DE2061460B2 - Vorrichtung zum Dispergieren von Teilchenmaterial - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Dispergieren von Teilchenmaterial in einer Flüssigkeit mit einem einen axialen Durchlaß aufweisenden Zylinder, mit einer im oberen Bereich des Zylinders vorgesehene Teilchenmaterialzuführung, aus der das Teilchenmaterial im freien Fall in den Zylinder gelangt, wobei die Längsachse des Zylinders gegenüber der Senkrechten geneigt ist, und mit einem tangential nahe der Teilchenmaterialzuführung angeschlossenen Flüssigkeitszuführrohr (GB-PS 9 79 675). Im Bereich der Flüssigkeitszuführung bildet sich hierbei ein Grenzbereich aus, dessen einer Teil von dem durch die Flüssigkeit gebildeten Flüssigkeitsfilm benetzt ist und dessen anderer Teil nicht benetzt ist. In diesen Grenzbereich auftreffendes Teilchenmaterial wird daher agglomerieren und nicht mit Sicherheit fortgeschwemmt werden. Dies führt zu einer Verstopfung des Durchlasses des Zylinders. Weiterhin treten auch hier bei höherer Geschwindigkeit der Flüssigkeitszuführung die oben geschilderten Probleme des Versprühens und der Wirbelbildung auf.

Zum Dispergieren von Teilchenmaterial, wie z.B. Polyacrylamid, das als Ausflockungsreagenz bei der Behandlung von Kohle Verwendung findet, ist es bekannt, das Polyacrylamid von Hand in einen sich langsam bewegenden Wasserstrom nahe dem Strudel eines Mischtankes einzustreuen. Dieses Verfahren ist zeitraubend, insbesondere wenn derartige Gemische häufig hergestellt werden müssen. Weiterhin wird hierbei das Polyacrylamid häufig verschwendet, da einige der Teilchen agglomerieren und dann für Ausflockungszwecke unwirksam werden. Die genaue Konzentration des Gemisches ist hierbei normalerweise nicht bekannt, da es schwierig ist, die durch Agglomeration verlorene Menge des Polyacrylamide abzuschätzen. Die entstehenden Agglomerate können weiterhin zur Verstopfung der Zuführungsleitungen von den Mischoder Ausflockungskammern führen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum

Dispergieren von Polyacrylamid in Wasser wird das Material in Zeitabständen durch eine Öffnung durch einen sich schnell bewegenden Wasserstrom in Berührung mit der Öffnung eingesogen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Teilchen nahe der Öffnung benetzt werden und agglomerieren, während kein Wasser fließt, so daß die Öffnung völlig oder teilweise verstopft wird, wodurch wiederum der Wiederbeginn des Materialstromes verhindert oder behindert werden kann.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Dispergieren von Teilchenmaterial wird eine Flüssigkeit durch eine lange schmale Düse tangential in eine vertikal angeordnete zylindrische Kammer eingeführt (FR-PS 14 18 903). Hierdurch wird ein die gesamte Innenwandung der Kammer benetzender Flüssigkeitsfilm erzeugt, der schraubenlinienförmig nach unten fließt Das Teilchenmaterial wird hierbei unter Einwirkung der Schwerkraft von oben in die zylindrische Kammer zugeführt Am unteren Ende ist die Kammer konisch nach innen laufend vei jungt und weist einen feststehenden Stromstörer auf, so daß ein Dispergieren des Teilchenmaterials erst in diesem unteren Bereich der Kammer stattfindet Diese Vorrichtung arbeitet jedoch nur bei verhältnismäßig niedrigen Speisedrücken, die eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsfilmes in der Kammer nach sich ziehen, da bei höheren Speisedrücken ein Versprühen und eine Wirbelbildung der Flüssigkeit an der Innenwandung der Kammer auftritt, die eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erlaubende, gleichförmige Strömung verhindert Ein Versprühen der Flüssigkeit in der Kammer ist jedoch nachteilig, da das Teilchenmaterial vor dem Zusammentreffen mit dem Flüssigkeitsfilm bereits angefeuchtet wird und hierbei agglomeriert.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Dispergieren von Teilchenmaterial wird eine senkrecht stehende zylindrische Kammer mit einem sich von oben nach unten verjüngenden Querschnitt verwendet Die Flüssigkeit wird hierbei tangential im oberen Bereich der Kammer eingeleitet, wobei je nach Strömungsgeschwindigkeit die einzelnen Flüssigkeitspartikel aufgrund der Schräge der Kammerwandung anfänglich in spiralige; Bewegung nach oben wandern, um anschließend nach einer durch die innere Flüssigkeitsreibung verursachten Verlangsamung nach unten zu wandern. Das Teilchenmaterial wird senkrecht von oben unter Einwirkung der Schwerkraft in die zylindrische Kammer gegeben und trifft aufgrund dir Schrägung der Zylinderwandung auf den von der Flüssigkeit gebildeten Flüssigkeitsfilm auf. Auch hier tritt bei größerer Zufuhrgeschwindigkeit der Flüssigkeit ein Versprühen auf, welches die oben geschilderten Nachteile mit sich bringt. Außerdem ist die anfängliche Aufwärtsbewegung der Flüssigkeitsteilchen bei höherer Zufuhrgeschwindigkeit der Flüssigkeit nachteilig, da sich im oberen Bereich ein Stau bilden kann. Aus diesem Grunde ist dort auch ein Überlaufrohr vorgesehen (DE-AS 11 79 913).

