DE2231090C3 - Vorrichtung zum NaBpelletisieren von Ruß - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Naßpelletisieren von Ruß, mit: einer langgestreckten, durch zwei parallele Teilzylinder mit je einer darin drehbar angeordneten Welle mit einer Vielzahl von radialen, in Intervallen längs der jeweiligen Welle angeordneten und sich im wesentlichen bis zur jeweiligen Zylinder-Umfangswaridung erstreckenden Rührarmen gebildeten Pelletisierkammer, an deren Beschickungsende die beiden Teil2:ylinder unter Weglassen ihrer einander zugekehrten Umfangswandungsbereiche miteinander verschmolzen sind, einem variablen Antrieb für die beiden Wellen, einem Rußeinlaß nahe dem Beschikkungsende der Pelletisierkammer, einem Pelletauslaß am anderen Ende der Pelletisierkammer, und einem von dem Rußeinlaß getrennten Flüssigkeitseinlaß für die Pelletisierflüssigkeit.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 30 49 750) besteht die Pelletisierkammer aus im wesentlichen über ihre gesamte Länge getrennten Zylindergehäusen, die lediglich am Beschickungsende in der Weise miteinander verschmolzen sind, daß der jeweils äußere Halbzylinder jedes der Zylindergehäuse beibehalten und im übrigen die Umfangswand durch einen ebenen Abschnitt ersetzt worden ist, wodurch insgesamt die Mischkammer gebildet ist. Die beiden Teilzylinder haben bei dieser bekannten Vorrichtung einen derartigen gegenseitigen Abstand, daß die Rührarme an keiner Stelle der Pelletisierkammer, also weder in den getrennten Zylindergehäusen· noch in der Mischkammer, miteinander in Eingriff kommen. Demzufolge bilden die beiden Zylindergehäuse funktionsmäßig jeweils eine selbständige Pelletisierkammer, wobei also kein Kooperationseffekt zwischen den Rührarmen der beiden Wellen auftreten kann. Der erzielbare Durchknetungseffekt beschränkt sich demnach auf denjenigen, der auch nur in einem der Zylindcrgehäuse mit einer darin angeordneten Welle erzielbar wäre, wenn das andere Zylindergehäuse gar nicht vorhanden

wäre.

Bei einer anderen Vorrichtungsart (DT-AS 10 81 167, US-PS 28 28 191, US-PS 28 61 294) ist die eigentliche Pelletisierkammer von der Mischkammer, in welcher der Ruß und die Pelletisierflüssigkeit miteinander vorgemischt werden, getrennt. In der Pelletisierkammer sind drei parallel übereinander angeordnete Wellen gelagert, deren Rührarme beim Drehen der Wellen miteinander in Eingriff kommen. Während der Pelletisierung wird der benetzte Ruß vertikal von oben nach unten, also quer zur Richtung der Wellen befördert. Diese bekannten Vorrichtungen sind nicht nur verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, sondern auch die zur Peltetisierung erforderliche Energieübertragung von den Wellen bzw. Rührarmen auf das benetzte Rußpulver, mit anderen Worten also die erzielbare Durchknetungswirkung, ist nicht zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine intensivere Vermischung und Durchknetung der zu pelletisierenden Masse ermöglicht, damit auf diese Weise rascher Pellets gebildet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Teilzylinder über ihre gesamte Länge unter Weglassen ihrer einander zugekehrten Umfangswandungsbereiche miteinander verschmolzen und ihre Achsen mit derart geringem gegenseitigem Abstand angeordnet sind, daß eine einheitliche Pelletisierkammer mit einer Querschnittskonfiguravion in Form zweier sich überlappender Kreise gebildet ist und daß die Rührarme der beiden Wellen in einem entlang der Symmetriesbene der beiden Teilzylinder gelegenen Bereich miteinander in Eingriff kommen.

Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung nach der US-PS 30 49 750 sind die beiden Teilzylinder der erfindungsgemäßen Vorrichtung also über ihre gesamte Länge »aufgeschnitten« und miteinander »verschmolzen«, wobei es von besonderer Wichtigkeit ist, daß die beiden drehbaren Wellen, damit also auch die Mittelachsen der beiden Teilzylinder, so dicht nebeneinander angeordnet sind, daß die Rührarme miteinander in Eingriff kommen. Hierdurch wird eine wesentlich intensivere Durchmischung der zu pelletisierenden Masse erzielt, als dies bei der gattungsgemäßen Vorrichtung der Fall ist. Naturgemäß findet nämlich in dem nahe der Symmetrieebene der beiden Teilzylinder der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegenden, sich über die gesamte Länge der Pelletisierkammer erstrekkenden Bereich infolge der erhöhten Relativgeschwindigkeit der Rührarme zueinander ein außerordentlich intensives Vermischen und Durchkneten der zu pelletisierenden Masse statt. Hierfür ist es wesentlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in der beanspruchten Weise eine einheitliche, durchgehende Pelletisierkammer aus zwei Teilzylindern aufweist, die über ihre gesamte Länge miteinander verschmolzen und so dicht aneinander angeordnet sind, daß sich eine Querschnittskonfiguratior. in Form einander überlappender Kreise ergibt, wodurch das vorteilhafte Zusammenwirken der Rührarme erst ermöglicht wird.

Die die Rührarme tragenden Wellen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im übrigen sowohl für gleichsinnigen als auch gegebenenfalls für einen Umlauf

j_n gegenläufiger Richtung eingerichtet sein, wobei die Umlaufgeschwindigkeit der Spitzen der Rührarme um fjje Wellen vorzugsweise mindestens ca. 4,5 m pro Sekunde beträgt. Besonders bevorzugt sind im übrigen Geschwindigkeiten der Rührarmspitzen ο ier Rührarmenden von ca. 6 m bis 15 m/sec.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der natürlich auch drei oder mehr Wellen unter Beibehaltung der übrigen Merkmale vorgesehen sein können, ergibt bei ihrer Verwendung Pellets, die nach Trocknung dichter sind, wobei weniger flüssiges Pelletisiermittel erforderlich ist als bei den bekannten Vorrichtungen. Diese Vorteile beruhen vermutlich darauf, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich größere Mengen an Pelletisierenergie während des Pelletisier-Verfahrens auf die benetzte Pulvermasse übertragen werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiei an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, einer Pelletisiervorrichtung zur Bildung von Pellets gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 nach pig j wobei Rührarme jeder Welle in vollem Eingriff mit Armen der anderen Welle stehen,

F i g. 3 dasselbe wie F i g. 2, mil der Ausnahme, daß die Rührarme der Wellen nun nicht mehr in Eingriff gezeigt sind, bewirkt dadurch, daß jede Welle um 45° aus Jer in F i g. 2 gezeigten Stellung gedreht ist,

Fig.4 eine Seitenansicht entlang der Linie 4-4 nach

Fig. 1,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 1, wobei jedoch eine Tür in geschlossener Stellung in der Wand der Pelletisierkammer dargestellt ist und

Fig. 6 eine Endansicht von der linken Seite der Vorrichtung nach Fig.5, in der die Tür in geöffneter Stellung gezeigt ist.

Die Pelletisiervorrichtung umfaßt eine längliche Pelletisierzone I₁ die durch eine Pelleiisierkammer 2 mit einer Querschnittskonfiguration in der Form von zwei überlappenden Kreisen gebildet ist, bei denen der überlappende Abschnitt eines jeden Kreises entfernt ist, z. B. wie in F i g. 2 oder 3. Hierdurch ist eine Verbindung zwischen den beiden Teilzylindern der Pelletisierzone über ihre volle Länge hinweg geschaffen worden. Jede Seite der Pelletisierkammer, d. h. jeder Teilzylinder, ist mit einer drehbaren Welle 3a bzw. 36 ausgestattet. Jede Welle erstreckt sich axial durch die Pelletisierzone entlang der Achse der Teilzylinder. Die Wellen werden von Lagern 4 gehalten, die an Endverschlußplatten 5 der Pelletisierkammer befestigt sind. Jede Welle weist eine Vielzahl von länglichen Rührarmen 6a und 66 auf, die in Abständen entlang der Welle befestigt sind und sich radial von dieser erstrecken. Der seitliche Abstand der parallelen Wellen und die Länge der Rührarme sind so beschaffen, daß sich die Rührarme bei Drehung der Wellen gegenseitig überlappen. Der Längsabstand der Rührarme entlang einer Welle ist jedoch in bezug auf den Abstand auf der anderen Welle versetzt, so daß die Rührarme bei Drehung der Wellen nicht zusammenstoßen, sondern einander Platz lassen, wodurch ein Eingriff der Rührarme der einen Welle mit denen der anderen Welle bewirkt wird. Jede Welle ist mit einem Antrieb 7a und Tb mit variabler Geschwindigkeit, bestehend aus einem Elektromotor 8 und einem Untersetzungsgetriebe 9, ausgestattet.

