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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschickung von Absetz-
und Reaktionsgefäßen In der Verfahrenstechnik tritt oft das Problem auf, eine Flüssigkeit
in ein mit Flüssigkeit gefülltes Gefäß unter Luftabschluß kontinuierlich so einzuführen,
daß die eintretende Flüssigkeit auf den gesamten Gefäßquerschnitt gleichmäßig verteilt
wird, daß durch die Flüssigkeitsaufgabe keine Aufwirbelungen oder Strömungen in
dem Flüssigkeitsinhalt des Gefäßes auftreten und somit schädliche Auswirkungen im
Gefäß vermieden werden.
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So ist beispielsweise in der Zuckerindustrie bei Schlammsaft-Dekanteuren,
in denen durch Absetzen des Schlammes eine Reinigung des Saftes erzielt wird, besonders
wichtig, den Schlammsaft in das Gefäß so einzuführen, daß weder eine Vermischung
des eintretenden Schlammsaftes mit gereinigtem Saft oder abgesetztem Schlamm auftritt,
noch innerhalb des Gefäßes Flüssigkeitsströmungen auftreten, die den gewünschten
Absetzvorgang stören könnten. Da sich im Dekanteur der Schlammsaft als Suspension
von schwererem Schlamm und leichterem Saft in seine Komponenten zerlegen soll, wobei
der Klarsaft oben, der Schlamm unten aus dem Dekanteur kontinuierlich abgeführt
werden, ist mit der Erfindung als zweckmäßig erkannt worden, den Schlammsaft durch
entsprechende Vorrichtungen etwa in der Mitte zwischen Klarsaft und Schlamm in das
Gefäß einzuführen, den Schlammsaft gleichmäßig auf den gesamten Querschnitt des
Dekanteurs zu verteilen und die Strömung des Schlammsaftes aus der Beschickungsvorrichtung
sowohl in bezug auf deren Größe als auch auf deren Richtung so zu wählen, daß keine
schädlichen Strömungen oder Aufwirbelungen des Gefäßinhalts stattfinden können und
sich sämtliche Bewegungen der Komponenten des Schlammsaftes im Dekanteur nur auf
die erforderlichen Strömungen, die den Arbeitsprozeß begünstigen, beschränken.
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Um diese schädlichen Vermischungen zu vermei den, wird mit der Erfindung
vorgeschlagen, den Flüssigkeitsstrahl innerhalb der Beschickungsvorrichtung in mehrere
kleine Strahlen aufzuteilen und durch mehrmalige Umlenkung mit nachfolgender Vereinigung
auf eine gewünschte Austrittsgeschwindigkeit zu bringen.
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Um schädliche Vermischungen zu vermeiden. ist es nämlich erforderlich,
die Zulaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die in den Zulaufrohren 1,7 bis 2,0 m/Sek.
beträgt, so weit herabzusetzen, daß ihre Austrittsgeschwindigkeit aus der Aufgabevorrichtung
nicht oder nur unwesentlich höher ist als ihre Strömungsgeschwindigkeit in dem Gefäß.
Versuche haben ergeben, daß die Austrittsgeschwindigkeit von
der Viskosität der Flüssigkeit
abhängig ist und z. B. bei 1,2 cP höchstens 8 bis 10 cm/Sek. betragen darf.
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Die eigentliche Aufgabe der Erfindung liegt also darin, die kinetische
Energie der Flüssigkeit im Zulaufrohr auf ein zulässiges Maß herabzusetzen. Dies
wird mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, daß die Beschickungsvorrichtung
aus einer sich konisch nach unten erweiternden Kammer mit einer unter der Zulauföffnung
angeordneten Prallplatte und einer unteren Abschlußplatte besteht, an die mehrere
Austrittsrohre angeschlossen sind.
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Diesen ist mit Abstand von ihren unteren Enden eine Bodenplatte zugeordnet,
die Rohre größeren Durchmessers trägt. Die Austrittsrohre werden von den Rohren
größeren Durchmessers umschlossen und enden in einem Abstand von der Abschlußplatte.
Die Bodenplatte zwischen den Rohren weist Öffnungen auf. An der Außenkante der Abschlußplatte
ist ein mindestens den oberen Austrittsquerschnitt abschirmender Kragen angeordnet.
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Durch diese Vorrichtung wird es ermöglicht, die ausströmende Flüssigkeit
in vollem weitem Kegel über den Querschnitt des Gefäßes zu verteilen, ohne daß eine
Aufwirbelung oder eine nennenswerte Vermischung mit der Gefäßfüllung entsteht. Die
Grenzschicht zwischen der Lösung und dem darüberstehenden Wasser oder Klarsaft zeigte
bei einem Versuch bei voller Leistung der Aufgabevorrichtung nur eine geringfügige
Bewegung der Gefäßfüllung.
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Flüssigkeitsverteiler sind an sich bekannt. So zeigt die deutsche
Patentschrift 859295 einen Flüssigkeitsverteiler, der eine gleichmäßige Verteilung
von Flüssigkeiten über größere Flächen vornehmen soll.