Ausgehend von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 liegt die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung zum Dispergieren von leicht agglomerierendem Teilchenmaterial so auszubilden, daß sichergestellt ist, daß Teilchematerial nur auf einen ausgebildeten Flüssigkeitsfilm fällt und nur in einer Richtung ausgetragen wird. Diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird dadurch gelöst, daß an das obere Ende des Zylinders eine zylindrische Kammer mit relativ zum Durchmesser

des Zylinders größeren Durchmessers angeschlossen ist, und daß die Flüssigkeitszuführung tangential zur Innenwand der Kammer angeordnet ist

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß der Flüssigkeit vor Aufleitung auf die Zylinderwandung bereits eine spiralige Bewegung erteilt wird, so daß ein Versprühen oder eine Verwirbelung der Flüssigkeit abgeklungen ist, bevor sie den Zylinder erreicht. Die einzelnen Flüssigkeitspartikel durchlaufen hierbei mehrfach die zylindrische Kammer und wandom unter Zunahme ihrer tangentialen Geschwindigkeit nach innen auf die Achse der Kammer zu, wobei sich eine gleichmäßige Strömung hoher Geschwindigkeit einstellt und gelangen dann über die zwischen der Kammer und dem Zylinder gebildete Kante in den Zylinder. Da in dem Zylinder die Probleme des Versprühens nicht mehr auftreten, kann der Flüssigkeitsfilm in dem Zylinder eine höhere Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, so daß das Teilchenmaterial sehr schnell weggeschwemmt wird und cne einzelnen Materialteilchen nicht in gegenseitigen Kontakt geraten können. Weiterhin bedingt die große Strömungsgeschwindigkeit auch große Geschwindigkeitsdifferenzen in dem Flüssigkeitsfilm zwischen seiner inneren und äußeren Oberfläche, wodurch innerhalb des Filmes große Schwerkräfte erzeugt werden. Dies führt zu einer besseren Durchmischung.

Durch die im Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich erreicht, daß die Kammer gegenüber der Teilchenmaterialzuführeinrichtung abgeschirmt ist und so ein frühzeitiges unerwünschtes Benetzen des Teilchenmaterials durch die Flüssigkeit verhindert wird.

Im folgenden wird die Vorrichtung nach der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 von F i g. 1,

F i g. 3 den Aufbau einer Anlage unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In den F i g. 1 und 2 ist die gesamte Vorrichtung 2 mit einer zylindrischen Kammer 4 dargestellt Die Kammer 4 weist eine tangential angeordnete Flüssigkeitszuführung 6 auf, wobei ein Zylinder 8 kleineren Durchmessers den Auslaß von der Kammer 4 bildet. Ein zylindrischer Rohrstutzen 10 erstreckt sich von der Wandung der Kammer 4 von dem Zylinder 8 abgesetzt bis in den Zylinder 8 hinein.

