DE19747218B4 - Verfahren zur Gewinnung und Trocknung eines in einer pumpbaren Flüssigkeit enthaltenen Feststoffs - Google Patents

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Abstract

1 , Verfahren zur Gewinnung und Trocknung eines in einer pumpbaren Flüssigkeit enthaltenen Feststoffs, mit
I) einem ersten Behandlungsabschnitt, bei dem die Flüssigkeit einer Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen mit einer Zugaberate kontinuierlich oder chargenweise zugeführt wird, die auf die Verdampfungsrate der Feuchtigkeit abgestimmt ist, wobei eine Anreicherung des Feststoffanteils bei einem durch die Trocknung in der Vorrichtung entstehenden Zwischenprodukt stattfindet und der Feststoff einen konstanten vorgegebenen Feuchtigkeitsanteil aufweist, der unterhalb des kritischen Wertes liegt, bei dem sich eine Zähphase des Zwischenprodukts ausbilden kann;
II) einem zweiten Behandlungsabschnitt, bei dem der Feststoff nach Ende der Zugabe der Flüssigkeit getrocknet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Trocknung eines in einer pumpbaren Flüssigkeit enthaltenen Feststoffs.
  • Es ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 40 1 1 382 A1 sowie DE-OS 2 315 835 bekannt, Feststoffe aus Lösungen zurückzugewinnen, indem die Lösungen eingedampft und getrocknet werden. Gemäß der DE 40 1 1 382 A1 wird eine Aufkonzentrierung des Feststoffs zunächst in einem ersten Strömungsrohr und nachfolgend in einem zweiten Strömungsrohr durchgeführt. An der Innenwandung des zweiten Strömungsrohres wird der Feststoff schließlich abgeschabt, Die DE-OS 2 315 835 lehrt eine Kontrolle und Regelung der Flüssigkeit durch Überwachung der Übersättigung der Flüssigkeit.
  • Unter Trocknung wird das Entfernen von Feuchtigkeit aus der den Feststoff enthaltenden Lösung (Flüssigkeit) durch Verdunsten oder Verdampfen verstanden. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird in der Regel Wärme an die Flüssigkeit und/ oder den Feststoff herangeführt. Zum Eindampfen von Flüssigkeit mit einem geringen Feststoffgehalt und zur Reduzierung des Feuchtigkeitsanteils im nach der Verdampfung angereicherten Feststoff wird die Flüssigkeit in eine geeignete Vorrichtung gepumpt. Dies kann beispielsweise eine zur Feststofftrocknung geeignete Maschine sein, um den Feststoff auf einen geringen Feuchtigkeitsanteil (erdfeucht bis staubtrocken) zu trocknen.
  • Wenn das Verdampfen von Flüssigkeit und das Trocknen des Feststoffs durchgeführt werden, können beim Verfahrensablauf Schwierigkeiten auftreten. Wenn die einen Feststoff enthaltende Flüssigkeit innerhalb einer Vorrichtung erwärmt wird, so kommt es bei Erreichen der Siedetemperatur oft zum Aufschäumen der Flüssigkeit. Ein Überkochen der Flüssigkeit kann nur dadurch verhindert werden, daß die Wärmezuführung reduziert wird. Aus diesem Grund kommt es zu einer Verlängerung der Prozeßdauer. Beim Trocknen des Feststoffs kann eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Umbruchphase (Zähphase) auftreten. Beim Trocknungsvorgang wird der Feststoff durch Mischwerkzeuge bearbeitet. Durch die Ausbildung der Zähphase werden hohe Antriebsleistungen für die Mischwerkzeuge benötigt. Der gesamte Trocknungsvorgang gestaltet sich daher energieaufwendig oder kann in bekannten Schüttguttrocknern deshalb nicht durchgeführt werden, weil der Feststoff oder das Schüttgut in der Umbruchphase von diesen Trocknern nicht bearbeitet werden kann (z.B. zu starke Verklumpungen oder zu große Haftungseigenschaften des zu bearbeitenden Produkts).
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, durch dessen einfache, zeit- und energiesparende Anwendung Feststoffe aus pumpbaren Flüssigkeiten zurückgewonnen werden können, die bei diesem Verfahrensschritt ein Produktverhalten durchlaufen, das unter Anwendung bekannter Verfahrensschritte nur unzureichend oder nicht beherrschbar ist.
  • Dieses technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einer einzigen Vorrichtung durchführbar, in der feststoffhaltige Flüssigkeiten eingedampft und der zurückbleibende Feststoff auf eine beliebige Restfeuchte getrocknet werden.
