DE2332948A1

DE2332948A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von feststoffen

Info

Publication number: DE2332948A1
Application number: DE2332948A
Authority: DE
Inventors: Robert Garnett Humkey; Donald Marshall; Donald James Ryan
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-01-10
Also published as: NL7308969A; FR2190504A1; JPS5316932B2; NL183386B; CA982550A; JPS4964061A; IT990718B; US3807705A; GB1435995A; FR2190504B1; DE2332948C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen eines Bettes teilchenförmiger Feststoffe von im wesentlichen einheitlicher Teilchengröße, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man nacheinander bestimmte Gewichtsfraktionen der Feststoffe für verschiedene Verweilzeiten in dem Bett hält, während man die Feststoffe unter der Wirkung ihres Eigengewichts nach unten aus dem Bett ausströmen läßt, die so abgezogenen Gewichtsfraktionen von Feststoffen einer gemeinsamen Aufwirbelungsmischzone zuführt, die Feststoffe durch Aufwirbeln mit einem Gas innig miteinander vermischt und die Feststoffe von der Mischzone zum oberen Teil des Bettes zurückführt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum

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Mischen von pelletisieren Kunststoffen und synthetischen Harzen, um einem Produkt die für den Handel erforderliche Einheitlichkeit zu verleihen.

In den Zeichnungen ist:

Figur 1 ein teilweise schematisierter Querschnitt durch eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung mit Ablenkprallblechen,

Figur IA ein teilweise schematisierter Querschnitt durch die Hauptmitnahmegaszufuhrdüse der Vorrichtung von Figur

Figur 2 ein Querschnitt durch die Vorrichtung von Figur 1 längs der Linie 2-2 von Figur 1,

Figur 3 ein teilweise schematisierter Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung mit schraubenförmig ausgebildeten Prallblechen,

Figur 4 ein teilweise schematisierter Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung mit Ablenkprallblechen und einer erweiterten Vorkammer am Einlaßende des Gasdurchzugsrohrs,

Figur 5 ein teilweise schematisierter Querschnitt durch eine vorzugsweise in der Vorrichtung gemäß Figur 4 zu ver-, wendende Drosselungseinrichtung für die Feststoffströmung,

Figur 5A ein vergrößerter Querschnitt (2x) längs der Linie 5A-5A von Figur 5* von unten nach oben gesehen,

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Figur 8 eine Auftragung des Verweilzeitverhältnisses

Maxlmurm Minimum/

gegen die Anzahl Verdrängungen zum Mischen, wobei die Kolonnenverweilzeit so gewählt wurde, daß sie mit Mischergewichtsfraktionen (f) von 0,02, 0,05 bzw. 0,10 l^:inear mit der Kolonnenzahl zunahm,

Figur 9 eine Auftragung des Verweilzeitverhältnisses

(Maximum Minimum

gegen die Anzahl Verdrängungen zum Mischen, wobei in allen Fällen für die verschiedene! Gesamtkolonnenzahlen von aus der Vorrichtung austretenden Feststoffen, nämlich 3» ^* 5» 6 bzw. 12, die Mischergewichtsfraktion (f) gleich 0,10 war,

Figur 10 eine Auftragung des Verweilzeitverhältnisses

(Maximunu MinimumJ

gegen die Anzahl Verdrängungen zum Mischen für zwei verschiedene Zweikolonnenmischer mit 0,5-Füllung (50:50) und vorbestimmten Mischergewichtsfraktionen (f) von 0,1 bzw. 0,2,

Figuren HA und HB Auftragungen der Anzahl Verdrängungen gegen Markierungskonzentration im Ausgang für Zweikolonnenvorrichtungen mit Mischergewichtsfraktionen von 0,2 für ein Verweilzeitverhältnis

/ Maximunr

\ Minimumj

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von 2,1 bei Phasengleichheit und ein Verweilzeitverhältnis

/Maximum^ I Miniraum I

von 1,6 bei Phasenunterschied,

Figur 12 ein schematischer Längsschnitt durch ein physikalisches Modell einer 4-Kolonnenvorrichtung, die konstruiert wurde, um den mathematisch vorausgesagten Betrieb einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung zu bestätigen,

Figur 15 eine Ansicht einer bevorzugten Anordnung von Feststoffströmungsbegrenzungsventilen, die bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung von Figur 4 verwendet wird, von unten nach oben gesehen, und

Figur 16 ein Querschnitt längs der Linie 16-16 von Figur 15.

