DE2008646B2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einer Suspension - Google Patents
Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einer SuspensionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einem oder mehreren festen
Stoffen, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, deren spezifisches Gewicht niedriger als dasjenige der
Agglomerate ist, bestehend aus einem langgestreckten zylindrischen Behälter, der am einen Ende einen Einlaß
zum Zuführen einer Suspension und gegebenenfalls einen oder mehrere Einlasse zum Zuführen eines oder
mehrerer Hilfsstoffe sowie am anderen Ende einen Auslaß zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomeraten
und der eine Rührvorrichtung aufweist, auf deren zum Behälter koaxialen Rührwelle in Längsrichtung
mehrere Rührelemente befestigt sind.
Im folgenden bezeichnet der Ausdruck »feste Stoffe« auch plastische und/oder verformbare Stoffe, die sich
bei der in der Agglomeriervorrichtung herrschenden Temperatur nicht im flüssigen Zustand befinden.
In der technischen Praxis wird das Agglomerieren von in einer Flüssigkeit suspendierten festen Stoffen
häufig angewendet, da diese Stoffe dann in einer Form erhalten werden können, die es ermöglicht, sie leicht
von der Flüssigkeit zu trennen. Dieses Verfahren kann zu verschiedenen Zwecken angewendet werden, z. B.
um die Flüssigkeil oder die suspendierten Stoffe in einer möglichst reinen Form zu gewinnen. Ferner ist es
möglich, verschiedene in einer Suspension enthaltene feste Stoffe voneinander zu trennen. Häufig wird der
Agglomerationsvorgang in der Gegenwart eines oder mehrerer Granulierhilfsstoffe durchgeführt, z. B. in
Gegenwart eines Bindemittels, das das Entstehen der Agglomerate fördert, oder Stoffe, die die Affinität der
Teilchen des festen Stoffs bzw. der festen Stoffe in Beziehung zu der Suspensionsflüssigkeit oder einem
ebenfalls beigefügten Bindemittel beeinflussen.
Beim Agglomerieren ist es wichtig, daß die in der Agglomeriervorrichtung enthaltene Flüssigkeit eine
große Menge von bereits gebildeten Agglomeraten enthält. Hierdurch wird die Agglomeration von neu
zugeführten festen Stoffen gefördert. Es hai sich gezeigt, daß eine bestimmte Konzentration von
Agglomeraten, die schwerer sind als die Suspensionsflüssigkeit in der Vorrichtung nur aufrechterhalten
werden kann, wenn besondere Maßnahmen getroffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Agglomeriervorrichtung zu schaffen, die es auf einfache
Weise ermöglicht, den Ablauf des Agglomeriervorgangs zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der eingangs genannten Vorrichtung vorgesehen, daß in der Nähe
mindestens eines der Rührelemente, jedoch höchstens in die Nähe der halben Anzahl der Rührelemente und auf
deren in der Strömungsrichtung weisenden Seite ein ringförmiges Umlenkorgan vorgesehen ist, das sich im
rechten Winkel zur Längsachse des Behälters erstreckt und dessen Innenwand angepaßt ist. Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das bzw. jedes Umlenkorgan kann in Form einer
flachen Platte ausgebildet sein und soll sich der Behälterwand der Vorrichtung so eng wie möglich
anpassen, so daß keine Flüssigkeit in der Abgaberichtung zwischen der Wand und dem Umlenkorgan
hindurchströmen kann.