Beim Betrieb der Vorrichtung 2 wird Wasser relativ hohen Druckes durch die Flüssigkeitszuführung 6 eingelassen, von wo es sich unter Zunahme seiner Geschwindigkeit nach innen in der Kammer 4 bewegt, bis es den Zylinder 8 erreicht. Anschließend fließt die Flüssigkeit um die Innenwandung des Zylinders 8 in Form eines sich schnell bewegenden Filmes, der die gesamte Oberfläche der Zylinderwandung bedeckt. Der Film wird an der Innenwandung durch starke Zentrifugalkräfte gehalten und an der Innenwandung des Zylinders 8 entlang bewegt, wenn mehr Wasser der Vorrichtung 2 zugeführt wird. Wegen der großen Unterschiede in der Geschwindigkeit in der Flüssigkeit zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche des Filmes werden innerhalb des Filmes große Schwerkräfte erzeugt. Die zylindrische Kammer 4 weist einen genügend großen Durchmesser auf, um zu gewährleisten, daß wegen des Einlasses erzeugte Turbulenzen in der Zeit, bis das Wasser den Zylinder 8 erreicht, abgeklungen sind. Der innenliegende zylindrische Rohrstutzen 10 bildet einen Schutz, der gewährleistet, daß kein Wasser in Richtung des Mittelpunktes der Vorrichtung verspritzt wird, wobei der Rohrstutzen 10 in alternativen Ausführungsformen der Erfindung entbehrt werden kann. Während des Betriebes ist die Lage der Mittelachse der Vorrichtung 2 gegenüber der Senkrechten geneigt

ίο In F i g. 3 ist die Vorrichtung 2 in einer Arbeitslage veranschaulicht und bildet einen Teil einer selbsttätig gesteuerten Anlage zum Mischen von Polyacrylamid mit Wasser vor dem Weiterleiten zu einem nicht dargestellten Vorratstank eines Ausflockungstankes einer Kohleaufbereitungsanlage. Die in Fig.3 dargestellte Anlage und deren Arbeitsweise ist nicht Gegenstand der Erfindung. Die Anlage nach F i g. 3 und deren Beschreibung soll lediglich die Einbaulage und die Zuführung der Teilchen erläutern.

Die Anlage besteht aus einem Mischtank 12 mit einem in der Mitte liegenden Flügelrad 14, das unterhalb eines Verteilerrohres 16 angeordnet ist und einem Auslaßrohr 18, das durch ein Ventil 20 gesteuert wird. Der Tank weist eine Wassereinlaßleitung 22 auf, die durch ein Ventil 24 gesteuert und von einem Vorlaufbehälter konstanter Fallhöhe (nicht dargestellt) gespeist wird und eine Einlaßleitung 26 für das Ausflockungsreagenz. Die Einlaßleitung 26 ist an den Zylinder 8 der geneigten Vorrichtung 2 angeschlossen, zu der der Wasserzustrom durch ein Ventil 28 in der Flüssigkeitszurührung 6 gesteuert wird.

Der Vorrichtung 2 wird mittels einer Schwingrinne 30 Polyacrylamid zugeführt, wobei das Material im freien Fall von der Rinne einfällt, um zu gewährleisten, daß die Teilchen getrennt werden. Gleichfalls bewegen sich die Teilchen durch atmosphärische Luft, die trocken genug ist, um zu verhindern, daß die Materialteilchen feucht werden und so eine nicht dispergierbare Masse auf der Rinne bilden. Hierdurch wird ein Verstopfen der

Schwingrinne 30 vermieden.

Da jedes Polyacrylamidteilchen auf die sich mit großer Geschwindigkeit bewegende innere Oberfläche des Wasserfilmes fällt, wird es schnell durch die Flüssigkeit von dem Aufschlagpunkt weggerissen, ehe das nächstfolgende Teilchen mit dem Wasser in Berührung kommt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Teilchen, während sie miteinander in Berührung stehen, angefeuchtet werden und somit wird eine Agglomeration der Teilchen vermieden.

Sofort bei der Berührung mit dem Wasser wird jedes Teilchen in das Wasser durch Wirkung der Massenträgheit des sich bewegenden Teilchens und durch die Zentrifugalkraft gezogen. Die in dem Film erzeugten Schwerkräfte üben eine Wirkung auf das Teilchen aus und versuchen, es zu drehen und gewährleisten so, daß die gesamte Oberfläche des Teilchens angefeuchtet wird, ehe das Teilchen die Vorrichtung 2 verläßt

Die Rinne wird von einem kleinen Aufgabetrichter 32 beschickt. Die Polyacrylamidmenge in dem Aufgabe trichter 32 wird durch eine Meßtasche 34 bestimmt, die obere und untere Mündungen 36 bzw. 38 aufweist Die Meßtasche 34 wird von einem großen Vorratsbehälter 40 mit Polyacrylamid beschickt.