Das Vermischen von Feststoffen gemäß der Erfindung, soll auf teilchenförmige Feststoffe ziemlich einheitlicher Teilchengröße, wie pelletisiertes Polyäthylen und dergl., im Gegensatz zu Feststoffgemischen mit verhältnismäßig breiter Teilchengrößenverteilung, wie beispielsweise Gemischen von Portland-Zementaggregaten, angewandt werden.

Gemäß der Erfindung werden auf die Feststoffe nacheinander die folgenden Verfahrensstufen angewandt: 1) Fortschreitenlassen der Feststoffe unter der Einwirkung ihres Eigengewichtes durch ein verhältnismäßig dichtes Bett nach unten, wobei das Fortschreiten eines beträchtlichen Anteils der Feststoffe durch Strömungsregler verzögert wird und der Rest der Feststoffe verhältnismäßig unbe-

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hindert nach unten sinkt, 2) Aufwirbelungsmischen und

3) Rückführen von Feststoffen zum oberen Teil des Bettes.

In manchen 'Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung werden Prallbleche innerhalb des Bettes verwendet, die als Strömungsregler zur Regulierung der Strömung getrennter Gewichtsfraktionen sowie zum Herbeiführen sowohl eines vertikalen als auch eines lateralen Vermischens innerhalb des nach unten strömenden Bettes dienen. Statt dessen dienen in den am meisten bevorzugten Ausführungsformen Peststoffströmungsreglereinrichtungen am unteren Teil des Bettes der Regulierung der Strömung getrennter Gewichtsfraktionen von dem Bett in die Aufwirbelungsmischzone. Die Rückführung teilchenförmiger Peststoffe von der Aufwirbelungsmischzone erfolgt durch ein vertikal, vorzugsweise koaxial durch die Mitte des Bettes führendes Gasdurchzugsrohr. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform besteht das Rückführungsmittel in einem Strom von Aufwirbelungsgas. Gemäß der am meisten bevorzugten Ausführungsform erfolgt'das Aufwirbelungsmischen innerhalb eines erweiterten Teils am unteren Ende des Gasdurchzugsrohrs.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann entweder in einzelnen Ansätzen oder kontinuierlich durchgeführt werden. Im letzteren Fall wird ein kleiner Anteil der umlaufenden Feststoffteilchen kontinuierlich vom Boden des Mischbehälters (d.h. durch das Ventil 28a von Figur 1) abgezogen^und neue, nicht-vermischte Feststoffteilchen werden mit der gleichen Geschwindigkeit auf das Bett aufgegeben (d.h. durch das Ventil 19 von Figur 1).

Die in Figur i gezeigte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Behälter mit einem oberen zylindrischen Abschnitt 11, der unten durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 12 geschlossen ist, auf. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Gasdurchzugsrohr 15 koaxial mit dem oberen Abschnitt 11 so angeordnet, da.3 sein unteres Ende in offener Verbindung mit dem Bodenabschnitt 12 und sein oberes Ende in offener Verbindung mit dem oberen Teil

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des Abschnitts 11 steht.

Der optimale Feststoffpegel in der Vorrichtung ist durch die etwas unter dem oberen Ende des Rohrs 15 liegende Linie a-a angezeigt.

Das Dach der Vorrichtung, dessen Form für ihren Betrieb nicht von wesentlicher Bedeutung ist, besteht in diesem Fall aus einem gedrungenen kegelstumpfförmiger* Teil 16, das ein mittig angeordnetes Gasaustrittsrohr 17 und ein Einfiihrungsrohr 18 für unvermischte Feststoffe mit einem Ventil 19 aufweist.

Um ein Mitreißen von Feststoffen aus dem Gasdurchzugsrohr 15 zu verhindern, ist ein Feststoffdeflektor 20 koaxial zu dem Rohr 15 etwa einen Rohrradius darüber angeordnet und mit einer nach unten orientierten Abweisungshaube 20a von der Form einer kreisförmigen Schale ausgestattet. Auf die Haube 20a auftreffende Feststoffe werden nach unten in den Hauptteil des Feststoffbettes, der mit 23 bezeichnet ist, abgelenkt, während von dem Rohr 15 austretendes Gas durch den Ringraum 20b und von dort durch das Austrittsrohr 17 einem (nicht-gezeigten) Staubsammler zugeführt oder an die Atmosphäre abgeleitet wird.