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Ein nahezu geschwindigkeitsloser Austritt der zugeführten Flüssigkeit
läßt sich mit dieser bekannten Einrichtung nicht bewerkstelligen. Ebenso zeigt die
deutsche Patentschrift 638 125 einen Flüssigkeitsverteiler, mit dem die Flüssigkeit
gleichmäßig verteilt werden soll. Ein Herabsetzen der Geschwindigkeit
der
Flüssigkeit kann auch mit dieser Vorrichtung nicht erreicht werden.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch dargestellt,
und zwar zeigt A b b. 1 ein schematisches Absetzgefäß mit einer Beschickungsvorrichtung,
A b b. 2 ein mit mehreren Beschickungsvorrichtungen versehenes Reaktionsgefäß, Abb.
3 einen Querschnitt zu Ab b. 2 oberhalb der Beschickungsvorrichtungen, A b b. 4
eine vergrößerte Darstellung der Beschikkungsvorrichtung im Schnitt gemäß Linie
A-B in Abb. 5.
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A b b. 5 und 6 einen Halbschnitt gemäß Linie C-D in Abb. 4.
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In Ab b. 1 ist das Absetzgefäß 1 mit einer Beschickungsvorrichtung
2 versehen. Durch die Leitung 3 wird z. B. Schlammsaft in die Vorrichtung 2 kontinuierlich
geleitet.
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Die Beschickungsvorrichtung 2 ist im Gefäß 1 so angeordnet, daß sich
im Gefäß oberhalb dieser Vorrichtung die Zone L des Klarsaftes und unterhalb der
Beschickungsvorrichtung die des Schlammes S bilden kann. Dazwischen befindet sich
die Mischzone M. Im Absetzgefäß 1 ergibt sich eine Trennlinie zwischen Leichtflüssigkeit
L und Mischflüssigkeit M etwa in Höhe der Linie 5 sowie eine Trennlinie zwischen
Mischflüssigkeit M und Schwerflüssigkeit S in Höhe der Linie 6. Der Klarsaft wird
durch die Leitung 7 aus dem Gefäß kontinuierlich abgezogen, dagegen erfolgt der
Abzug des Schlammes kontinuierlich durch die Leitung 8.
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Die Vorrichtung 2 ist so konstruiert, daß die Austrittsgeschwindigkeit
die zulässige Grenze nicht überschreitet und der Schlammsaft im breiten flachen
Kegel K aus der Vorrichtung 2 in das Gefäß 1 austritt. Dabei fließen die leichten
Bestandteile nach oben, die schweren nach unten und setzen sich auf dem schrägen
Boden 9 ab. Die Vorrichtung 2 muß so konstruiert sein, daß der austretende Flüssigkeitskegels
einen so großen Wirkungsbereich hat, daß der gesamte Behälterquerschnitt gleichmäßig
beaufschlagt wird. Dabei darf der Wirkungsbereich nicht größer sein als der Behälterquerschnitt.
Berührt nämlich der Kegel K die Behälterwandung 1, so tritt eine Rückströmung ein,
die den Behälterinlialt aufwirbelt und sich auf den natürlichen Absetzvorgang schädlich
auswirkt.
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Ist der Behälterquerschnitt jedoch so groß, daß der Kegel K mit seinem
Wirkungsbereich nicht den gesamten Behälterquerschnitt ausfüllen kann, so können
mehrere Beschickungsvorrichtungen 2 innerhalb des Behälters angeordnet werden, wie
es beispielsweise die A b b. 2 und 3 zeigen.
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Das Verfahren und die Beschickungsvorrichtung können auch für diejenigen
Vorgänge der Verfahrenstechnik angewandt werden, wo in ein Reaktionsgefäß unterhalb
eines Polsters aus leichter Flüssigkeit eine Schwerflüssigkeit in das Gefäß kontinuierlich
eingeleitet wird, wobei eine Vermischung der beiden Flüssigkeiten vermieden werden
soll.
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Abt. 2 zeigt die Anwendung des erfindung gemäßen Verfahrens in einem
Reaktionsgefäß. Hierbei wird durch die Leitung 3 Schwerflüssigkeit S1 über die Beschickungsvorrichtung
2 in das Reaktionsgefäß 10 eingeleitet. Nach erfolgter Reaktion mit dem ReaktionsmittelS2
wird durch den Stutzen 12 die Flüssigkeit S3 abgeführt. Innerhalb des unte-
ren Teiles
13 des Gefäßes 10 befinden sich beispielsweise bei einem Reaktionsgefäß als Reaktionsmittel
Ionenaustauscherharze, wodurch die Reaktion zwischen der Flüssigkeit S1 und den
Austauscherharzen S ermöglicht wird. Oberhalb der Beschickungsvorrichtung 2 befindet
sich ein Polster aus leichter Flüssigkeit L, z. B. Wasser. In Höhe der Beschikkungsvorrichtung
bildet sich eine scharfe Trennung zwischen Schwer- und Leichtflüssigkeit, so daß
die Schwerflüssigkeit ohne Vermischung mit der oberhalb der Vorrichtung stehenden
Flüssigkeit kontinuierlich in das Reaktionsgefäß eingeführt werden kann. Die Trennlinie
11 zwischen Leichtflüssigkeit L und Schwerfiüssigkeit S stellt sich in Höhe des
Kragens der Beschickungsvorrichtung 2 ein, worauf weiter unten noch näher eingegangen
wird.