Die Anlage arbeitet in der folgenden Weise:

Über eine Steuervorrichtung 50, die elektrisch mit sämtlichen Bedienungselementen der Anlage verbunden ist, wird dafür gesorgt, daß die entsprechende Wassermenge in dem Vorratstank zum richtigen

Zeitpunkt vorhanden ist. Ab einem bestimmten Wasserstand in dem Vorratsbehälter wird das Ventil 28 geöffnet, um zu bewirken, daß Wasser in die Vorrichtung 2 ein- und durch den Zylinder 8 und das Rohr in den Mischtank ausfließt. Durch gleichzeitiges Drehen des Flügelrades 14 wird bewirkt, daß das Wasser in den Mischtank 12 umläuft und gleichzeitig einen Luftstrom nach unten in die Mitte des Tankes durch das Rohr einzieht. Die Luft wird dann in das Wasser in dem Tank 12 dispergiert. Der Luftstrom in dem Rohr ist derart, daß, wenn Polyacrylamid in die Vorrichtung 2 aufgegeben wird, der Luftstrom relativ kleine Teilchen von Polyacrylamid in den Tank trägt und so Teilchenverluste verhindert. Die relativ großen Poiyacryiamidteiichen jedoch werden im wesentlichen nicht durch den Luftstrom beeinflußt und fallen frei auf den Flüssigkeitsfilm in dem Zylinder 8.

Die Steuervorrichtung 50 öffnet dann die Mündung 38 der Meßtasche 34, wodurch eine vorbestimmte Menge von Polyacrylamid in den Aufgabetrichter 32 einfallen kann. Dann wird die Schwingrinne 30 gestartet, um so die vorbestimmte Polyacrylamidmenge in die Vorrichtung 2 zu fördern. Das Polyacrylamid wird langsam längs der Rinne 30 gefördert und kann im freien Fall auf den sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Wasserfilm gelangen, der in der Vorrichtung 2 um den Zylinder 8 und an diesem nach unten umläuft. Diese Art der langsamen Förderung im freien Fall gewährleistet, daß die Polyacrylamidteilchen voneinander getrennt werden, ehe sie den sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Wasserfilm erreichen und benetzt werden. Auf diese Weise werden die Teilchen in dem Wasser dispergiert und eine Agglomeration verhindert.

Wenn eine genügend große Zeitspanne verstrichen ist, um zu gewährleisten, daß der Aufgabetrichter 32 und die Rinne 30 leer sind, hält die Steuervorrichtung 50 die

i" Schwingrinne an, schließt das Ventil 28 und öffnet das Ventil 24 wieder, bis der Tank 12 voll ist.

Gleichzeitig schließt die Steuervorrichtung die untere Mündung 38 der Meßtasche 34 und öffnet die obere Mündung 36 und ermöglicht so, daß Polyacrylamid aus

< dem Behälter 4G einfällt und die Meßtasche 34 füllt. Anschließend wird die Mündung 36 geschlossen.

Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß die Schwingrinne 30 völlig von dem in der Vorrichtung 2 fließenden Wasser getrennt angeordnet ist, so daß es unmöglich ist, daß das

.μ Polyacrylamid benetzt wird, während es auf der Rinne befindlich ist. Dadurch wird gewährleistet, daß keine Polyacrylamidteilchen agglomerieren oder an der Rinne kleben bleiben. Der innere Rohrstutzen 10 gewährleistet, daß kein Wasser in Richtung der Rinne spritzen ■ kann. Bei abgeänderten Ausführungsformen der Vorrichtung kann auf den Rohrstutzen 10 verzichtet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Dispergieren von Teilchenmaterial in einer Flüssigkeit, mit einem einen axialen Durchlaß aufweisenden Zylinder, mit einer im oberen Bereich des Zylinders vorgesehenen Teilchenmaterialzuführung, aus der das Teilchenmaterial im freien Fall in den Zylinder gelangt, wobei die Längsachse des Zylinders gegenüber der Senkrechten geneigt ist, und mit einem tangential nahe der Teilchenmaterialzuführung angeschlossenen Flüssigkeitszuführrohr, dadurch gekennzeichnet, daß an das obere Ende des Zylinders (8) eine zylindrische Kammer (4) mit relativ zum Durchmesser des Zylinders größerem Durchmesser angeschlossen ist, und daß die Flüssigkeitszuführung (6) tangential zur Innenwand der Kamme angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch zur Mittelachse der Kammer (4) und des Zylinders (8) in der Kammer (4) und teilweise in den Zylinder (8) hineinragend ein zylindrischer Rohrstutzen (10) relativ kleinen Durchmessers gegenüber dem Durchmesser des Zylinders vorgesehen ist