Der konische Boden abschnitt 12 ist mit einer Ventilationskammer, die sich um ihren gesamten Umfang über etwa die Hälfte seiner Höhe erstreckt und mit dem Innenwandüberhang 12a des Kegels einen zusammenhängenden umlaufenden Schlitz 25, über den Feststoffaufwirbelungsgas durch in gleichen Winkelabständen um den Umfang verteilten Düsen 26 eingeführt wird, bildet, versehen.

Mit dem Scheitel des kegelstumpfförmigen Abschnitts 12 ist ein T-Stück 28 verbunden. Der axiale Teil dieses T-Stücks ist einem Abzugsventil 28a für unter ihrem Eigengewicht strömende Feststoffe angepaßt. Der Seitenteil des T-Stücks 28b ist eine Düse für die Zuführung von Mitnahmegas während des Betriebs der Vor-

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richtlang. Außerdem wird die Seitenwand des kegelstumpfförmigen Teils 12 durch die Hauptdüse 29 für die Zuführung von Mitnahmegas durchsetzt, wobei das Austrittsende dieser Düse in Flucht mit der Achse des Gasdurchzugsrohrs 15 in einer Höhe von etwa einem Durchmesser dieses Rohrs unter seinem unteren Ende liegt. Dadurch wird eine besonders gute Feststoffmitnahme erzielt.

Gemäß Figur IA, die die Düse 29 im Detail zeigt, weist diese Düse eine nach oben gebogene Rohrleitung 29a für die Zuführung von Druckluft auf und ist an ihrem Austrittsende mit einem nach oben gerichteten kegelförmig ausgebildeten hohlen Absperrventil 42 ausgestattet. Dieses Ventil 42 kann axial von seinem Sitz am Austrittsende 29b der Rohrleitung 29a nach oben gehoben werden, so daß Luft nach oben aus der Düse 29 austreten kann. Um dies zu erreichen und gleichzeitig das Absperrventil genau vertikal in Flucht zu halten, so daß es unter der Wirkung seines Eigengewichtes wieder seinen Sitz im Abgabeende 29b einnehmen kann, ist das Ventil mit einem axial angeordneten, mit Gewinde versehenen Führungsschaft 43 ausgebildet. Dieser Führungsschaft 43 ist an seinem oberen Ende innerhalb des hohlen unteren Teils 42a des Ventils 42 durch einen Stift 44 gegen Drehung gesichert. Der Stift 44 ist durch eine Bohrung 45, die in Flucht mit einer diametral gegenüberliegenden Blindbohrung 46 liegt, eingeführt. Er liegt locker an einem ebenen Teil 47j das durch Fortschneiden etwa einer Hälfte der Dicke des oberen Endes des Schafts 43 gebildet ist. Das untere Ende des Schafts 43 wird gleitbar innerhalb eines vertikalen Rohrstücks 48, das durch ein offenes horizontales, an die Innenseite der Leitung 29a angeschweißtes Tragrahmenwerk 49 abgestützt ist, geführt. Eine am unteren Ende befestigte Einstellschraube 50 ist in einem in das Rohrstück 48 geschnittenen Längsschlitz.50a gleitbar und verhindert bei geeigneter Einstellung eine Drehung des Ventils longitudinal zu dem Schaft 4j5. Wenn durch die Düse 29 Druckluft eingeführt wird, hebt sich das Ventil 42 von seinem Sitz 29b, so daß Feststoffe mitreißende Luft in den Bodenteil des Gasdurchzugsrohrs 15 eintreten kann . Wenn die Luftzufuhr unterbrochen wird,

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fällt das Ventil 42 sofort wieder auf seinen Sitz 29b und verhindert damit, daß Feststoffe in die Düse 29 zurückströmen.

Gemäß Figur 2 ist die Mischvorrichtung von Figur 1 mit vier ebenen, in gleicher Höhe über Streben 30a an der Innenwand des Abschnitts 11 und der Außenwand des Gasdurchtrittsrohrs 15 abgestützten Prallblechen 30 ausgestattet. Die Prallbleche 30 sind in gleichen Winkelabständen in dem kreisförmigen Innenraum des Mischers angeordnet und haben gleiche Abstände von den ihnen zugewandten Teilen der Vorrichtung, die typischerweise 6,5$ des Durchmessers des Abschnitts 11 betragen, und sind typischerweise um etwa 34 gegen die Vertikale geneigt. Die oberen Enden der Prallbleche 30 liegen typischerweise um etwa 10^ der Bettiefe unter dem Pegel a-a, während die unteren Enden bei etwa 45$ der Höhe des Gesamtbettes liegen. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, überdecken die sammelnden Prallbleche 30 etwa 50"^ des Querschnitts des von dem Innenumfang des Abschnitts 11 und dem Außenumfang des Gasdurchzugsrohrs 15 begrenzten Ringraums.