Die Pelletisierzone weis; in der Nähe des einen Endes einen Rußeinlaß !0 für zu pelletisierenden Ruß und in der Nähe des anderen Endes einen Pelletauslaß 11 auf. Ein Zuführrohr 12 für die Pelletisierflüssigkeit erstreckt sich durch die Pelletisierkammer 2. Wie Fig.6 ?eigt, können zwei derartige Zuführrohre zum Einbringen von Flüssigkeit in jeden Teilzylinder der Pelletisierkammer verwendet werden. Das in der US-PS 35 35 412 beschriebene Verfahren eignet sich Lesonders für ein in Längsrichtung in die Pelletisierzone erfolgendes Einspritzen der Flüssigkeit und Vermischen mit dem dann befindlichen Ruß.

Die Pelletisiervorrichtung kann, was aber nicht so wesentlich ist, mit einer Tür versehen sein, wodurch die Pelletisierzone zur inspektion, zur Reinigung sowie zum Auswechseln der Rührarme oder zu deren Reparatur leicht zugänglich ist. F i g. 5 und 6 zeigen eine Tür 13, die eine entfernbarer Abschnitt der Kammerwand aber mit Flanschen 14a und 146 ausgestattet ist, so daß mittels einer Dichtung die Pelletisierkammer an dieser Stelle abgeschlossen werden kann. Um sich Zugang zur Pelletisierzone zu verschaffen, wird die Tür geöffnet und dann unter Verwendung der Griffe 15 entfernt. Einfacher ist es jedoch, wenn man die Tür mit einem Scharnier bzw. Gelenk 16 ausstattet, so daß die Pelletisiervorrichtung leichter geöffnet und geschlossen werden kann.

Im Betrieb werden Ruß und ein flüssiges Pelletisiermittel in vorbestimmten Raten jeweils durch den Rußeinlaß 10 bzw. das Rohr 12 zugegeben. Der Mengenanteil von Ruß zu Flüssigkeit ist so bemessen, daß eine Pelletisiermenge an Flüssigkeit zugeführt wird, d.h. eine solche Menge, die zur Bildung von pastenartigen, nassen Pellets führt und nicht zum »Ausstauben«, wie es bei Verwendung unzureichender Flüssigkeitsmengen geschieht, oder zum »Schlammigwerden«, wie es bei Verwendung einer übermäßigen Flüssigkeitsmenge auftritt. Die notwendigen Mengenanteile zur Pelletisierung eines bestimmten Rußes mit einer gegebenen Flüssigkeit sind dem Fachmann im allgemeinen gut bekannt, lassen sich aber in jedem Fall anhand einiger einfacher Versuche leicht bestimmen. Der Ruß und die Pelletisierflüssigkeit lassen sich im allgemeinen sehr schnell und wirksam in der Pelletisiervorrichtung mischen, so daß ein Vormischen unnötig ist. In der Pelletisierzone wird die benetzte Rußmasse heftig durch schnelle Drehung der Wellen 3a und bewegt, wobei die Rührarme 6a und 66 sich durch die Masse bewegen. Durch die Drehbewegung der Wellen wird der benetzte Ruß allmählich axial durch die Pelletisierzone zum Auslaß 11 hin geführt. Es erfolgt außerdem auch eine schnelle Durchwirbelung, so daß der Ruß nach außen gegen die gekrümmte Kammerwand 2 geschleudert wird und sich entlang dieser Wand bewegt. Da sich die Krümmung der Wand jedoch nicht über einen vollen Kreis erstreckt, sondern in der Nahe des Zentrums der Pelletisierzone endet, verlaßt der benetzte Ruß die Wand, fließt in den mittleren Teil der Pelletisierzone zwischen die Wellen und wird dort intensiv von den ineinandergreifenden Rührarmen 6a und 66 durchgearbeitet. So werden zwei Portionen der benetzten Rußmasse gleichzeitig verschiedenen Bewegungsarten unterworfen, welche die Pelletisierung bewirken. Erläutert anhand der Fig.2 und 3 liegt eine Portion, nämlich die an der Wand umherwirbelnde, in Abschnitt la der Pelietisierzone an der gekrümmten Wand der Kammer 2. Die andere Portion liegt in Richtung auf die Mittellinie der Pelletisierzone im.