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Auch in einem Reaktionsgefäß muß der Wirkungsbereich des austretenden
Flüssigkeitskegels den gesamten Querschnitt des Gefäßes einnehmen. In einem Reaktionsgefäß,
in dem eine scharfe Trennung zwischen Leicht- und Schwerflüssigkeit vorhanden sein
muß, ist es besonders wichtig, die einzuführende Flüssigkeit ohne schädliche Strömungen
erzeugende Bewegungen einzuführen. Es muß auch bei der Anordnung mehrerer Beschickungsvorrichtungen
vermieden werden, daß sich die austretenden Kegel gegenseitig berühren, da sonst
ebenfalls Aufwirbelungen und damit Vermischungen der beiden Flüssigkeiten auftreten.
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A b b. 4 bis 6 zeigen Schnitte durch eine vergrößert dargestellte
Beschickungsvorrichtung 2. Die Flüssigkeit wird durch das Einlaufrohr 14 in eine
konische Kammer 1S geleitet, die durch einen Boden 16 an der unteren Seite abgeschlossen
ist. In den Boden 16 sind mehrere Rohre 17 mit Durchtrittsöffnungen 18 angeordnet.
Innerhalb der konischen Kammer 15 ist eisle Prallplatte 19 vorgesehen, wodurch eine
gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die Rohre 18 erzielt wird. Die Rohre
18 sind von konzentrischen Rohren 20 umgeben. Durch die unterhalb der Austrittsöffnungen
21 mit Abstand angebrachte Bodenplatte 22 wird der Flüssigkeitsstrahl um 1800 umgelenkt.
Bei dem Austritt der Flüssigkeit aus den Ringspalten 20a der Rohre 20 erfolgt eine
nochmalige Umlenkung der Flüssigkeit und Vereinigung der einzelnen Strahlen durch
den unteren Boden 16 der Kammer 15 und dem den oberen Austrittsquerschnitt 28 abschirmenden
konischen Kragen 23, der an der unteren Seite der Platte 16 angeordnet ist. Durch
diese Anordnung strömt die Flüssigkeit im weiten Kegel aus der Be schickungsvorrichtung
aus. Damit sich unterhalb der Bodenplatte 22 kein Totraum einstellt, d. h. damit
der Flüssigkeitsstrom im weiten, breiten Kegel aus der Vorrichtung austritt, ist
die Bodenplatte 22 mit mehreren Löchern 24 versehen, aus der die Flüssigkeit ebenfalls
austreten kann. Am Fuße der Rohre 20 sind Entleerungsöffnungen 25 und an der Verbindungsstelle
des Kragens 23 mit dem Bodenblech 16 Entlüftungslöcher 26 vorgesehen.
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Wie schon vorstehend angedeutet wurde, stellt sich in einem Reaktionsgefäß
in Höhe der Linie 11 eine scharfe Trennung zwischen Schwer- und Leichtflüssigkeit
ein. Diese Trennlinie 11 befindet sich in Höhe der unteren Kante 23 a des Kragens
23. Je nach Aufgabe, die die Beschickungsvorrichtung zu erfüllen hat, kann dieser
Kragen 23 verkürzt oder verlängert werden, wobei es in besonderen Fällen sogar angebracht
ist,
diesen Kragen bis an die Unterkante des Bodenbleches 22 herunterzuführen. Auch kann
der Winkel des Kragens 23 je nach Bedarf beliebig gewählt werden, d. h., daß der
ausströmende Kegel und somit der Wirkungsbereich der ausströmenden Flüssigkeit breiter
oder schmäler wird (s. strichpunktierte Linie in Abb.4). Der Wirkungsbereich der
einzelnen Beschickungsvorrichtungen ist nicht nur von der Größe und Neigung des
Kragens 23 abhängig, sondern auch von der Viskosität der einzuführenden Flüssigkeit.
Hierbei muß aber darauf geachtet werden, daß die Gesamthöhe des austretenden Kegels
nicht zu groß wird. Je geringer nämlich die Höhe des Kegels K ist, um so günstiger
ist die Wirkung der Beschickungsvorrichtung 2.
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A b b. 5 und 6 zeigen je einen Halbschnitt gemäß der Linie C-D in
Abb. 4. In Ab b. 5 sind die Rohre 20 rund angeordnet, in A b b. 6 dagegen sechseckig.
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Die sechseckige Form hat gegenüber der runden den Vorteil, daß die
Spalten 27 zwischen den einzelnen Rohren 20 an allen Stellen gleich sind, wodurch
eine gleichmäßigere Strömung innerhalb des Flüssigkeitskegels erzielt wird.