Ein zweiter Satz von vier ebenen Prallblechen 31, der in Figur 1 nicht voll dargestellt ist und die in jeder Hinsicht den Prallblechen 30 gleichen, ist parallel und vertikal in Flucht zu den Prallblechen 30, typischerweise in einem Abstand von etwa 10$ der Bettiefe von diesen angeordnet. Die oberen Enden der Prallbleche 31 liegen also bei etwa 55$ der Bettiefe, während ihre unteren Enden bei etwa 90^ der Bettiefe liegen.

Die Inbetriebnahme der Vorrichtung erfolgt vorzugsweise, indem man zunächst die zu vermischenden Feststoffe einführt und dann Aufwirbelungsgas, gewöhnlich Luft, sofern aus Gründen der chemischen Aktivität kein anderes Gas erforderlich ist, durch die Düsen 26 einführt. Der Druck des Aufwirbelungsgases wird unter Berücksichtigung der Tiefe des Bettes 23 so gewählt, daß das Bett einen zu starken Gasaustritt verhindert. Beim Mischen von Polyäthylen hoher Dichte mit etwa kugeligen Teilchen von 2,5 bis 3,5 mm Durchmesser

"⁸" 3 0 9 H S ? / Π R 9 0

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wird typischerweise ein Druckabfall von 16,8 cm H₃O je Meter Bettiefe (2" HgO/ft. of bed depth) gewählt. Dann werden die Ventile 28a und 29c geöffnet, um so viel Mitnahmegas einzuführen, daß Feststoffe vom Boden des Abschnitts 12 aufgehoben werden, worauf eine Feststoffaufwirbelungszone unter dem unteren Ende des Gasdurchtrittsrohrs 15 ausgebildet wird, die sich über praktisch die gesamte Tiefe des Kegels 12 (d.h. unter der Linie b-b) über typischerweise 80 bis 90$ des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts erstreckt, ausgebildet wird und eine Feststoffmitnähme durch das Rohr 15 in gewissem Ausmaß erfolgt. Die beste Steuerung der Rückführung durch Mitnahme erfolgt jedoch vorzugsweise dadurch, daß man einen Teil des Mitnahmegases durch die Düse 29 einführt, zu welchem Zweck das Ventil 29c in geeigneter Weise eingestellt werden muß. Auch kann die Feststoffmitnähme durch Verstellen der Höhe der Düse 29 gesteuert werden. Die Feststoffströmung in Gewicht/Zeiteinheit kann über einen weiten Bereich eingestellt werden, wie aus der folgenden Tabelle I ersichtlich ist.

Während des Vermischens werden die Teilchen im Bett 2J> von Luft so weit getragen, daß sie einen geringen Ablagerungswinkel von 'etwa 18 besitzen. Beim Absinken der Feststoffteilchen unter Ersatz durch Feststoffe, die mitgenommen und durch das Rohr 15 zurückgeführt sind, wird die Abwärtsbewegung der Teilchen über den Prallblechen 30 und 31 gegenüber demjenigen der restlichen Teilchen etwas verzögert. Dadurch werden die Verweilzeiten bestimmter Gewichtsfraktionen der Feststoffe in dem Bett 23 verschieden gehalten, während Feststoffe unter der Wirkung ihres Eigengewichtes aus dem Bett abströmen. Dadurch wird eine Mischwirkung während des Fortschreitens der Feststoffe durch das Bett erzielt. Danach erfolgt ein kräftiges Mischen in der Aufwirbelungszone des kegelstumpfförmigen Abschnitts 12, worauf ein weiteres Vermischen während der Feststoffmitnahme durch das Rückführungsrohr 15 erfolgt.

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In Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Mischvorrichtung gemä3 der Erfindung gezeigt. Bei dieser AusfUhrungsform ist die. Vorrichtung mit einem Paar gleichen, eine halbe Windung beschreibenden, schraubenförmigen Zwillingsprallblechen 33 und J4, die koaxial zu dem mittigen Gasdurchzugsrohr 15 angeordnet sind, ausgestattet. Der Radius dieser Prallbleche, gerechnet von der Längsachse der Mischvorrichtung , ist derart, daß ihre äußere Begrenzungslinie bei etwa 60t der radialen Ausdehnung des Bettes 23' liegt. Das obe-re Prallblech 33 nimmt etwa das erste Viertel der Tiefe des Bettes 23' ein, während das untere Prallbech J>k etwa das unterste Viertel einnimmt. Es wurde gefunden, daß die Verwendung schraubenförmiger Prallbleche besonders wirksam bei der Ausbildung der Mischvorrichtung mit einem hohen Verhältnis Länge zu Durchmesser ist. Im übrigen ist diese Vorrichtung wie die Mischvorrichtung von Figur 1 ausgebildet.