  • Durch die Abstimmung der Dosierleistung bzw. Abstimmung des Füllgrades in der Vorrichtung auf die Verdampfungsleistung der Vorrichtung weist der Feststoff innerhalb der Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrens stets einen Feuchtigkeitsgehalt auf, der unterhalb des kritischen Feuchtig keitsgehalts liegt, bei dem sich eine Zähphase des Feststoffs ausbilden kann. Durch die kontrollierte Verdampfung von Flüssigkeit in der Vorrichtung und gleichzeitige Zuführung von neuer Flüssigkeit in die Vorrichtung wird vermieden, daß es zu einem unzulässigen Aufschäumen der Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung kommen kann.
  • Durch das Verfahren wird der Feststoff schonend behandelt, so daß die Qualität und/oder Reinheit dieser Feststoffanteile innerhalb der pumpbaren Flüssigkeit nicht beeinträchtigt werden. Man kann beispielsweise ein rieselfähiges, nicht klebendes Feststoffmaterial aus einer pumpbaren Flüssigkeit erhalten.
  • Die zu verdampfende Flüssigkeit wird in die erfindungsgemäße anfänglich leere Vorrichtung gepumpt und dort entsprechend der Verdampfungsleistung der Vorrichtung so stark im Feststoffanteil angereichert, daß ein zu trocknendes Produkt in der Vorrichtung vorliegt, das einen Feuchtigkeitsbestandteil aufweist, der unterhalb einer sich bei der Trocknung einstellenden Zähphase liegt. Das zu trocknende Produkt wird so lange in der Vorrichtung angereichert, bis sich ein Füllungsgrad in der Vorrichtung einstellt, der eine effektive Trocknung auf die gewünschte Produktendfeuchte zuläßt. Ein unzulässiges Aufschäumen der Flüssigkeit in der Vorrichtung und/oder eine in der Vorrichtung zu Verklebungen führende Zähphase des zu trocknenden Produkts werden vermieden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Behandlungsabschnitt gestartet, wenn ein vorgebbarer Füllungsgrad von 35% – 80% in der Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Trocknen erreicht ist. Ist ein Behandlungsraum der Vorrichtung in diesem Ausmaß befällt, so läßt sich das darin befindliche Produkt auf die gewünschte Endfeuchte effektiv trocknen.
  • Bevorzugt ist es, daß die Behandlung der pumpbaren Flüssigkeit in der Vorrichtung unter Vakuum durchgeführt wird. Temperaturempfindliche Güter lassen sich unter Vakuum schonender trocknen, weil die in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe einer geringeren Temperaturbelastung ausgesetzt werden. Es läßt sich durch die Trocknung unter Vakuum auch eine Beschleunigung des Trocknungsverfahrens erreichen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens sind in der Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Trocknen Mischwerkzeuge an einer drehbar gelagerten Welle angebracht. Als Mischwerkzeuge lassen sich vorzugsweise Pflugscharschaufeln oder ähnliche Elemente einsetzen, um das zu trocknende Gut zu durchmischen. Der Trocknungs- bzw. Verdampfungsvorgang wird dadurch noch weiter verbessert. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden innerhalb einer Kontakttrocknung ausgeführt.
  • Der für die Verdampfung und/oder Trocknung benötigte Energieeintrag erfolgt über die Wandbereiche der dafür eingesetzten Vorrichtung.
  • Bei einer anderen Variante wird die Wärmeenergie der durch Verdampfen der Flüssigkeit erzeugten Brüden zurückgewonnen und zur Erwärmung der der Vorrichtung zuzuführenden Flüssigkeit eingesetzt. Die aus der Vorrichtung entweichenden Brüden können einem Wärmetauscher zugeführt werden, um die Wärmeenergie wieder nutzen zu können (z.B. im Heizkreislaufsystem der Vorrichtung und/oder in den mit der Vorrichtung verbundenen Aggregaten). Die bei der Eindampfung entstehen den Brüden werden abgezogen und mittels eines Verdichters auf eine höhere Temperatur und einen höheren Druck gebracht. Mit Hilfe einer nachgeschalteten Kondensation wird Wärmeenergie frei, die für die Beheizung der Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Trocknen eingesetzt werden kann. Die Wärmeenergie kann Bestandteilen des Wärmekreislaufs der Vorrichtung (Druckwasser, Thermo-Ö1, Sattdampf, usw.) zugeführt werden. Aus diesem Grund läßt sich die Wärmebilanz bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich verbessern.
  • Eine weitere Optimierung der Wärmebilanz kann erreicht werden, wenn die Wärmeenergie des Kondensats zurückgewonnen und ebenfalls in den Wärmekreislauf des Verfahrens integriert wird. Das noch heiße Kondensat kann in einem weiteren Wärmetauscher zur Aufheizung der Flüssigkeit verwendet werden, die einer Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Trocknen zugeführt wird.
