DE1195720B

DE1195720B - Verfahren und Vorrichtung zum Benetzen von schwer benetzbaren pulverfoermigen Stoffen mit Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1195720B
Application number: DEF40168A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Axel Lippert; Dipl-Ing Rudolf Erdmenger; Dr Edgar Muschelknautz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1963-07-05
Filing date: 1963-07-05
Publication date: 1965-07-01
Also published as: GB1019204A; US3251550A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Benetzen von schwer benetzbaren pulverförmigen Stoffen mit Flüssigkeiten Das Benetzen trockener pulverförmiger Stoffe mit Flüssigkeiten ist insbesondere bei flüssigkeitsabstoßenden Stoffen sehr schwierig. Das Pulver schwimmt nämlich auf der Flüssigkeitsoberfläche als ein Haufwerk mit einer mittleren Schüttgutdichte, die sich aus der Feststoffdichte und der Dichte des im Staub enthaltenen Gases zusammensetzt. Selbst das Einzelteilchen muß zuerst beim Eintritt in die Flüssigkeit deren Oberflächenspannung überwinden, um voll benetzt zu werden.
Zur besseren Benetzung von flüssigkeitsabstoßenden Pulvern hat man schon vorgeschlagen, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit durch chemische Beimengungen (Entspanner) herabzusetzen. Durch diese chemischen Beimengungen tritt jedoch eine Verunreinigung der Suspension bzw. der entsprechenden Lösung ein, die in den meisten Fällen höchst unerwünscht ist.
Um die Verwendung dieser chemischen Beimengungen zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, das trockene Pulver vor seiner Benetzung zu einem porösen Gefüge zu granulieren und die Granulate in die Flüssigkeit zu bringen. Diese Granulate dringen auf Grund ihrer gegenüber dem Haufwerk erhöhten Schüttdichte leichter in die Flüssigkeit ein. In der Flüssigkeit zerfallen die Granulate in die Einzelteilchen, aus denen sie zusammengesetzt sind, wenn die Substanz in der Flüssigkeit löslich ist oder wenn die Kapillarkräfte der ins Innere des Granulatkorns eindringenden Flüssigkeit ausreicht, um däs Granulatgefüge zu sprengen. Die Herstellung eines porösen Granulats aus trockenem Staub, das diese Bedingungen erfüllt, gelingt jedoch nur in den seltensten Fällen und dann auch nur mit erheblichem technischem Aufwand.
Es ist auch bekannt, das auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Haufwerk des Pulvers mittels mechanischer Rührvorrichtungen in die Flüssigkeit hineinzubringen. Hierbei dringt das Haufwerk jedoch nicht in Form von Einzelteilchen in die Flüssigkeit ein, sondern in Form von Ballen, die sich in der Flüssigkeit zu Knoten verdichten und sich nur mit Mühe aufreißen lassen.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung zum Niederschlagen von Staub aus einem Gasstaubgemisch bekannt, bei der große Gasmengen mit sehr geringer Staubbeladung durch eine Düse gepreßt werden, in der gleichzeitig Wasser versprüht wird, so daß der strömende Staub sich auf den langsameren Wasserperlen, die beschleunigt werden, absetzt und in einem Zyklonabscheider abgeschieden wird und abfließt.
Für schlecht benetzbare Stäube ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da der Staub nicht von den Wasserperlen angenommen wird. Zum Niederschlagen des Staubes sind große Wassermengen erforderlich. Die sich in der Düse bildenden Wasserperlen sind relativ zum Teilchendurchmesser groß, damit möglichst viele Teilchen auf die Tropfen auftreffen.
Es wurde nun gefunden, daß ein Benetzen schwierig benetzbarer pulverförmiger Stoffe mit -Flüssigkeiten unter Vermeidung der obengenannten Nachteile vorgenommen werden kann, wenn der Stoff erfindungsgemäß in einen Strahl eines mit mindestens Schallgeschwindigkeit aus einer Düse austretenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches an der Düsenmündung außerhalb der Düse eingeführt wird.
Hierdurch wird das Haufwerk des Staubes dicht hinter der Düsenmündung in einer Zone aufeinanderfolgender Verdichtungsstöße des Düsenstrahles aufgerissen, und die Einzelteilchen werden mit den feinstzerstäubten Flüssigkeitströpfchen des Gas-Flüssigkeits-Gemisches bei hoher Geschwindigkeitsdifferenz zusammengebracht und von ihnen verschluckt. Eine Zerkleinerung der Teilchen des Haufwerks tritt nicht auf. Der an der Düsenmündung abströmende Strahl breitet sich schnell aus und gibt seinen Impuls an die Teilchen und die Umgebung ab.
Der dadurch entstehende Sog wird ausgenutzt, um das Pulver in den Kern des Strahles zu ziehen. Das Pulver kann in der Flüssigkeit löslich oder unlöslich sein.
