DE1905393A1

DE1905393A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Zerbrechen von stabilem Schaum

Info

Publication number: DE1905393A1
Application number: DE19691905393
Authority: DE
Inventors: Kilborn Jack F; Hobbs Kenneth W; Scott Clarence W
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1968-04-10
Filing date: 1969-02-04
Publication date: 1969-10-23
Also published as: FI52819B; FI52819C; NO131157C; SE360268B; US3560402A; NO131157B

Description

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International Paper Company, New York, Ν.Γ., U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Zerbrechen von stabilem Schaum

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerbrechen von Schaumblasen insbesondere durch kombinierte Wirkung eines Teilvakuums und mechanisch auf den Schaum ausgeübten Schlag- und Scherkräften, mit; deren II it feder Schaum in seine flüssigen und gasförmigen Beatandteile zerlegt wird.

Unerwünschter Schaum, der sich bei der Verarbeitung von Chemikalien und beim Betrieb der dazugehörigen Verarbeitungsuaia;;cm bildet, bereitet seit langer Zeit beträchtliche SchwierigkeL-ten. Zur Beseitigung dea Schaums sind einerseits kostspielige Aufnahme tanks und dergleichen Ausrüstungen und andererseits grosae Energiemengen zum Betreiben der bekannten, wenig wirksamen Schaumbrecher notwendig. Obwohl das Schäumen häufig eine sehr wirksame chemische Behandlungsmethode ist, die insbesondere zum Trennen verschiedener Bestandteile einer F].üss igke i tsmischung oder einer Mischung von Flüssigkeiten und Festkörpern, wie z, B. bei der Trennung der Seife von der schwärzen Flüssigkeit während der Herstellung von Pulpen durch das Kraft-Verfahren angewendet wird, bringt dieser in mancher Beziehung erwünschte Prozess manchmal eine verminderte Wirtschaftlichkeit mit sich, was an den erzeugten Mengen an Schaum und den notwendigen. Kosten zum Trennen de3 Schaums in seine Bestandteile liegt. Ausserdem bringt das Abführen industrieller Abfälle in Form von stabilem Schaum in Flüsse und andere Gewässer einen wirtschaftlichen Verlust sowohl in Form von Materialien als auch in Form von. Verschmutzungen mit sich.

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ORl₆₁NAL

Zur Schaumbrechimg werden in mechanischen Schaumbrechern im allgemeinen schnelle Druclcänderunden, Scherkräfte sowie Druck- · und Schlagkräfte kombiniert. Schnelle Druckänderungen werden beispielsweise in akustischen Sehaurabrechern ausgenützt, in denen ein sehr intensiver Schall von beispielsweise O₁.7 oder 1,1 kHz bei I50 db erzeugt wird. Derartige akustische Schauntbrecher 3ind beispielsweise in dem Aufsatz "Mechanical Foam Breakers" im Band 6, No. 2, April 1967, Seiten 195 bis 200 des Industrial and Engineering Chemical Process Design and Development, veröffentlicht durch die American Chemical Society, von Morris Goldberg und Eliezer Rubin beschrieben worden, Diese Geräte benötigen überschüssige Mengen an auf 2,8 bis 4,2 kg/cm*" (40 bis 60 psi) Druck gebrachter Antriebsluft und arbeiten bei maximalen Entschaumungsgeschwindigkeiten von 0,28 m/min (H) Kubikfuss pro Minute), Ausserdem müssen für 0,028 m (ein Kubikfuss) an zerbrochenem Schaum etwa 0,084 m (3 Kubikfuss) Luft der Schallquelle zugeführt werden» Scher-, Druck- und Schlagkräfte werden sowohl in verschiedenen, mit Schaufeln oder Flügelrädern arbeitenden Schaumbrechern als auch in verschiedenen, mit Zentrifugalschleudern und Platten— anordnungen ausgerüsteten Schaurnbrechern ausgenutzt, doch sind derartige Vorrichtungen zur v/irksamen Verarbeitung von sehr grossen Mengen an industriellem Schaum nicht verwendbar., Alle diese mechanischen Schaumbrecher weisen in nachteiliger Weise einen sehr grossen Leistungsverbrauch im Verhältnis zu ihrer Schaumbrechkapazität auf.

