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VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUM TROCKNEN, HEIZEN, KÜHLEN BZW. ZUM DURCHFÜHREN
CHEMISCHER REAKTIONEN VON KI@BRIGEN STOFFEN HETEROGENER KÖRNUNG IM MIT GASPÖ@MIGEM
MEDIUM FLUIDISITETEN ZUSTAN Die Erfindung hetrifft ein @erfahren und Einrichtung
für Fludisierverfahren, weiterhin für mit Wärme- und @toff@bergang@@orgängen gleichzeitig
du@chzufünrende Zerkieinerungs-und Sortiervergänge im fluldisierten Zustand, wobei
in der Menge des mit ga@förmigem Medi@@ zu flnidisierender festen Stoffes der Korndurchm@sser
sich zwischen 0.1 - 0.2 mm und 5 - 10 mm @@dert und der feste Stoff zum Zusammenhaften,
zur Knotenhildung meigt.
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Besonders @ezicht sich die Erfindung auf die Herstellung von Sprengstoffen
auf Ammonnitratbasis, wobei des Ammonnitrat mit organischen Stoffen bezogon wird.
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Das körnige Ammonitrat wird bis zum Schmelzpunkt des organischen
Stoffes erwärmt, währenddessen wird es getrocknet, zerkleinert und sortiert, anschließend
in einem Mischer mit obigem organischen Stoff zusammengemischt, wobei die Schmelze
des organischen Stoffes das Ammonnitratkorn umhüllt. Nach dem Umhtillen wird die
Mischung auf die gewöhnliche Temperatur abgekühlt.
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Es ist bekannt, wenn ein Medium im flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand
durch eine Schicht festen körnigen Stoffes so durchströmt, daß die Schicht in fluidisiertork
Zustand gebracht wird, dadurch werden die Warme- und Stoffübergangsvorgänge zwischen
dem festen und gasförmi- -gen Medium infolge der groben Berührungsfläche und der
Kornbewegung in großem Maße beschleunigt, verglichen mit denen,wobeiz.B,derfesteStoff
zum Zwecke der Warmeabgabe mit einer Metallfläche in Berührung gebracht wird oder
das gasförmige Medium durch die stehende oder dureh die mit Rthren in. Bewegung
gebrachte Schicht des festen Stoffes geleitet wird. Aus diesem Grunde kann das Fluidisierverfahren
zum Heizen, Kühlen und TRocknen körniger Stoffe mit gasförmigem Medium oder zum
Durchführen chemischer Reaktionen zwischen fester Phase und Gsphase verwendet werden.
Ahnliche sind die Anwendungsmöglichkeiten, wenn das durch die feste Schicht geleitet
Medium kein Gas, sondern eine Flüssigkeit ist.
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Das Fluidisierverfahren kann auch damit verglichen wer. den, wenn
der feste, körnige Stoff in einer Rohrleitung mit Hilfe des gasförmigen Mediums
transportiert wird. In
diesem Falle ist das feste Korn in dem gasfdrm3gen
Medium genügend dispergiert, doch ist die wegen der Verstopfungsgefahr der Rohrleitung
zulassige minimale Strömungsgeschwindigkeit so groß daß die BerUhrungszeit zwischen
fester Phase und Gasphse unter den gegebenen Bedingungen in den meisten Fille. en
doch nicht zum Abspielen der Wärme-und Stoffübergangsvorgänge ausreicht.
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Das Fluidisierverfahren ist also in vielen Fällen das einzige zweckmäßige,
angenommen, daß der gegebene feste @ körnige Stoff überhaput in fluidisierten Zustand
gebracht werden kann. Der Herstellung des fluidisierten Zustandes werden in erster
Linie durch die Kerngroßenverteilung des festen Stoffes und seine Stoffeigenschaften
Grenzen gesetzt.
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Die in der Praxis vorkommenden körnigen Stoffe sind hinsichtlich
ihrer Korngroßenverteilung im allgemeinen heterogen aufgebaut. Wenn ein gasförmiges
Medium mit gegebener konstanter Geschwindigkeit durch eine Schicht solchen Stoffes
geleitet wird, dann werden diejenigen kleinen Körner, deren Sinkgeschwindigkeit
kleiner als die gewahlte StrUmungsgeschwindigkeit ist, mit dem Gasstrom zusammen
aus der Schicht entfernt und sie erreichen in verhältnismäßig kurzer Zeit den Gas-Feststoff--Separator,
Über dieser Grenze liegende Körner verbleiben in der Schicht und sie ffihren in
ihrem in Gas dispergierten Zustand eine intensive Bewegung durch. Der Bereich der
sich bewegenden Körner kann von dem obigen kritischen Korndurchmesser ab-von den
gegebenen Bedingungen
abhangig-bis zu einem größeren Durchmesser
bestimmt werden. Oberhalb dieser Grenze liegende Corner sammeln sich auf dem Grund
der Schicht und sie bilden neben der in Bewegung gebrachten eine ruhende Schicht.