Auf der Druckseite der Düse wird die Flüssigkeit und das Gas gut gemischt. Im Verhältnis zur Gasmenge muß die Flüssigkeitsmenge immer gering (etwa 1 : 100 bis 1: 1000) sein, damit die Energie des Gases ausreicht, die Flüssigkeit in der Düse bis auf Schallgeschwindigkeit des Gemisches zu beschleunigen. Die aus der Düse austretende Flüssigkeit wird in feinste Tröpfchen zersräubt, die mit sehr hoher Geschwindigkeit strömen. Die an der Düsenmündung zugegebene Pulvermenge kann in weiten Grenzen variiert werden (etwa 0,1 kg Wasser je 1 kg Pulver bis 100 kg Wasser je 1 kg Pulver), so daß man dünnflüssige Suspensionen ebenso wie sehr zähe Teige erhalten kann.
Das bei der Zerstäubung des Gas-Flüssigkeits-Gemisches entstandene Tröpfchen ist etwa von der Größe der Staubteilchen; es trifft mit hoher Geschwindigkeit auf das langsamere Staubpartikelchen, wird deformiert und umhüllt schließlich das Teilchen auf Grund der durch die große Geschwindigkeitsdifferenz vorhandenen kinetischen Energie. Schon direkt hinter der Düsenmündung ist das angesaugte Pulverhaufwerk aufgerissen und jedes einzelne Pulverteilchen benetzt.
Dünnflüssige Suspensionen sind schwieriger herzustellen als ein homogener zäher Teig mit geringem Flüssigkeitsgehalt, da die Intensität des Schallströmungsfeldes mit geringem Anteil an Flüssigkeit im Gasstrom anwächst.
Leichter- benetzbare Stäube lassen sich in einem einzigen Durchgang entweder zäh oder dünnflüssig homogen anteigen. ^ Schwierig benetzbare Stäube werden zweckmäßig im ersten Durchlauf nur zu zähen homogenen Pasten angeteigt und dann - falls es gewünscht wird - in wiederholten Durchläufen weiter verdünnt. Festhaftende Agglometrate des Pulvers können der Schallströmung mehrfach ausgesetzt werden. Dazu ist es möglich, eine schon angeteigte Substanz wiederum in ein Schallströmungsfeld einzusaugen und dort neben einer weiteren Anreicherung mit Flüssigkeit eine homogene Substanz zu schaffen.
Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn man die angeteigte Substanz in einen Zylinder mit einer zum Durchmesser verhältnismäßig geringen Höhenausdehnung tangential einbläst und am Umfang des Zylinders tangential weiteres Gas-Flüssigkeits-Gemisch einsprüht und in der Mitte den Teig und das Gas abzieht. Diesen Zylinder kann man als einen Mischbehälter betrachten, in dem bei weiterer Verdünnung durch Kneten und Reiben die Granulate zerstört werden. Die Knet- und Reibwirkung wird auch dadurch erreicht, daß der aus der Düse austretende Strahl nach Aufnahme des Pulvers mittels eines Fangdiffusors -oder einer einfachen, anschließenden, beispielsweise gekrümmten Rohrstrecke eingefangen wird und durch die starke Abbremswirkung an den Rohrwänden die versprühten Teilchen sammelt und miteinander verknetet.
Der Benetzungsvorgang kann noch dadurch unterstützt werden, daß man Flüssigkeitströpfchen und Staub entgegengesetzt auflädt. Im Teig heben sich dann die Ladungen gegeneinander auf. Andererseits kann eine vorhandene statische Aufladung des Staubes durch den Benetzungsvorgang beseitigt werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß sich das Transportvolumen erheblich erniedrigen läßt, falls man nur den Staub oder wenig angeteigtes Material an den Verwendungsort versenden muß, wo es mit dem oft leicht beschaffbaren Suspensionsmittel nach dem Verfahren angeteigt oder weiter verdünnt werden kann.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt.
F i g. 1 zeigt eine Düse mit Zufuhr des Pulvers in den Kern des Gas-Flüssigkeits-Gemischstrahles im Gleichstrom; Fig. 2 zeigt eine Düse mit Zufuhr des Pulvers in den Mantel des Gas-Flüssigkeits-Gemischstrahles im Gleichstrom; Fig.3 zeigt eine Düse mit Zufuhr des Pulvers quer zum Gas-Flüssigkeits-Gemischstrahl; Fig. 4 zeigt die Düse wie Fig. 3, jedoch mit einem an die Düse angeschlossenen Rohr; Fig.5 zeigt die Düse wie Fig.3 mit einem an die Düse angeschlossenen Fangdiffusor; Fig.6 zeigt eine flachzylindrische Benetzungskammer mit mehreren tangential einmündenden und mit mindestens einer quer zum Düsenstrahl angeordneten Zufuhrvorrichtung für das Pulver; F i g. 7 zeigt ein Benetzungsaggregat mit Sammelbehälter, Gasentstaubung und Rückführung des etwa noch nicht benetzten Staubes.
Das durch einen Trichter 1 (Fig. 1) zugeführte Pulver 2 wird durch das in einem Ringraum 3 zugeführten Gas-Flüssigkeits-Gemisch 4, welches in einer Ringdüse 5 auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird, in der Zone der Verdichtungsstöße 6 aufgerissen und benetzt.