  • Bei dem zuletzt vorgestellten Verfahrensablauf ist in der Regel keine Zusatzheizung erforderlich, da die zur Verdampfung notwendige Energie zurückgewonnen und für die Beheizung des Wärmekreislaufs eingesetzt wird. Wärmeverluste werden durch die zusätzlich in den Verfahrenskreislauf eingebrachte Verdichterarbeit ausgeglichen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Behandlungsraum der Vorrichtung zum Verdampfen und/oder Trocknen vor dem ersten Behandlungsschritt auf die Betriebstemperatur erwärmt und/oder der Behandlungsdruck von vorzugsweise 20 bis 100 mbar eingestellt. Durch diese Voreinstellung wird das Anfahren der Anlage verbessert und beschleunigt. Je nach Vorerwärmung der Vorrichtung und/oder des Systemdrucks in der Vorrichtung tritt die pumpbare Flüssigkeit überhitzt in den evakuierten und/oder vorgeheizten Vakuum-Trockner ein, wodurch ein Teil der Flüssigkeit bei gleichzeitiger adiabatischer Abkühlung verdampfen kann. Beim Anfahren des Prozesses wird die Vorrichtung durch eine Zusatzheizung auf Betriebstemperatur gebracht.
  • Die zurückgewonnene Wärmeenergie der aus der Vorrichtung abgeführten Brüden kann insbesondere dazu genutzt werden, daß die zu behandelnde Flüssigkeit vor dem ersten Behandlungsabschnitt vor Eintritt in die Vorrichtung zum Verdampfen und/ oder Trocknen erwärmt wird (z.B. durch die Erwärmung des Flüssigkeitsvorratsbehälters).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt für die Behandlung von Kobalt-Suspensionen. Der als Zusatz zu vielen Legierungen bekannte Werkstoff Kobalt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren aus Abwasserlösungen der metallverarbeitenden Industrie zurückgewonnen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einem geschlossenen System durchführbar, so daß das Verfahren auch in Verbindung mit brennbaren, toxischen und/oder leicht entflammbaren Flüssigkeiten mit einem Feststoffanteil genutzt werden kann.
  • Das Verfahren eignet sich zur Eindampfung aller pumpbaren Flüssigkeiten, unabhängig davon, ob der Feststoff oder die Flüssigkeit oder beide den weiterverwendbaren Wertstoff darstellen. Zur Durchführung des Verfahrens können im Stand der Technik übliche Anlagenkomponenten, wie Trockner, Vakuumpumpe, Kondensator etc., eingesetzt werden, wie sie von Feststofftrocknungsanlagen bekannt sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
  • Die einzige Figur zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt, so daß die wesentlichen Merkmale der Erfindung zu erkennen sind.
  • Aus einem Vorratsbehältnis 10 kann eine Flüssigkeit in die Vorrichtung 11 gepumpt werden. Die Flüssigkeit enthält einen oder mehrere Feststoffe. In der Vorrichtung 11 kann die Flüssigkeit verdampft und der Feststoff getrocknet werden. Die Flüssigkeit wird der Vorrichtung 11 über einen Einführstutzen 12 kontinuierlich oder chargenweise in dem Maße zugegeben, wie Flüssigkeit in der Vorrichtung 11 soweit verdampft, daß ein Zwischenprodukt vorliegt, das in einem auf die Verdampfung folgenden Verfahrensschritt getrocknet werden kann. Das Zwischenprodukt wird in der Vorrichtung 11 so lange erzeugt, bis sich in der Vorrichtung 11 ein Füllungsgrad eingestellt hat, der eine effektive Trocknung des Zwischenprodukts zuläßt. Während der Trocknung des Zwischenprodukts ist die Flüssigkeitszufuhr abgestellt. Das zu trocknende Zwischenprodukt kann von Mischwerkzeugen 13, die an einer drehbar gelagerten Welle 14 befestigt sind, bearbeitet werden. Die Welle 14 ist in Stirnseiten 15 lagernd und dreh bar gehalten. Die Mischwerkzeuge 13 bewegen in der Vorrichtung 11 die Flüssigkeit oder das Zwischenprodukt, damit ein guter Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit oder dem Zwischenprodukt und den Wandungen der Vorrichtung 11 gegeben ist.
  • Die durch die Verdampfung von Flüssigkeit entstehenden Brüden können durch eine Auslaßöffnung 16 aus der Vorrichtung 11 abgeführt werden. Ein Verdichter 17 ermöglicht eine Drukkerhöhung der Brüden. Die Brüden werden einem Kondensator 18 zugeführt. Die bei der Kondensation anfallende Wärme wird in Pfeilrichtung 19 dem Heizkreislaufsystem der Vorrichtung 11 zugeleitet. Zum Anfahren der Anlage 20 und während der Endtrocknungsphase des Zwischenproduktes in der Vorrichtung 11 wird eine Zusatzheizung 21 zugeschaltet. Das im Kondensator 18 anfallende Kondensat kann zur Erwärmung des Vorratsbehältnisses 10 genutzt werden.