Abschnitt 1 fa.

Es ist zu bemerken, daß die gekrümmte, sich längserstreckende Außenwand der Kammer 2 dem kreisförmigen Drehweg der freien, nicht ineinandergreifenden Rührarmenden 6a und 6b ziemlich genau entspricht. Alle Arme 6a und 6b die während der Drehung der Wellen nicht ineinandergreifen, bewegen sich so durch den an der Wand der Kammer 2 befindlichen Teil der Masse. Wenn dieser Teil die Wand verläßt und sich zum mittleren Abschnitt lfa der Pelletisierzone bewegt, wird er der Einwirkung von Rührarmen unterworfen, die abwechselnd in Eingriff und Nicht-Eingriff miteinander stehen, und bewegt sich danach zurück zur Wand. Demgemäß wird die Masse des umherbewegten und pelletisieren Rußes wiederholt von der Wand der Pelletisierkammer zu den ineinandergreifenden Armen und dann zurück zur Wand geführt, während die Masse außerdem axial zum Auslaß der Pelletisierzone wandert.

Es wirken also zwei verschiedene Bewegungsarten gleichzeitig auf dieselbe Rußmasse ein, von denen jede sehr intensiv ist und die andere bei der Bildung von Pellets unterstützt. Aufgrund der Tatsache, daß die Kammerwand in der Nähe der freien Enden aller Rührarme liegt, die nicht in Eingriff miteinander stehen, wird keine Bewegungsenergie vergeudet, d. h., die nicht ineinandergreifenden Arme bewegen den benetzten Ruß nicht nur über die Wand der Pelletisiervorrichtung, was allein schon eine beträchtliche Bewegung und ein Schleudern der Partikeln bewirkt, sondern die Arme durchschneiden auch den benetzten Ruß, da sie sich relativ zueinander schneller als der Ruß bewegen. Dies bewirkt eine weitere heftige Durcheinanderbewegung. Außerdem ergibt sich dadurch, daß die Arme bei ihrer Bewegung nahe einandervorbeilaufen, während der Ruß zwischen ihnen gefangen ist, noch eine intensive Umeinanderbewegung. Diese Wirkung ist überaus intensiv, wenn die Wellen in der gleichen Richtung gedreht werden, da sich die Arme beim Eingriff relativ zueinander in gegenläufiger Richtung bewegen. Es lassen sich aber auch ausgezeichnete Ergebnisse erzielen, wenn die Wellen in entgegengesetzter Richtung gedreht werden und sich die Arme in derselben relativen Richtung drehen.

Aus den nachfolgenden Eigenschaften wird die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders deutlich:

Beispiel 1

Ein Ruß mit den folgenden Eigenschaften wurde in einer in der US-PS 35 35 412 beschriebenen Pelletisiervorrichtung mit einer einzigen sich drehenden Welle mil sich radial erstreckenden Armen pellelisiert. Die Arme hatten eine Länge von 0,19 m. Der Innendurchmesser der zylindrischen Pelletisierkammer betrug 0,2 m, ihre Länge 0,9 m.

Rußeigenschaften

Oberflächenausdehnung

(Elektronenmikroskop) m²/g 110

Dibutylphthalat-Absorption, cm³/100 g 200

Jodabsorptionszahl 290

Der Ruß wurde der Pelletisiervorrichtung mit einer Rate von 41 kg/h zugegeben, während das Wasser mit einer Rate von 75 kg/h zugeführt wurde. Die

ίο Wellengeschwindigkeit der Pelletisiervorrichtung betrug 950 UpM. Die erhaltenen nassen Pellets wurden dann auf einen Feuchtigkeitsgrad von 1,2% getrocknet.