In der Benetzungsvorrichtung gemäß F i g. 2 wird das in einem die Düse 9 umgebenden Trichter 7 zugeführte Produkt 8 mit dem in der Düse 9 auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigten Gas-Flüssigkeits-Gemisch 10 in der Zone der Verdichtungsstöße des Strahles 11 benetzt; hierbei wird das Produkt rings um den Strahl durch den Schlitz 12 zugeführt.
In der Benetzungsvorrichtung gemäß F i g. 3 wird das in einem Trichter 13 zugeführte staubförmige Produkt 14 quer zum Gas-Flüssigkeits-Strahl 15 zugeführt. In das Gaszuführungsrohr 17 mündet kurz vor der Düse 16 ein Flüssigkeitszufuhrrohr 18.
Zur Sammlung und Mischung des benetzten Gas-Flüssigkeits-Staubgemisches wird an die Düse 16 ein gerades oder gekrümmtes Rohr 20 angeschlossen (Fig. 4).
Um noch Gas zusätzlich vom Strahl ansaugen zu lassen, ist an die Düse 16 ein Fangdiffusor 22 angeschlossen (F i g. 5). Das Gas-Flüssigkeits-Staubgemisch tritt durch eine schwache Verengung 21 in den Fangdiffusor 22 ein; durch den Schlitz 23 wird auf Grund der Sogwirkung weiteres Gas angesaugt.
Die Benetzungskammer gemäß F i g. 6 ist mit mehreren Düsen 26 ausgestattet, die tangential in die Kammer 25 einmünden. Das staubförmige, zu benetzende Material wird durch den Trichter 30 in die Kammer 25 gegeben. Die Trichtermündung liegt in der Benetzungszone 24 vor der Mündung der Düsen 26. Durch die Ringleitung 28 wird Gas unter Druck und durch die Ringleitung 29 Flüssigkeit unter Druck der Düse zugeführt, die zusammen in der Düse auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden.
Die Kammer mit mehreren Einspritzdüsen 26 ist gut geeignet, eine Homogenisierung und Verdünnung des benetzten Staubes vorzunehmen. Das fertige Produkt wird über einen Stutzen 27 aus der Kammer entnommen.
Bei dem Benetzungsaggregat gemäß Fig. 7 wird das aus dem Mischrohr 31 in den Behälter 32 ausgestoßene benetzte Produkt 33 am Boden oder in der Flüssigkeit des Behälters gesammelt, während das Gas am Deckel des Behälters 32 in einem Stutzen 34 abgesaugt wird. Im Gas etwa noch enthaltene Staubteilchen werden in einem Zyklon 35 abgeschieden und über einen Trichterbehälter 36 mit dem durch Stutzen 39 neu zugeführten Produkt der Düse 37 von neuem zugeführt. Das Gas wird hinter dem Zyklon 35 in einem Filter 38 noch nachgereinigt.
Die Düsen der Benetzungsvorrichtungen sind vorzugsweise Lavaldüsen, die zweckmäßig an ein System von zwei gedrosselten Zufuhrleitungen für Gas und Flüssigkeit angeschlossen sind (s. z. B.
Fig.3). Das Gas wird in einer Vorlaufstrecke vor der Düse mit der Flüssigkeit gemischt (Mischzone 40 in F i g. 3), indem beide Zufuhrleitungen gegen die Vorlaufstrecke im geeigneten Verhältnis gedrosselt werden und der Druck in der Vorlaufstrecke immer mindestens doppelt so hoch ist wie hinter der Düse am Strahlaustritt und immer niedriger als der Druck in den Zufuhrleitungen für Gas und Flüssigkeit.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Benetzen von schwer benetzbaren pulverförmigen Stoffen mit Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff in den Strahl eines aus einer Düse mit mindestens Schallgeschwindigkeit strömenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches außerhalb der Düse nahe der Düsenmündung eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff vor seiner Einführung entgegengesetzt zur Flüssigkeit elektrisch aufgeladen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer an eine Gasleitung angeschlossene Düse, vorzugsweise Lavaldüse, und einer in die Gasleitung eingeführten Flüssigkeitsleitung, die in Strömungsrichtung der Medien vor der Düse mündet, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Leitungen (17, 18) Drosselvorrichtungen eingebaut sind, die so eingestellt sind, daß der Druck vor der Düse (9, 16, 26, 37) mindestens doppelt so hoch ist wie hinter der Düse am Strahlaustritt, und daß im Bereich der Düsenmündung eine Zufuhrvorrichtung für den zu benetzenden Staub angeordnet ist, die in den Düsenstrahl (11, 15) mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Düsenmündung eine Mischvorrichtung angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung als gerades oder gekrümmtes Rohr (20, 31) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung als Fangdiffusor (22) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung als flachzylindrische Kammer (25) ausgebildet ist, in die mehrere Düsen (26) seitlich tangential einmünden und die mit mindestens einer im Bereich einer Düsenmündung angeordneten Zufuhrvorrichtung für den Staub und einer zentralen Auslaßöffnung (27) für das benetzte Produkt ausgestattet ist.