Als sehr zweckmäßig haben sich Turbinenrührer
erwiesen, bei denen die Rührwirkung durch Flügel erzeugt wird, die eine kreisrunde Anordnung bilden und
sich jeweils parallel zu der Welle der Rührvorrichtung erstrecken. Solche Rührelemente übertragen kinetische
Energie mit einer großen radialen Komponente auf das aus der Flüssigkeit, dem Feststoff und den Agglomeraten
oder Klumpen bestehende Gemisch. Wenn man die Umlenkorgane so einbaut, daß sie in Strömungsrichtung
kurz hinter dem zugehörigen Rührelement angeordnet sind, besteht Gewähr dafür, daß dem Gemisch auf der
der Strömung zugewandten Seite des Umlenkorgans eine erheblich größere kinetische Energie zugeführt
wird als auf der in die Strömungsrichtung weisenden Seite. Hierbei werden einerseits die Agglomerate vor
dem Umlenkorgan zu der Wand geleitet und nahe der Wand in Richtung auf das Eintrittsende des Behälters
umgelenkt, so daß sie in dem vor dem Umlenkorgan liegenden Abschnitt der Vorrichtung verbleiben. Andererseits
ist auf diese Weise auf die Flüssigkeit eine Pumpwirkung in Richtung auf das tintrittsende
ausgeübt und wegen dieser Pumpwirkung kann das Gemisch zu dem vor dem Umlenkorgan liegenden
Abschnitt durch die zentrale Öffnung des Umlenkorgans hindurch zurückströmen, wobei einer axialen
Durchmischung von Flüssigkeit zwischen durch ein Umlenkorgan getrennten Abschnitten der Vorrichtung
entgegengewirkt wird und wobei die Streuung der Verweilzeit der Flüssigkeit verringert wird. Agglomerate,
die schwerer sind als die Flüssigkeit, sammeln sich in erster Linie an der Behälterwand der Vorrichtung.
Dadurch, daß einer axialen Strömung längs der Wand entgegengewirkt wird, wird somit verhindert, daß
Agglomerate in Richtung auf das Austrittsende der Vorrichtung entlang der Wand transportiert werden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, größere Agglomerate oder Zusammenballungen zu
erzeugen, die eine höhere mechanische Festigkeit haben; wenn ein Bindemittel benötigt wird, um die
Agglomeration einzuleiten, kommt man daher gemäß
der Erfindung mit einer kleineren Menge des Bir.demittels
aus. Wegen der sich einstellenden höheren Konzentration der Agglomerate erfolgte eine vollständigere
Agglomerierung, und man kann eine reinere flüssige Phase erhalten; teilweise deshalb, weil die axiale
Durchmischung eingeschränkt wird, kann man in vielen Fällen in der Vorrichtung eine erheblich größere Menge
der Suspension behandeln, so daß sich die Durchsatzleistung der Vorrichtung erhöht.
Wenn der Durchmesser der Welle z. B. gleich dem 0,25- bis 0,50fachen des Durchmessers des Behälters ist,
kann die Welle erheblich dazu beitragen, daß kinetische Energie auf das Gemisch übertragen wird.
Das Ausmaß, bis zu welchem die Konzentration der Agglomerate in dem Raum auf der der Strömung
zugewandten Seite eines Umlenkorgans erhöht wird, hängt hauptsächlich von der Breite des Umlenkorgans
und der kinetischen Energie, die dem Gemisch durch das dem Umlenkorgan zugeordnete Rohrelement zugeführt
wird, ab.