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Bei technologischen Vorgängen - ob es sich um Warmeabgable Trocknen
oder um chemische Reaktionen handelt-bedeuten im allgemeinen die sich aus der Schicht
entfernenden kleinen Kdrner keine Probleme, da sich bei diesen die erwähnten Vorgänge
wegen ihrer großen spezifischen Oberflache abspielen können, bis sie den in den
meisten Fallen vorhandenen Feststoff-Gas-Abscheideseparator erreichen.
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Doch bedeuten die die ruhende Schicht bildenden Orner Probleme, da
obige Vorgänge infolge ihrer Unbeweglichkeit und kleinen spezifischen Oberflache
nur unvollständig und langsam vor sich gehen, weiterhin weil die Schicht infolge
der kontinuierlichen Beschickung anwächst, bis sie schließlich die bewegllche Schicht
aus der Einrichtung sperrt oder die GaszufUhrung verhindert. Die gleichen Schwierigkeiten
entstehen, falls ein Stoff homogener Korn. @ verteilung verarbeitet werden soll,
aber er zum Haften neigt, und sie wachsen noch weiter, wenn ein haftender < Stoff
heterogener Kornverteilung vorhanden ist. In diesen Fallen können sich wahrend des
Beschickens, aber auch in der Einrichtung selbst infolge Zusammenhaltens Granulate
bilden.
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Bisweilen wird versucht, diese Probleme zu beseitigen, indem z. B.
die Schicht mechanisch gertihrt oder die ruhende Schicht von ZeSt zu Zeit entfernt
wird und sie der gegebenen
Technologie entsprechend vor oder nach
den Fluidisierungsvorgang wieder in das System eingespeist wird.
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In anderen Fällen, wenn die Stoffverteilung sehr heterogen oder der
Stoff sehr klebrig war, wurde der betreffende Stoff als'mitFluidisierverfahrennichtverarbeitbar'
bezeichnet.
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In den meisten Fällen wäre es zweckmäßig, die ruhende Schicht auch
in intensive Bewegung zu bringen und die großen Korner in der Apparatur während
der Wärmeabgabe-oder chemischen Vorgänge zu zerkleinern, das Differenzieren des
aus verschieden großen Körnern bestehehden Stoffes in der fluiden Schicht zu verhindern.
Weiterhin-dies bezieht sich besonders auf solche Fludislerungsvorgänge /z.B. Trocknen/,
auf die das Feinmahlen folgt - ist das DurchfUhren des Sortierens in der Fluidisiereinrichtung
zweckmäßig, um mit dem nicht zu mahlenden feinen Anteil die Mahleinrichtung nicht
zusätzlich zu belasten bzw. um keine zusätzliche Sortierung verwenden zu müssen.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung obiger Mängel und die Erweiterung
des Anwendungsbereiches von dem Fluidisierverfahren auf die Verarbeitung von Stoffen
mit aus der Sicht der Fluidisierung schlechten Eigenschaften, sowie das Ermöglichen
der Zerkleinerung und Sortierung wCh~ rend des Trocknens oder chemischen Umsetzens
mit Fluidi~ sierverfahren und das Schaffen einer Einrichtung zur DurchfUhrung obiger
Vorgänge.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß oben
Gesagtem genUge getan werden kann, wenn ein
Teil des zum Fluidisieren
notwendigen Gases zum in Zirkulationsbringen des Fluidbettes und damit zur Zerkleinerung
der Orner und zur Sortierung verwendet wird. Dementsprechend wird bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung der klebrige, heterogen gekdrnte Stoff mit einer Korngrdße von
0--10 mm in die Fluidisiereinrichtung gebracht und ein Teil des zum Fluidieren notwendigen
gasförmigen Mediums durch eine DUse in das Fluidbett geleitet und dadurch das Fluidbett
in Zirkulation gebracht, wä hrenddessen die Kdrner zerkleinert und sortiert werden.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemma der Erfindung
besitzt einen kegligen oder geneigten Rost, am tiefsten Punkt des Rostes eine DUse,
ein an die Diise mit Saugspalt anschließendes, nach oben gerichtetes Rohr und ein
Prallblech Uber dem Rohr, weiterhin einen seit~ lich angeordneten Schrank, Das gasförmige
Medium, z. B. die zum Trocknen notwendige Luft oder das zur chemischen Reaktion
notwendige Gas, wird an drei Stellen eingespeist. Ein großer Teil wird unter den
Rost der Einrichtung, ein kleinerer Teil durch obige Düse und ein weiterer kleinerer
Teil unter den Rost des seitlich angeordneten Schrankes eingeleitet. Wahrend der
Fluidiaierung beginnt infolge des heterogenen Kornaufbaues des Stoffes die erwähnte
Differenzierung der Schicht, die größeren Körner sammeln sich im unteren Teil der
Schicht. Das durch die hier angeordnete DUse eingespeiste Gas-das eine hdhere Eintrittsgeschwindigkeit
besitzt als das durch den Rost eintretende Gas-erzeugt
eine Saugwirkung
und transportiert die Orner durch das nach oben gerichtete Rohr in den Raum überhalb
der Schicht, wo sie gegen ein Prallblech stoßen und sie gelangen auf die Oberflache
der Schicht, dabei aber werden sie infolge des Pralles zerkleinert. Die Schicht
tUhrt eine intensive Zirkulation durch, deren Folge die Verhinderung der Differenzierung
ist. Die Zusammensetzung wird trotz der verschieden großen Körnung gleich und die
größeren Körner werden den Anforderungen entsprechend mit der Wahl der entsprechenden
Gaseintrittsgeschwindigkeit an der Ddse zerkleinert.