  • Die Wärmeenergie des Kondensats kann zusätzlich über einen Wärmetauscher 22 an die der Vorrichtung 11 neu zugeführte Flüssigkeit abgegeben werden. Über ein Ventil 23 kann das Kondensat in einen Sammelbehälter abgeleitet werden.
  • In einem ersten Behandlungsabschnitt kann Flüssigkeit aus dem Vorratsbehältnis 10 in einen Behandlungsraum 24 der Vorrichtung 11 einströmen. Es wird dosiert nur jeweils soviel neue Flüssigkeit zugegeben, wie Flüssigkeit aus der Vorrichtung 11 durch Verdampfung entweicht und sich ein Zwischenprodukt ergibt, das einen vorgegebenen Feuchtigkeitsanteil aufweist. Der Feuchtigkeitsanteil des Zwischenprodukts liegt unter einem kritischen Wert, bei dem sich eine Zähphase des Zwischenprodukts ausbilden kann. Wenn ein optimaler Füllgrad der Vorrichtung 11 erreicht ist, wird die Zugabe neuer Flüs sigkeit aus dem Vorratsbehältnis 10 unterbrochen. Das im Behandlungsraum 24 nunmehr ausschließlich vorliegende Zwischenprodukt wird auf eine gewünschte Endfeuchte getrocknet. Ist das Zwischenprodukt getrocknet, so kann das Endprodukt in Pfeilrichtung 25 aus der Vorrichtung 11 entnommen werden.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Trocknung eines in einer pumpbaren Flüssigkeit enthaltenen Feststoffs. In einem ersten Behandlungsabschnitt wird die Flüssigkeit einer Vorrichtung 11 zum Verdampfen und/oder Trocknen mit einer Zugaberate kontinuierlich oder chargenweise zugeführt, die derart auf die Verdampfungsrate abgestimmt ist, daß der Feuchtigkeitsanteil eines sich ergebenden Zwischenprodukts einen vorgegebenen Wert einnimmt. In einem zweiten Behandlungsabschnitt wird das Zwischenprodukt nach Beendigung der Zugabe der Flüssigkeit in die Vorrichtung auf eine ebenfalls vorgegebene Endfeuchte getrocknet. Es wurde ein Verfahren entwickelt, durch dessen einfache, zeit- und energiesparende Anwendung Feststoffe aus pumpbaren Flüssigkeiten zurückgewonnen werden können, die während einer Eindampfphase oder eines Trocknungsprozesses eine Produktzähphase durchlaufen und/oder während der Eindampfphase zum Aufschäumen neigen.

Claims (9)

1 , Verfahren zur Gewinnung und Trocknung eines in einer pumpbaren Flüssigkeit enthaltenen Feststoffs, mit I) einem ersten Behandlungsabschnitt, bei dem die Flüssigkeit einer Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen mit einer Zugaberate kontinuierlich oder chargenweise zugeführt wird, die auf die Verdampfungsrate der Feuchtigkeit abgestimmt ist, wobei eine Anreicherung des Feststoffanteils bei einem durch die Trocknung in der Vorrichtung entstehenden Zwischenprodukt stattfindet und der Feststoff einen konstanten vorgegebenen Feuchtigkeitsanteil aufweist, der unterhalb des kritischen Wertes liegt, bei dem sich eine Zähphase des Zwischenprodukts ausbilden kann; II) einem zweiten Behandlungsabschnitt, bei dem der Feststoff nach Ende der Zugabe der Flüssigkeit getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behandlungsabschnitt gestartet wird, wenn ein vorgebbarer Füllungsgrad von 35 bis 80 % in der Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der pumpbaren Flüssigkeit in der Vorrichtung (11) unter Vakuum durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen Mischwerkzeuge (13) an einer drehbar gelagerten Welle (14) angebracht sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie der durch Verdampfen der Flüssigkeit erzeugten Brüden zurückgewonnen und zur Erwärmung der zu verdampfenden Flüssigkeit eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behandlungsraum (24) der Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen vor dem ersten Behandlungsabschnitt auf die Betriebstemperatur erwärmt wird und/oder im Behandlungsraum (24) ein Behandlungsdruck von vorzugsweise 20 bis 100 mbar eingestellt wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit vor dem ersten Behandlungsabschnitt vor Eintritt in die Vorrichtung (11) zum Verdampfen und/oder Trocknen erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Behandlung von Kobalt-Suspensionen einsetzbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren brennbare Flüssigkeiten behandelt werden können.
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