcher durch den Stutzen 30
eingeführt und im Gegenstrom zu dem Materialfluß von 27 nach 28 bei 31, gegebenenfalls
über ein Filter, mit den Brüden das Gehäuse 3 verläßt.
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Bei katalytischen Vorgängen werden die Gase oder Dämpfe in gleicher
Weise durch den Stutzen 30 zugeführt und durch den Stutzen 31 über ein Filter abgezogen,
während die Kontaktmasse, gegebenenfalls im Gegenstrom in feinster Verteilung und
wie vorstehend beschrieben, zur Einwirkung kommt.
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Bei der Bildung von Sublimaten aus Dämpfen entfällt eine Feststoffaufgabe,
denn hier folgt das gebildete Sublimat in dem als Kühler wirkenden Reaktor,
der im
Raum erzwungenen Turbulenz, wodurch der Gefahr des Anbackens an ruhenden Flächen
entgegengewirkt ist, und je nach Anfall, das Sublimat gegebenenfalls periodisch
in gleicher Weise, wie der Feststoff abgezogen werden kann.
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Bei kombinierten Absorptions- und Desorptionsvorgängen, aus deren
Fülle hier nur als Beispiel an Wiedergewinnungsanlagen erinnert sei, wird erfahrungsgemäß
vorzugsweise mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit unter sich pneumatischer
Trennung, in der Weise gearbeitet, daß die erste zur kontinuierlichen Absorption
dient, die zweite dagegen zur Desorption und Regenerierung des angewandten Absorptionsmittels
dient, das selbst in stetem Kreislauf am Ende der jeweiligen Behandlung in das nächste
Aggregat mittels Transportschnecken eingeschleust wird.
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Beim Sprühmischen, welches z. B. dann zur Anwendung kommt, wenn sich
die Stoffe auf dem Wege der Heißsprühtrocknung nicht in Pulverform überführen lassen
oder sich bei der Temperatur des Sprühturmes zersetzen oder verdampfen oder vielleicht
zu balligen Sprühpulvern führen, was bei manchen Lösungs- und Desinfektionsmitteln
zutrifft, wird man Flüssigkeit zu pulverförmigen Produkten, zum Herstellen eines
Mischproduktes, so zugeben, daß sie eingesprüht wird. Auf diese Art erreicht man,
daß das Pulver in gleichmäßiger Konsistenz eine lockere, nicht backende Pulverform
beibehält. Dabei wird sich das Korn mit der Flüssigkeit überziehen, die dann in
die vorhandenen Hohlräume eindringt, wodurch das Fertigungsprodukt optimal mit Flüssigkeit
beladen werden kann. Für die Güte der Mischung ist es von ausschlaggebender Bedeutung,
eine feinstmögliche Verteilung der Komponenten zu erreichen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erhält man eine solche Verteilung,
wie die Praxis gezeigt hat, weil nämlich in sinnvoller Weise die Flüssigkeit in
den Reaktionsraum des Gehäuses eingedüst wird.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zum Bedüsen
zur Verfügung stehende Oberfläche des Stoffes im Verhältnis seines Ruhevolumens
ein Vielfaches. Damit werden die bestmöglichen Voraussetzungen für den Aufbau voluminöser
Kornstrukturen in der Praxis erreicht.