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Infolge der kontinuierlichen Speisung lauft der Stoff an seiner Oberflache
in den seitlichen Schrank liber das Gas wird unt. er den Rost desselben in Abhängigkeit
von der gewUnschten letzten Sortierung mit der entsprechenden Geschwindigkeit eingeleitet.
Wenn keine Sortierung erforderlich ist, entfernen sich alle festen Körner mit dem
Gas durch die obere Austrittsöffnung in den Feststoff-Gas-Separator. Wenn sortiert
wird, werden die grdßeren Körner durch eine untere Ableerschleuse, die mit einem
luftdicht abschließenden Dosierer versehen ist, abgefUhrt und zum Beispiel einer
Mahleinrichtung zugeführt. Der Feststoff kann zum Zwecke einer erneuten Sortierung
aus der Mahleinrichtung wieder in die Fluidisiereinrichtung geleitet werden, wenn
sie z. B. eine luftdurchstromte Mühle ist, dann mit Hilfe eines Feststoff-Gas-Separators
und einer luftdichten Dosiereinrichtung.
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Die Erfindung wird an Hand der schon erwähnten pulverförmigen
Sprengstoffherstellung
auf Ammonnitratbasis und d an Hand der Zeichnungen erläutert, wobei Fig. 1 die beispielsweise
Ausführung gemäß der Erfindung schematisch darstellt, Fig. 2 eine AusfUhrung der
erfindungsgemäßen Einrichtung für das Kühlen zeigt.
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Das Ammonnitrat wird nach dem Trocknen, Mahlen und Vorwärmen in einen
Mischer mit organischem Stoff so tuberzogen, daB das Ammonnitrat bis zum Schmelzpunkt
des orga~ nischen Stoffes erwärmt wird, dann wird die Mischung auf 25 - 30°C abgekühlt.
Der organische Stoff kann bei Normaltemperatur flüssig oder fest, aber über Normaltemperatur
erschmelzbar z. B. Mineralöl, TNT, DNT, usw. sein.
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Nach diesem Beispiel wird das gelagerte @ großstückige, zusammengehertete
Ammonnitrat vorzerkleinert zweckmäßig mit Hilfe einer sich drehenden und mit Messern
versehenen Walze und eines nachgeschalteten Desintegrators. Nach der Vorzerkleinerung
wird es durch einen luftdicht schließenden Zuteiler 1 - i diesem Falle ein Schneckenzuteilerin
eine Fluidisiereinrichtung 2 eingespeist Die zum Trocknen notvrendige Luft wird
zweckmäßig durch einen Trocken--Luftfilter und einen Erhitzer geleitet und sie wird
in drei Teilen mittels in die Rohrleitung eingebauten Armaturen bei 90-110°C Temperatur
in die Fluidisiereinrichtung 2 eingespeist. Der größte Teil der Luft wird unter
einen kegligen Rost 3 der Einrichtung, der zweite Teil in eine Dusse 4. der dritte
Teil unter den Rost 5 des seitlichen Schrankes geleitet. Bei der DUse 4 wird die
Geschwindigkeit
der Luft größer eingestellt, als bei den Bohrungen
des Rostes 3. Die durch die Divise eintretende Luft transportiert die angesammelten
größeren Körner aus dem unteren Teil der Schicht durch ein die Achse des mechanischen
Rührers bildendes und mit Schaufeln versehenes Rohr 6 nach oben, wobei sie gegen
ein Prallblech 7 stoßend zerkleinert werden und auf die Seitenwände der Einrichtung
zurückfallen, wobei sie auf die Oberfläche der zu fluidisierenden Schicht fallen.