Zum Schauinbrechen ist weiterhin die unabhängige Anwendung eines Vakuums vorgeschlagen worden, doch es sind sehr grosse Vakuumquellen bzw» Pumpen erforderlich, was teure Anlagen und eine teure Betriebsweise notwendig macht, insbesondere wenn hochstabiler nasser Schaum zerbrochen werden soll» Für einen derartigen Schaum werden nämlich sehr gros.se Behälter benötigt, da er sich bei der Anwendung eines Vakuums ausserordentlich stark ausdehnen, kann, ohne zu zerplatzen. Luft in Form v^inzi-r ger Blasen, die an Testen Teilchen anhaften, wird häufig dazu

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verwendet, diese Teilchen zum Schweben zu bringen und damit ihre Entfernung zu erleichtern. Diese erwünschte Flotation wird durch ein Hochvakuum, durch welches eine Entgasung der Flüssigkeit bewirkt werden soll, ernsthaft beeinträchtigt. Schliesslich ist es auch bereits vorgeschlagen worden, ein Vakuum auch bei verschiedenen anderen Typen von mechanischen Schaumbrechern gleichzeitig anzuwenden. Bei einem akustischen Schaumbrecher, der in Kombination mit einem Vakuum verwendet wird, arbeiten jedoch Schallerzeugung und Vakuum einander entgegen, da stets eine zu grosse Menge, an Gas für das von der Schallquelle kommende Schallsignal vermieden werden muss, um das Vakuum aufrecht zu erhalten, so dass die Wirksamkeit der Stosswellen in dem verdünnten Medium, in dem sie Arbeitt leisten sollen, wesentlich vermindert wird.

Erfindungsgemäss soll daher im Gegensatz hierzu ein Vakuum wirksam mit einer mechanischen Schaumbrechung zu einem Verfahren und einer Vorrichtung kombiniert werden, mittels denen die Schaumbrechung bei hohem Wirkungsgrad und geringem Leistungsverbrauch möglich ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Zerbrechen von Schaumblasen in ihre flüssigen und gasförmigen Bestandteile ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blasen aufgeweitet und dann zerbrochen werden, indem man in einem mechanischen Schaumbrecher Schlag- und Scherkräfte auf sie ausübt, dass ferner die vom Schaumbrecher kommende flüssige Komponente in Form diskreter Tröpfchen dispergiert und die gasförmige Komponente entfernt wird, solange sich die flüssige Komponente im dispergierten Zustand befindet, und dass die disperse flüssige Komponente gesammelt wird.

Der Schaum wird vorzugsweise vor und auch während der mechanischen Einwirkung einem abnehmenden Druckgradienten unterworfen. Durch das zunehmende Vakuum werden die Schaumblasen immer mehr aufgeweitet, so dass sie, wenn sie in den Bereich

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des mechanischen Schaumbrechers gelangen, sehr zerbrechlich und dünn sind, so dass sie leicht In die flüssigen und gasförmigen Bestandteile getrennt werden können.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des oben beschriebenen Verfahrene ist gekennzeichnet durch eine Strömungsleitung für den Schaum mit einem ersten, einen Einlass aufweisenden Abschnitt und einem zweiten, als Kammer ausgebildeten Abschnitt, durch dessen einen Auslass 4^ie gasförmige Komponente und durch dessen anderen Auslass die flüssige Komponente entfernbar ist, ferner durch einen zwischen dem dem Einlass gegenüberliegenden Ende des ersten Abschnitts und dem zweiten Abschnitt gelegenen Übergangsbereich, der zur strömungsmässir · gen Verbindung der beiden Abschnitte dient und von den Auslässen in der Kammer beabstandet ist, ferner durch einen im Übergangsbereich angeordneten mechanischen Schaumbrecher, dem der Schaum vom ersten Abschnitt her zuführbar ist, in welchem zum Zerbrechen der Schaumblasen Schlag- und Scherkräfte auf den Schaum ausgeübt werden und von dem die flüssig© Komponente in Form diskreter Tröpfchen in den zweiten Abschnitt abgegeben wird, ferner durch eine mit dem einen Auslass in Verbindung stehende Vakuumquelle_s mittels der länge des Strömungs- ' weges des Schaume, d.h. vom Einlass bias sts den Auslässen,, ein abnehmender Druckgradient . aufrecht erhal'S'toar ist, und durch von mindestens einem Teil der Kammer gebildete Pra,llwände_g durch welche die Flüssigkeitströpfehen aufgefangen werden„ so dass sie von dort zum anderen Auslass fliessen, und Helene vom mechanischen Schaumbrecher derart beabstandet ai.nd₉ glass die gasförmigen Komponenten mittels der Vakuumquelle absangbar sind, solange sich die flüssige Komponente im dispergisrten Zustand befindet.