In einem Vergleichsversuch wurde derselbe Ruß mittels der Vorrichtung nach der Erfindung pelletisiert.

Die Pelletisiervorrichtung wies zwei Wellen mit Rührarmen von 0,19 m Länge auf. Jede Welle erstreckte sich durch einen Teilzylinder mit einem Innendurchmesser von 0,2 m und einer Länge von 0,8 m. Dieser Zwillingswellen-Pelletisiervorrichtung nach der Erfindung wurde Ruß mit einer Rate von 41 kg/h, Wasser dagegen mit einer Rate von 61 kg/h zugegeben, also etwa im Verhältnis 2 :3. Beide Wellen wurden mit 900 UpM und in derselben Richtung gedreht. Die erhaltenen Pellets wurden dann wie oben getrocknet.

Es ist ersichtlich, daß durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Pellets mit größerer Geschwindigkeit, mit höherer Dichte und bei Verwendung von weniger Pelletisierflüssigkeit erhalten wurden. Die Verringerung der benötigten Wassermenge zur Bildung der Pellets um 18 Gew.-% hat eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung, da hierdurch ein wesentlich geringerer thermischer Energiebedarf zur Trocknung der Pellets erforderlich wird. Das Erhöhen der Pelletdichte schafft den Vorteil geringerer Versandkosten.

Beispiel 2

In einem dritten Versuch wurde der zweite Versuch von Beispiel 1 wiederholt. Die Geschwindigkeit der Wellen wurde jedoch auf 1150 UpM erhöht, die Zuführrate des Rußes auf 100 kg/h, während der Anteil an Wasser gleich blieb, d.h. 150kg/h. Die erhaltenen nassen Pellets wurden wie oben getrocknet. Die trockenen Pellets hatten ungefähr dieselbe Größenverteilung wie im zweiten Versuch von Beispiel 1. Die im vorliegenden Fall erzeugte Pelletdichte betrug jedoch 323,2 kg/m³, wohingegen die höchste nach dem herkömmlichen Verfahren erzielbare Dichte bei Verwendung einer einzigen, mit Rührarmen versehenen Welle 240 kg/m³ betrug. Abgesehen davon, daß die Pelletdichtc erhöht und der Wasserbedarf gesenkt wird, ist noch zu erwähnen, daß die Größenverteilung der mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Pellets weniger ausgeprägt war und die Mehrheit in dem überaus wünschenswerten Bereich von 0,5 bis 1 mm lag.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 22 31 09Ö

   Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Naßpelletisieren von Ruß, mit einer langgestreckten, durch zwei parallele Teilzylinder mit je einer darin drehbar angeordneten Welle mit einer Vielzahl von radialen, in Intervallen längs der jeweiligen Welle angeordneten und sich im wesentlichen bis zur jeweiligen Zylinder-Umfangswandung erstreckenden Rührarmen gebildeten Pelletisierkammer, an deren Beschickungseiide die beiden Teilzylinder unter Weglassen ihrer einander zugekehrten Umfangswandungsbereiche miteinander verschmolzen sind, einem variablen Antrieb für die beiden Wellen, einem Rußeinlaß nahe dem Beschickungsenrie der Pelletisierkammer, einem Pelletausiaß am anderen Ende der Pelletisierkammer, und einem von dem Rußeinlaß getrennten Flüssigkeitseinlaß für die Pelletisierflüssigkeit, d a durch gekennzeichnet, daß die beiden Teilzylinder über ihre gesamte Länge unter Weglassen ihrer einander zugekehrten Umfangswandungsbereiche miteinander verschmolzen und ihre Achsen mit derart geringem gegenseitigem Abstand angeordnet sind, daß eine einheitliche Pelletisierkammer (2) mit einer Querschnittskonfiguration in Form zweier sich überlappender Kreise gebildet ist und daß die Rührarme (6a·; 6b)der beiden Wellen (3a; 3b) in einem entlang der Symmetrieebene der beiden Teilzylinder gelegenen Bereich miteinander in Eingriff kommen.