In vielen Fällen läßt sich eine genügend hohe
Konzentration der Agglomerate erzielen, wenn die in radialer Richtung gemessene Breite der Umlenkorgane
höchstens 25% des Durchmessers der Vorrichtung beträgt. In diesem Fall verbleibt in der Mitte der
Vorrichtung ein ausreichender Raum, der es den hi Agglomeraten und der Flüssigkeit ermöglicht, zum
Abgabeende der Vorrichtung zu strömen. Wenn mehrere Umlenkorgane vorgesehen sind, kann man
z. B. durch ein allmähliches Verkleinern der Breite der Umlenkorgane in der Slrömungsrichtung erreichen, daß
sich eine allmähliche Verringerung der Konzentration ergibt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen einem Rührelement und dem ihm zugeordneten
Umlenkorgan höchstens gleich der doppelten Breite des betreffenden Umlenkorgans ist. Durch eine solche
Anordnung wird das Umlenken der Agglomerate in Richtung auf das Eintrittsende der Vorrichtung
gefördert. Dieser Umlenkvorgang wird außerdem günstig beeinflußt, wenn die Kanten oder Ecken
zwischen den Umlenkorganen und der Wand des Behälters auf der der Strömung zugewandten Seite
und/oder der in die Strömungsrichtung weisenden Seite abgerundet sind.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rührelemente, in deren Nähe ein Umlenkorgan angeordnet ist, nahe der
Welle mit öffnungen versehen sind. Hierdurch wird das Hindurchströmen von Flüssigkeit durch die Vorrichtung
gefördert, und außerdem können bei dieser Anordnung Gase, die sich nahe der Mittelachse der Vorrichtung
ansammeln, leichter abgeführt werden.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn in der Nähe von zweien der in der
Vorrichtung vorgesehenen Rührelementen je ein Umlenkorgan angeordnet ist, so daß die beiden
Umlenkorgane den Innenraum des zylindrischen Behälters in drei Zonen unterteilen, wobei in jeder der beiden
dem Eintritlsende benachbarten Zonen mindestens drei Rührelemente und in der dem Austrittsende benachbarten
Zone mindestens ein Rührelement angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform kann in der gesamten
Vorrichtung eine genügend hohe Konzentration der Agglomerate erzielt werden, und in der Nähe des
Eintrittsendes ist es möglich, den zugeführten Strom z. B. mit einem Hilfsstoff gründlich zu mischen.
Der Durchmesser des im wesentlichen zylindrischen Behälters kann sich jeweils in der Strömungsrichtung
hinter jedem Umlenkorgan von einem verhältnismäßig großen Wert auf der Eintrittsseite auf einen verhältnismäßig
kleinen Wert auf der Austrittsseite auf eine solche Weise verkleinern, daß der Durchmesser eines
Behälterabschnitts, der in der Strömungsrichtung hinter einem Umlenkorgan liegt, vorzugsweise größer bleibt
als der Durchmesser der Öffnung des betreffenden Umlenkorgans. Hierdurch wird sichergestellt, daß die
Konzentration der Agglomerate, die sich bereits gebildet haben, in der Strömungsrichtung abnimmt.
Die Erfindung ist an Ausführungsbeispielen an Hand einer Zeichnung näher erläutert, die zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Agglomeriervorrichtung,
F i g. 2 und 3 jeweils eine Queransicht längs der Linie A-A' in Fig.1 auf zwei verschieden ausgeführte
Rührelemente,
Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Agglomeriervorrichtung,
F i g. 5 und 6 einen Längsschnitt und eine Queransicht längs der Linie B-B' in Fig. 5 einer weiteren
Ausfiihrungsform einer Agglomeriervorrichtung gemäß der Erfindung.
Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung hat einen
Behälter 1, eine darin gelagerte Welle 2, eine Rohrleitung 3 zum Zuführen einer zu agglomerierenden
Suspension, eine Rohrleitung 4 zum Zuführen eines
Hilfsstoffs sowie eine Rohrleitung 5 zum Abführen von
Flüssigkeit und Agglomerated. Mit Hilfe eines Siebes 6 können die Agglomerate von der Flüssigkeit getrennt
werden. Die Flüssigkeit wird über einen Trichter 7 abgegeben, während die Agglomerate über einen
weiteren Trichter 8 abgeführt werden. Die Welle 2 trägt mehrere Rührelcmente 9, in Strömungsrichtung hinter
zwei Rührelementen 9 ist in der Nähe jedes dieser beiden Rührelemente ein Umlenkorgan 10 bzw. 11
angeordnet. Eine Ausführungsform eines Rührelements 9 ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Rohrelement umfaßt
eine Scheibe 12, an der sechs flache Flügel 13 befestigt sind. Das Umlenkorgan 11 hat eine Öffnung, deren
Durchmesser annähernd gleich dem Außendurchmesser des ihm am nächsten benachbarten Rührelemcnts ist.