Die Vorrichtung der Erfindung eignet sich ssuk? ScSiaumbreciaimg auch stabiler Schaumarten und ist sehr wirtschaftlIcIi₁, ä,_eh._o arbeitet mit minimalem LeistungsverTbraiach und "benötigt ®in

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Minimum an Ausrüstung. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und der Tatsache, dass sie zur Behandlung beliebiger Schaumvolumina ausgelegt werden kann, ermöglicht die erfindungsgemässe Vorrichtung eine gezielte, nutzbringende Erzeugung von Schaum in jeder beliebigen Menge, so dass auch die bisher aufgrund des Schäumprozesses unwirtschaftlichen Verfahren angewendet werden können. Ausserdem wird durch die Erfindung die Rückgewinnung der Bestandteile wesentlich vereinfacht.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält vorzugsweise ein Schaumspeicherbecken, in welchem eine erwünschte Schaumhöhe aufrechterhalten wird, um einen kontinuierlichen Schaumstrom zum Schaumbrecher zu gewährleisten. Der Schaum wird dann aus diesem Becken mittels eines Vakuums vorzugsweise durch ein Steigrohr gesaugt, welches zur Schaumbrechkammer führt. Am oberen Ende des Steigrohres wird der Schaum mittels des Vakuums z.B. durch das umlaufende Schaufelrad eines mechanischen Schaumbrechers gezogen. Wenn die Schaumblasen im Steigrohr nach oben wandern, werden sie einem zunehmenden Vakuum ausgesetzt, so dass sie sich ausdehnen. Diejenigen Blasen, die unter dem Einfluss des Vakuums allein nicht zerplatzen, werden jedoch wesentlich zerbrechlicher, da ihre flüssige Komponente während oder nach der Ausdehnung eine wesentlich grossere Oberfläche bilden muss. Die aufgeweiteten Blasen werden dann durch die kombinierte Schlagwirkung beim Aufprall auf die Schaufeln und die Scherkräfte beim Entlangströmen an der Oberfläche dieser Schaufeln zerbrochen. Beim Einströmen des Schaums in den Schaumbrecher wird der Schaum durch die vom Schaumbrecher bewirkte Winkelbeschleunigung gegen die Schaufeloberflächen gedrückt. Die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit auf den Schaufeloberflächen bewirkte Scherkraft hat zur Folge, dass die Flüssigkeit der Blasen von der Oberfläche der auf den Schaufeln befindlichen Blasen abgezogen wird. Wenn die Blasenhülle genügend Flüssigkeit verloren hat, dann kann sie nicht länger halten, d.h. die Blasen zerplatzen, geben ihre* gasförmigen Bestandteile frei und scheiden den Rest ihrer flüssigen

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Komponente . an der Schaufeloberfläche ab. Durch Zentrifugalkräfte wird die Flüssigkeit dann von den Schaufeln in Form einzelner Tröpfchen abgeschleudert und wandert zu den Wänden der Kammer, wo sie gesammelt und getrocknet wird.

Die Anordnung der Kammer ist derart, dass ihre Wände den Schaumbrecher umgeben, aber ein beträchtliches Stück von ihm beabstandet sind, während das Vakuum von einer ausserhalb der Schaufeln liegenden Stelle hergestellt wird. Durch diese Anordnung werden einige wesentliche VortedLe sichergestellt. Zunächst können sich Flüssigkeitstropfen, die das rotierende Schaufelrad verlassen, nicht in der Nähe der Schaufeln zu einem grösseren Flüssigkeitskörper zurückbilden. Ein in der Nähe der Schaufeln befindlicher Flüssigkeitskörper würde nämlich am Rand des Schaufelrades aufgewirbelt, so dass neuer Schaum entstehen würde. Weiterhin kann das vom Schaum freigegebene Gas aus der Kammer abgezogen werden, solange die Flüssigkeit in einzelne Tröpfchen dispergiert ist. Ein sich in der Nähe der Schaufeln bildender Flüssigkeitskörper würde dagegen den freien Durchtritt des abzuziehenden Gases blockieren, d.h. dieses würde erneut durch Flüssigkeit geleitet,und eine erneute Schaum-bildung würde gefördert. Schliesslich wird zwischen den inneren und äusseren Kanten der Schaufeln ein sich vergrössernder Vakuumgradient aufrechterhalten. Dies ist sehr wichtig, da hierdurch eine kontinuierliche Expansion der Schaumblasen sichergestellt wird, wenn diese an den Schaufeln vorbeiströmen, so dass auch hierdurch für eine erhöhte Zerbrechlichkeit bzw. ein sicheres Zerbrechen der Schaumblasen gesorgt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Abbildungen . ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Boschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen werden.