Die auf das Prallblech 7 und gegen die Seitenwand der Einrichtung stoßenden Körner
fallen der nach oben strömenden Luft entgegen nach unten, wobei die selektive Sortierung
vor sich geht, infolge dessen werden die feinen Körner durch Austrittsöffnung 8
mit der Luft in einen Feststoff-Gas-Separator entfernt, der hier ein Zyklon ist,
Die Schicht lauftinAbhängigkeit von der Speisung während der Wiederholung des Vorganges
durch eine Offnung 9 in den seitlich angeordneten Schrank, wo je nach der Geschwindigkeit
der hier zugefthrten Luft eine weitere Sortierung durchgeführt werden kann. Die
Luft entfernt sich die feinen Körner mit sich reissend auch durch die Austrittsöffnung
8, der grobe Anteil tritt durch die Wirkung eines mechanischen Mischers 10 durch
eine luftdichte Dosiereinrichtung 11 aus und gelangt in eine luftdurchströmte Mühle
12. Nach dem Mahlen wird er in einem Zyklon 13 aus der Luft abgeschieden und zum
Zwecke einer erneuten Sortierung mittels eines luftdichten Dosierers 14 wieder der
Fluidisiereinrichtung zugeführt. Die Anlage
besitzt auch einen
Ventilator, der zweckmäßig am Ende der Anlage angeschlossen ist.
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Das durch die Austrittsöffnung 8 austretende Ammonitrat wird, nachdem
es in einem Zyklon abgeschieden wurde, mit Hilfe kontinuierlicher Transportmittel
bei 70 - 80°C Temperatur in einen heizbaren Mischer 15 eingespeist. Zum Überziehen
kdnnen die erwähnten organischen Stoffe dem Mischer in fester oder flüssiger Form,
bei normaler Temperatur oder auch vorgewärmt, zugeführt werden. Die festen werden
z. B. mit Transportschnecken, die flüssigen zweckmäßig mit einer Pumpe und einem
Zerstäuber der Binrichtung zugeführt. Der Mischer wird bis zum Schmelzpunkt des
organischen Stoffes aufgeheizt. In dem Mischer können von der Technologie abhängig
auch. andere Komponenten, wie z.
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B. Kohlenstaub, Holzmehl, Aluminiumpulver u. a. zugefugt werden.
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Mit einem kontinuierlich arbeitenden Transportmittel, z. B. einem
Transportband, wird die Mischung bei 80 - 90°C Temperatur mittels eines luftdicht
abschließenden Dosierers 16 einem Fluidisierkühler 17 zugeführt, wo sie mit Luft
gekühlt wird, Da die warme Mischung zum Zusammenhaften neigt, wird zum Zwecke der
Kühlung eine bei der Trocknung bereits beschriebene Fluidialereinrichtung mit der
Abweichung verwendet, daß der seitliche Schrank einen schrag angeordneten Rost besitzt
und er mit keinem Mischer versehen ist, Wahrend der KNhlung ist kein Sortieren erforderlich.
Aus diesem Grunde wird die Geschwindigkeit der unter den Rost des Schrankes geleiteten
Luft so eingestellt,
daB die gesamte Renge des von der Schicht
durch die Uberlau£dRfnung übergelaufenen Stoffes mit der Luftströmung entfernt wird,
ausgenommen eventuell diejenigen großen Kdrner oder Verunreinigungen, die nicht
in dem Endprodukt belassen werden dürfen. Diese können durch die untere Schleusenöffnung
periodisch oder kontinuierlich entfernt werden. Die hiesige Sortierung ersetzt also
im Wesen das Sieben vor dem PatronenfUllen.
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Die Mischung von Kthlluft und Staub wird in einen Feststoff-Gas-Separator,
zweckmäßig in einen Zyklon geleitet, der mit einer luftdicht abschließenden Ablaßeinrichtung
versehen ist. Die Luft kann je nach Bedarf durch einen Schlauch-Staubfilter hindurchgesaugt
und mit einem Druck~ oder Saugventilator vor oder hinter der Anlage transportiert
werden. Die Luft kann nach der Reinigung in das System zurückgeführt werden und
sie kann durch den Einbau eines Wärmeaustauschers bei den extremen Außentempe~ raturen
im Sommer und im Winter gekühlt bzw. geheizt wer. den.
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Der nach dem erfindungsgemäßeh Verfahren gefertigte Ammonnitratsprengstoff
besitzt eine bessere Qualität als der in dem Kontaktflachentrockner oder als der
in der bekannten Fluidisiereinrichtung getrocknete, im Kollergang gemischte und
herkommlicherweise auf Tellern gekühlte Sprengstoff gleicher Zusammensetzung.