Bei dieser Vorrichtung hat das von dem Eintriitscnde
weiter entfernte Uinlenkorgan Il eine kleinere Breite als das dem Eintrittsende näher benachbarte Umlenkorgan
10.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsforni eines Rührelements ist in F i g. 3 dargestellt. In diesem Fall
trägt die Welle 2 sechs gekrümmte Rührflügel 14, und der Durchmesser der zentralen öffnung des Umlcnkorgans
15 ist kleiner als der Außendurchmesser des Rührclementcs.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsforni einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der der Durchmesser der Welle 16 etwa 40% des Durchmessers der Vorrichtung
entspricht.
Die Suspension wird der Vorrichtung über eine Rohrleitung 17 und durch in der Welle ausgebildete
Öffnungen 18 zugeführt. Ferner ist eine Rohrleitung 4 zum Zuführen eines Hilfssloffs vorgesehen. Die Welle
16 Irägl Rührelemcnte 19. Ein weiteres Rührelement 21
ist in der Strömungsrichtung vor einem Umlenkorgan 20 angeordnet. Die Ecken zwischen dem Uinlenkorgan
20 und der Wand des Behälters 1 sind auf beiden Seiten des Umlcnkorgans abgerundet.
Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform hat der in der Strömlingsrichtung vor einem Umlenkorgan 22
liegende Abschnitt, der von einer Wand 23 umschlossen ist. einen größeren Durchmesser als der in der
Strömungsrichtung hinter dem Umlenkorgan 22 liegende, von einer Wand 24 umschlossene Abschnitt. Die eine
Ecke zwischen dem Umlenkorgan 22 und der Wand 23 ist abgerundet. In der Strömungsrichtung vor dem
Austrittsendc ist ein zweites Umlenkorgan 25 vorgesehen. Am Austrittsende, wo die Vorrichtung von einer
Wand 26 umschlossen ist, ist der Durchmesser der Vorrichtung gleich dem Durchmesser der öffnung des
Umlenkorgans 25. Über Öffnungen 27 in der Wand einer einen Teil der Welle bildenden Kammer 28 und
das aus dem Behälter nach außen geführte Ende 29 der Welle kann eine Flüssigkeit und/oder ein Gas abgeführt
werden. Die Austrittsleitung 5 dient zum Abführen von Flüssigkeit und Agglomerated Die Abmessungen der
Rührelcmente verkleinern sich in Richtung auf das Austrittscnde der Vorrichtung. Gemäß F i g. 5 haben die
Rührelcmente 34 größere Flügel als das Rührelcmcnt 30, und die Rührelementc 35 haben kleinere Flügel als
ίο das Rührelement 30.
Das Rohrelement 30 umfaßt gemäß Fig. 6 eine
Scheibe 31, die Flügel 32 trägt und mit Öffnungen 33 versehen ist. Die übrigen Rührclemente können von
• ähnlicher Konstruktion sein oder den an Hand von
F i g. 2 und 3 beschriebenen ähneln.
Mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 wurden Versuche durchgeführt; diese Vorrichtung hatte eine
Länge von 900 mm und einen Durchmesser von 150 mm.
In der Vorrichtung waren zwei Umlenkorgane in einem Abstand von 300 mm bzw. 750 mm vom Eintrittsende
angeordnet. Die Umlenkorgane hatten eine Breite von 27 mm. In der Strömungsrichtung vor dem ersten
Umlenkorgan waren sechs Rührelemenie vorgesehen, und zwar vier Elemente zwischen den Umlenkorgancn
und zwei Elemente auf der dem Austrittsende benachbarten Seite. Wenn man als Ausgangsmaterial
eine Suspension von Kohlepulvcr mit einer Teilchengröße von weniger als 0,) mm im Querschnitt unter
Verwendung von schwerem Heizöl als Bindemittel ausging, erhielt man bei einer Temperatur von 500C
harte pelletförmige Agglomerate mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm. Die benötigte Menge des
Bindemittels betrug 15 Gewichtsprozent der Agglomerate. Die Verweilzeit der Agglomerate in der Vorrichtung
betrug 20 min und diejenige der Flüssigkeit 6 bis 7 min. Das Gemisch enthielt Agglomerate in einer Menge
von etwa 40 Gewichtsprozent.