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Di© Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäseen Verfahrens in einer Seitenansicht.

Bife Fig. 2 ist ein Teilachnitt längs der Linie 2-2 der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Schaumbrechkammer der Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie 3-3 der Fig. 2 und βcigt die Anordnung des mechanischen Schaumbrechers in der

Sie Fig. k ist ein Schnitt läsügs der Linie k-k der Fig. 3.

Bie Fig. 5 ist ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 der Figo k»

Fig. 6 ist ein Teilschnitt und zeigt Einzelheiten der

Ausbildung der Flügelblätter des Schaumbrechers. '

Die Fig. 7 zeigt sshsmatisch die Niveauregelung für das SchaumspeicberbecKeiio

Gemäss den Fig. 1 und 2 wird Schaum aus einer (nicht gezeigten) Quelle durch eine Speiseleitung 12 in ein Schaumbecken gegeben, wo der Schaum durch ein Regelsystem, das später beschrieben wird, auf einem vorgewählten Niveau oberhalb · ■ ■ der Öffnung 16 einer Leitung 14 gehalten wird. Der Schaum strömt aus dem Tank durch die Leitung 14 und die Öffnung 16 in einen ersten Abschnitt 18 einer Leitung 20 ein, die ein Steigrohr ist. Der Schaum wird im Steigrohr nach oben bis zur Auslaesöffnung 22 des Steigrohres gezogen (Fig. 5)· Der Schaum tritt dann in axialer Richtung in einen Hohlraum 28 (Fig. 5) eines mechanischen Schaumbrechers 26 ein und strömt dann radial nach aussen zwischen die Schaufeln 30 des Schaumbrechers (Fig. k), wo er in seine flüssigen und gasförmigen Komponenten aufgespalten wird.

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■» O ""

Die flüssige Komponente wird von den Schaufeln des Schaumbrechers in Form einzelner, diskreter Tröpfchen in einen zweiten Abschnitt 34 der Leitung.20 geschleudert, der als Vakuumkammer ausgebildet ist. In dieser Vakuumkammer wird die flüssige Komponente gesammelt und dann durch einen Auslass 32 abgeführt (Fig. 3).

Die gasförmige Komponente wird aus dem Schaumbrecher in die Vakuumkammer 3k und aus dieser durch Auslassöffnungen 38 mittels einer Vakuumquelle 4θ abgesaugt, bei der es sich um irgendeine bekannte Vakuumpumpe geeigneter Grosse und Kapazität handeln kann. Mit Hilfe dieser Vakuumquelle wird ausserdem der Schaum aus dem Becken 10 durch das Steigrohr 18 in den Schaumbrecher 26 gezogen.

Der mechanische Schaumbrecher 26 ist ähnlich wie ein Käfigläufer-Gebläse ausgebildet. Die Schaufeln 30 sind flach.und rechtwinklig und ausserdem zylindrisch um den Umfang des Gebläses angeordnet. Jede Schaufel ist etwa um den gleichen Vpreilwinkel gegenüber dem Radius geneigt (Fig# 6). Die Vorder^ kanten 42 der Schaufeln lie'gen parallel zur Achse 44 (Fig. 5) des Geblases und bilden zusammen den Umfang des Hohlraumes Die Hinterkanten 46 sind ebenfalls parallel zur Achse 44 des Gebläses angeordnet und begrenzen gemeinsam den äusseren Umfang des Gebläses.

Ringscheiben 50 und 54, die das obere Ende und den Boden des Gebläses begrenzen, dienen als Stützen oder Halterungen für die Schaufeln und sind starr mit ihnen verschweigst öder auf andere Weise an ihnen befestigt. Am inneren Umfang der Ringscheibe 54 ist ein nach unten ragender Vorsprung 56 vorgesehen. Dieser Vorsprung wirkt zusammen mit einem um die Auslassöffnung des Steigrohres geschlungenen Band oder Wulst als Stopf— buchsdichtung zwischen dem Auslassende des Steigrohres und dem Hohlraum 28 des Gebläses. Eine weitere Ringscheibe 52- dient zum Abstützen der Schaufeln in ihrem Mittelabschnitt. Die

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Ringscheibe 50 ist an einer Nabe 58 befestigt, deren Bohrung 62 in axialer Richtung die Antriebswelle 60 aufnimmt. Die Nabe 58 ist auf geeignete Weise fest mit der Welle 60 verbunden, und zwar beispielsweise mit Hilfe einer Schulter 6k, die auf der Nabe aufliegt, eines durch die Nabe verlaufenden Gewindestiftes 66 sowie eines Splintes 68 und einer Mutter 70, die die Welle und die Nabe miteinander verbinden.

Der Schaumbrecher. 2.6 wird durch die Welle 60 gedreht, die

durch ein geeignetes Lager 72 (Fig. 3) abgestützt ist. Die

Welle 60 wird über eine Kupplung 7k durch einen Motor 78 angetrieben.

Die Vakuumkammer 3k weist einen konischen Boden 80, eine zylindrische Seitenwand 82 und eine konische obere Wand Qk auf. Der Boden 80 dient als zum Auslass 32 führende Abflussrinne und gleichzeitig als Abstandshalter in bezug auf den Schaumbrecher 26. Die obere Wand 8k dient ebenfalls als Abstandshalter für den Schaumbrecher 26. Sie ist ausserdem mit einem Deckel verschlossen, der mittels der üblichen Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben 88 abgedichtet an ihr befestigt ist. Am Deckel 86 ist eine Stützvorrichtung 90 befestigt, die das Lager 72 abstützt. Ausserdem weist der Deckel eine Öffnung auf, welche die Welle 60 und einen geeigneten Dichtungsring 9^ aufnehmen kann, so dass die Vakuumkammer gegen die äussere Atmosphäre gut abgedichtet ist. Die zylindrische Seitenwand 82 ist vom Schaumbrecher 26 ausreichend weit beabstandet, damit die gasförmigen Bestandteile des Schaums aus der Kammer abgezogen werden können, während sich die flüssige Komponente noch in einem dispersen Zustand befindet und in Form diskreter Tröpfchen vom äusseren Rand des Schaumbrechers zur Wand 82 wandert. Wenn die 1 pfchen der Flüssigkeit auf die Wand treffen, dann wird ihr beim Schaumbrecher beginnender Flug unterbrochen, so dass sie an der Wand entlang nach unten fliessen und aufgrund der Schwerkraft durch den Auslass 32 abgeführt werden. Aus dem vorgesehenen Abstand ergibt sich,

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dass sich, eine Flüssigkeitszusammenballung niemals in der . Nähe des Schaumbrechers ergeben kann. Wenn die Wand 82 dicht neben dem Schaumbrecher angeordnet wäre, dann könnte sich die Flüssigkeit auf der Wand zusammenballen, wo sie durch den Schaumbrecher in starke Bewegung versetzt werden würde. Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird jedoch eine Bewegung der Flüssigkeit als zusammengeballter Körper vermieden, d.h. es besteht keine Möglichkeit, dass sich an der Peripherie des Schaumbrechers erneut Schaum bildet. Ausserdem kann die gasförmige Komponente im Bereich der gesamten vertikalen Länge des Schaumbrechers entfernt werden, ohne dass sie durch einen Flüssigkeitskörper in der Nähe des Schaumbrechers oder zwischen dem Schaumbrecher und den umgebenden Wänden perlen muss. Erfindungsgemäss wird vielmehr die gasförmige Komponente aus dem Schaumbrecher derart abgezogen» dass sie dabei um die diskreten Tröpfchen herumströmt. Die Grosse der Tröpfchen ist bestimmt durch die vom Schaumbrecher ausgeübte Energie und die Oberflächenspannung der flüssigen Komponente* Die Tröpfchen können daher nicht vom Gas durchdrungen werden. Hierdurch ist eine Neubildung von Schauin durch Gas, das durch die Flüssigkeit strömt, verhindert.