Um einen Vergleich zu ermöglichen, wurde ein entsprechender Versuch durchgeführt, bei dem die
gleiche Vorrichtung, jedoch ohne die Umlenkorgane, benutzt wurde. Bei diesem Versuch wurden weiche
Agglomerate mit einem Durchmesser von nur 0,5 bis 2 mm erhalten, die benötigte Bindemittelmengc betrug
25%, und sowohl die Agglomerate als auch die Flüssigkeit verblieben 20 min lang in der Vorrichtung. In
diesem Fall enthielt das Gemisch nur etwa 10 Gewichtsprozent an Agglomerated
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Agglomeraten aus einem oder mehreren festen Stoffen, die in einer
Flüssigkeit suspendiert sind, deren spezifisches Gewicht niedriger als dasjenige der Agglomerate ist,
bestehend aus einem langgestreckten, zylindrischen Behälter, der am einen Ende einen Einlaß zum
Zuführen der Suspension und gegebenenfalls eine to oder mehrere weitere Einlasse zum Zuführen eines
oder mehrerer Hilfsstoffe sowie am anderen Ende einen Auslaß zum Abführen von Flüssigkeit und
Agglomeraten und eine Rührvorrichtung aufweist, auf deren zum Behälter gleichachsigen Rührwelle in
Längsrichtung mehrere Rührelemente befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter
(1) in der Nähe mindestens eines der Rührelemente (9; J9, 21; 30, 34, 35), jedoch höchstens in der Nähe
der halben Anzahl der Rührelemente und auf deren in die Strömungsrichtung weisenden Seite ein
ringförmiges Umlenkorgan (10, 11, 15; 20; 22, 25) vorgesehen ist, das sich im rechten Winkel zur
Längsachse des Behälters (1) erstreckt und dessen Innenwand angepaßt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die in radialer Richtung gemessene Breite der Umlenkorgane (10, 11, 15; 20, 22, 25)
höchstens 25 % des Durchmessers des Behälters (1) entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umlenkorgane (10,11,
15, 20, 22, 25) vorgesehen sind und die Breite der Umlenkorgane in der Slrömungsrichtung allmählich
abnimmt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
einem Rührelement (9, 19, 21, 34, 32, 35) und dem zugehörigen Umlenkorgan (10,11, 20, 22) höchstens
gleich dem Zweifachen der Breite des betreffenden Umlenkorgans ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken zwischen
den Umlenkorganen (20, 22) und der Wand (23) des Behälters (1) auf der der Strömung zugewandten
Seite und/oder der in die Strömungsrichtung weisenden Seite abgerundet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührelemente (30),
in deren Nähe ein Umlenkorgan (22) angeordnet ist, so
nahe der Welle mit öffnungen (33) versehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe von zwei
der in der Vorrichtung vorgesehenen Rührelemente (9) jeweils ein Umlenkorgan (10, 11) angeordnet ist,
das den Innenraum des zylindrischen Behälters (1) in drei Zonen unterteilt, daß in jeder der beiden dem
Eintrittsende der Vorrichtung benachbarten Zonen mindestens drei Rührelemente (9) vorgesehen sind
und daß mindestens ein Kührelement (9) in der dem Austrittsende benachbarten Zone angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser
der Wände (23, 24) des Behälters (1) jeweils in Strömungsrichtung hinter einem Umlenkorgan (22, t>5
25) von einem verhältnismäßig großen Wert auf der dem Eintrittsende zugewandten Seite auf einen
verhältnismäßig kleinen Wert auf der dem Austritts
ende zugewandten Seite verkleinert.
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