Wenn die abgetrennte gasförmige Komponente aus der Kammer herausgezogen wird, geht unvermeidbar eine gewisse Menge an Flüssigkeit ebenfalls mit. Diese wird mit Hilfe einer üblichen Abscheidevorrichtung,beispielsweise eines Zyklons 98 (Fig. 1), abgetrennt, der das Gas durch die Leitung "}6 und eine Leitung 96 zugeführt wird, in welchem die mitgerissenen Flüssigkeiten partikel entfernt werden und von welchem das Gas durch eine Leitung 100 zur Vakuumquelle kO gesaugt wird, wo es durch eine Leitung 102 in die Atmosphäre strömt. Ausserdem ist ein Abflussystem vorgesehen, das eine Abflussleitung 104, die an den Auslass 32 der Vakuumkammer angeschlossen ist, eine Abflussleitung 100, die an das Steigrohr angeschlossen ist, und eine Abflussleitung 108 enthält, die an die Abscheidevorrichtung angeschlossen ist. Diese Abflussleitungen führen in eine

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Hauptabflussleitung 110, durch welche die flüssige Komponente zu einem Speicherbecken oder einer weiteren Verarbeitungsstation (nicht gezeigt) geleitet wird.

Da die Einrichtungen, die entwässert werden, hoch über der Auslassöffnung 111 der Hauptabflussleitung 110 angeordnet sind, wirken die verschiedenen Leitungen als Fallröhre, d.h. die Entwässerung erfolgt auf Grund der Schwerkraft der flüssigen Bestandteile,.obwohl trotzdem das erwünschte Vakuum im Schaumbrechersystem aufrechterhalten wird. Obgleich hier Fallrohre dargestellt sind, können auch andere Geräte zum Entwässern, beispielsweise Pumpen, die das erwünschte Vakuum aufrechterhalten, verwendet werden. Die Abflussleitung des Steigrohres ist an einem Punkt angeschlossen, der wesentlich unterhalb der Kammer und dem Abflussrohr des Abschneiders liegt. Da der Schaum wesentlich leichter als seine abgetrennte flüssige Komponente ist, wird der Schaum durch das Vakuum im System leicht im Steigrohr angehoben, wohingegen die Flüssigkeit aus Blasen, die während der Ausdehnung im Steigrohr zerplatzen, im Steigrohr nach unten tropfen und in das Abflusseyetem gelangen.

In Fig. 7 ist ein Regelsystem gezeigt, mittels dem der Schaum im Schaumbecken 10 auf einem erwünschten Niveau oberhalb der Einlasβöffnung 16 gehalten wird. Der Schaum kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Dichten in das Becken eingeführt werden, was von den besonderen Bedingungen desjenigen Prozesses abhängt, durch den der Schaum erzeugt wird. Mit einem Ventil in der Zuführleitung 14 wird der Strom vom Schaumbecken in das Steigrohr gesteuert. Das Ventil selbst wird durch ein Steuerorgan 114 gestellt, das durch einen Differentialdruckfühlor betätigt wird. Dem Fühler werden über pneumatische Leitungen 122 und 124 von Rückdruckfühlern 118 und 120, die im Becken 10 angeordnet sind, Drucksignale zugeführt. Den Rückdruckfühlern 118 und 120 wird von einer gleichen Quelle aus (nicht.gezeigt) Luft zugeführt. Der Rückdruckfühler 118, der unterhalb des

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Schaumspiegel a 126 angeordnet it>t, lässt Luft durch den Schaum perlen. Der Schaum oberhalb des Rückdruckfühlers 118 und der Druck im Becken erzeugen im Druckfühler 118 einen gewissezi Rück- oder Gegendruck. Der Druckfühler 120, der oberhalb des Schaumspiegels 126 angeordnet ist, misst den Druck im Becken. Im Differentialdruckfühler 116 werden die ihm zugeführten Signale differenziert,und die Schaumhöhe w.ird oberhalb des Druckfühlers 118 in Druckeinheiten ermittelt. Hierdurch wird durch eine pneumatische Leitung 128 auf das Steuerorgan 114 ein Signal gegeben, welches proportional zur Höhe und Dichte des Schaums oberhalb des Druckfühlers 118 ist und durch welches das Ventil 112 geöffnet wird, wenn die Schaumhöhe oder -dichte ansteigt,bzw. geschlossen wird, wenn die Schaumhöhe oder die Schaumdichte abnimmt. Auf diese Weise wird ein Niveau aufrechterhalten, das vom Einstellpunkt des Differentialdruckfühlers 1i6 abhängt und gewährleistet, dass ein kontinuierlicher Strom von Schaum aus dem Becken möglich ist.

Im folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben, durch das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Ein Steigrohr aus einer 24 Zoll Röhre, dessen Höhe etwa 11,13 m (36,5 Fuss) beträgt, ist mit einer Kammer verbunden, deren Durchmesser etwa 2,29 m (7,5 Fuss) beträgt. Der Schaumbrecher ist 50,8 cm (20 Zoll) hoch, weist einen äusseren Durchmesser von 88,9 cm (35 Zoll) auf und besitzt 27 Schaufeln, die je etwa 18 χ 48 cm (7x19 Zoll) gross sind, um das Schaufelrad herum gleichförmig beabstandet sind und einen Neigungswinkel zum Radius von 48 aufweisen. Als Antrieb dient ein mit einer Drehzahl von 9OO U.p.M. betriebener, elektrischer 100 PS Motor. Die Vakuumquelle v/eist eine Kapazität von 424,8 l/sec (9OO c.f.in.) bei einem Vakuum von 508 Torr (20 Zoll) auf und wird durch einen elektrischen 5° PS Motor betrieben. Die Anordnung weist eine Kapazität von mindestens 236 l/sec (5OO c.f.m.) für Schaum mit einer Dichte von 0,084 g/cm (0,7 lbs pro Gallone] auf, der pro Minute zu 2280 1 (400 Gallo-

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neu) an flüssiger Komponente mit einer Dichte von O,7>°' έϊ/cin (6,5 lbs pro Gallone) verarbeitet wird. Im Speicherbecken wird oberhalb der Einlassöffnung des Speicherbeckens eine Schaumhöhe aufrechterhalten, die etwa 50,8 cm (20 Zoll) Wasser äquivalent ist. Da der Schaum wesentlich leichter als Wasser ist, ist der wirkliche Schaumkopf wesentlich grosser als 50,8 cm (20 Zoll). Die beschriebene Vorrichtung besitzt eine Schaumbrechkapazität von mindestens zehn dynamischen Ausscheidungsappäraten vom ROTO-CLONE-Typ W, Grosse JA 20. Diese Ausscheidungsapparate (Präzipitatoren) sind im DUST CONTROL BULLETIN No. 274-c der American Air Filter Company, Inc. beschrieben. Obwohl die ROTO-CLONE-Anlagen zum Ausfällen von- Staub aus gasförmigen Trägern bestimmt ist, zumindest bisher, stellen sie die wirksamsten kommerziell erhältlichen Einrichtungen zum Brechen von stabilem Schaum dar. Die Vorrichtung, deren Parameter oben angegeben sind, ersetzt die angegebene Anzahl von ROTO-CLQNE-Anlagen. Obwohl die ROTO-CLONE-Anlagen die besten verfügbaren Einrichtungen sind, sind sie ncht völlig einwandfrei, da grosse Mengen an leichtem Schaum in ihrem Ausfluss zurückbleiben. Mit dein erfindungsgeinäs.->en Schaumbrecher ist es dagegen möglich, den Schaum vollständig bis zur erwünschten Dichte zu zerbrechen. Jede der ersetzten ROTO-CLONEwAnlagen wurde durch einen kO PS Motor betrieben und war-.·.. in manchen Fällen mit korrosionsbeständigen Schaufelbzw. Flügelrädern ausgestattet. Es ergibt sich daher, dass erfahrungsgemäss beim Betrieb für eine Kapazität von 236 l/sec (5OO Kubikfuss pro Minute) mindestens 250 PS gegenüber den üblichen mechanischen Schaumbrechern eingespart werden und dass die Anlage und Wartung wesentlich vereinfacht sind, da mit einer einzigen Vorrichtung der Erfindung etwa zehn übliche Einheiten ersetzt werden können. Ausserdem hau sich ergeben, dass die verschiedenen Parameter proportional verändert werden können, um grössere oder kleinere Kapazitäten zu erreichen, und dass die Kapazität der oben beschriebenen Vorrichtung dadurch vergrössert werden kann, dass man die Kapazität der Vakuumquelle vergrössert.

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Claims

Pa t c η t an s ρ rii c h e

{ 1 .J Verfahren zum Zerbrechen von Schaumblascn in ihre fiüssigen und gasförmigen Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasen aufgeweitet und dann zerbrochen werden, indem man in einem mechanischen Schaumbrecher Schlag- und Scherkräfte auf sie ausübt, dass ferner die vom Schaunibrecher kommende flüssige Komponente in Form diskreter Tröpfchen dispergiert und die gasförmige Komponente entfernt wird, solange sich die flüssige Komponente im dispergierten Zustand befindet, und dass die disperse flüssige Komponente gesammelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum während der Aufwertung der Blasen einem abnehmendem Druckgradienten unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch T oder 2, dadurch gekennzeichne t, dass der Schaum beim Zerbrechen der Blasen im mechanischen Schaumbrecher einer weiteren Druckabnahme unterliegt.

k. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die disperse flüssige Komponente dadurch gesammelt wird, dass in einem vorgewählten, vom Schaumbrecher ausreichend weit beabstandeten Bereich ein '' Flüssigkeitskörper gebildet wird und dass der Abstand dieses Bereiches derart gewählt ist, dass ein Aufwirbeln des Flüssigkeitskörpers durch den mechanischen Schaumbrecher verhindert und die Entfernung der gasförmigen Komponente ermöglicht wird, ohne dass diese den Flüssigkeitskörper durchdringen muss.

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BAD ORIGlHAL

5. Vorrichtung zur DurchTührung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Strömungsieitung (20) für den Schaum mit einem ersten, einen Einlass (i6) aufweisenden Abschnitt (18) und einem zweiten, als Kammer ausgebildeten Abschnitt (3^)» durch dessen einen Auslass (3*0 die gasförmige Komponente und durch dessen anderen Auslass (32) die flüssige Komponente entfernbar ist, ferner durch einen zwischen dem dem Einlass (16) gegenüberliegenden Ende des ersten Abschnitts und dem zweiten Abschnitt gelegenen Übergangsbereich, der zur stromungsmassigen Verbindung der beiden Abschnitte dient und von den Auslässen (32, 3Ö) in der Kammer (3*0 beabstandet ist, ferner durch einen im Übergangsbereich angeordneten mechanischen Schaumbrecher (2υ), dem der Schaum vom ersten Abschnitt (itt) her zuführbar ist, in welchem zum Zerbrechen der Schaumblasen Schlag- und Scherkräfte auf den Schaum ausgeübt werden und von dem die flüssige Komponente in Form diskreter Tröpfchen in den zweiten Abschnitt abgegeben wird, ferner durch eine mit dem einen Auslass (3^) in Verbindung stehenden Vakuumquelle (4o), mittels der längs des Strömungsweges des Schaums, d.h. vom Einlass (i6) bis zu den Auslässen (32, 3*0« ein abnehmender Druckgradi.ent auf recht erhaUbar ist, und durch von mindestens einem Teil der Kammer (3*0 gebildete Prallwände (82), durch welche die Flüssigkeitströpfchen aufgefangen werden, so dass sie von dort zum anderen Auslass (32) fliessen, und welche vom mechanischen Schaumbrecher (26) derart beabstandet sind, dass die gasförmigen Komponenten mittels der Vakuumquelle absaugbar sind, solange sich die flüssige Komponente im dispergierten Zustand befindet.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (18) ein Steigrohr aufweist, das mindestens einen Teil des Strömungsweges zwischen dem Einlass (i6)) und dem Übergangsbereich bildet, so dass wenigstens ein Teil des Schaums einem barometrischen Druckgradienten unterworfen ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch' ein Becken (1O) mit einer Einlassöffnung (12) für den Schaum, einer mit dem Schaumeinlass (16) des ersten Abschnitts (iS) in Verbindung stehenden Auslassöffnung und einer Regeleinrichtung (112 bis 128) zum Aufrechterhalten einer erwünschten Schaumhöhe im Becken oberhalb des Schaumeinlasses (16), durch die eine kontinuierliche Zuführung von Schaum zum Schaumbrecher gesichert ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass der eine Auslass (38) oberhalb des Übergangsbereiches und der andere Auslass (32) unterhalb des Übergangsbereiches angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r ch gekennz e ichne t, dass der Schaumbrecher (26) ein Schaufelrad mit untereinander und bezüglich der Drehachse (kk) des Schaufelrades gleich beabstandeten Schaufeln (30) aufweist, dass durch das Flügelrad ein mit der' Drehachse konzentrischer Hohlraum (28) begrenzt ist, der im Übergangsbereich mit dem ersten Abschnitt (l8) in strömungsmässiger Verbindung steht, und dass Durchgänge zwischen den Schaufeln (30) vorgesehen sind, durch die der Hohlraum (28) mit dem zweiten Abschnitt in strömungsmässiger Verbindung steht.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass zum Abzug
der flüssigen Komponente aus der Kammer (3^) durch Schwerkraft mit dem zweiten Abschnitt ein barometrisches Fallrohrsystem ("\Ok bis 110) verbunden ist, durch das die Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung eines Unterdruckes in der Kammer abziehbar ist.

11. Vorrüitung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad ein Käfigläufer-Gebläserad aufweist oder ist.

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31. Jan. 1969

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