In Figur 4 ist eine bevorzugte Ausführungsforrr einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der das Gasdurchzugsrohr 15" an seinem unteren Ende erweitert ist, so daß eine Vorkammer 37 gebildet wird, gezeigt. Das untere Ende der erweiterten Vorkammer 37 liegt vollständig innerhalb des kegelstumpfförmigen Bodenabschnitts 12". Die Vorkammer kann zweckmäßig aus zwei kegelstumpfförmigen Elementen 37a und 37b, die an ihren Enden mit dem größten Durchmesser miteinander verschweißt sind, bestehen, so daß der Höchstdurchmesser an der Verbindungslinie etwa das Doppelte des Durchmessers des Gasdurchzugsrohrs 15" beträgt. Die Einlaßöffnung 38 der Vorkammer 37 hat etwa den gleichen Durchmesser wie das Innere des Rohrs 15"* und die konvergierende Wand des kegelstumpfförmigen Elements 37b divergiert etwas.von der ihm zugewandten Wand des kegelstumpfförmigen Bodenabschnitts 12", nachdem beide sich bis zu dem geringsten Abstand entsprechend etwa 90# des Radius des Behälterkonus an der Verbindungslinie der Elemente 37a und 37b einander genähert haben. Der Winkel α der Vorkammer 37 beträgt typischerweise 113°, so daß die Wand 37a einen Winkel von etwa 57 , der sehr viel größer ist als der Ablagerungswinkel von

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etwa 27° für die zu vermischenden Polyäthylenpellets, mit der Horizontalen einschließt. Die obigen Winkelangaben gelten für Behälter, deren konische Abschnitte 12" einen Winkel von 60° einschließen.

Das Ringgebiet in der Höhe der Verbindungslinie der Elemente 37a und 37b soll in dem Bereich von etwa 5 bis 20$ der gesamten horizontalen Querschnittsfläche des zylindrischen Mantels 11", die von dem Durchmesser und der Höhe des Gasdurchzugsrohrs 15" abhängt, liegen. Damit wird die Luftströmung durch das Bett, die notwendig ist, um das ΔΡ zur Beförderung in dem Gasdurchzugsrohr zu erzielen, gesenkt. Das ΔP in dem Ringraum darf nicht größer sein als 50,4 cm H₂0/m (ΔΡ/ft. must not exceed about 6" HpO/ft.), da andernfalls keine Strömung von Pellets nach unten erzielt wird.

Die Vorrichtung von Figur 4 entspricht im übrigen der oben unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Vorrichtung mit der Abweichung, daß nur vier ebene Prallbleche 30" anstelle von acht erforderlich sind, weil ihre Höhe geringer ist.

Der Betrieb der Vorrichtung von Figur 4 ist gleich dem Betrieb der anderen Ausführungsformen, abgesehen davon, daß zufolge der Anordnung der Düse 29" innerhalb der öffnung 38 die Aufwirbelung der verarbeiteten Feststoffe weitgehend innerhalb der Vorkammer 37 und in dieser fast ausschließlich innerhalb der Seitenwinkelgebiete erfolgt. Die mitgenommenen Teilchen bewegen sich in der Mitte, wie durch die geringere Teilchenzahl in diesem Raum angezeigt.

Ein wesentlicher Vorteil der Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Vorkammer, wie beschrieben, liegt darin, daß eine stabilere Aufwirbelung erzielt wird, weil das Gewicht der höheren Pellets in dem Bett beseitigt wird. Der zusätzliche Widerstand, der dem Gasdurchtritt durch den Ringraum 40 entgegengesetzt

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wird, verringert natürlich die erforderliche Menge an Betriebsgas beträchtlich und macht das Verfahren wirtschaftlich.

Eine alternative Ausbildung der in Figur 4 gezeigten bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer erweiterten Vorkammer 37^! ist im Detail in den Figuren 5 und 5A gezeigt. In diesen Figuren 1st der Einfachheit halber der Zylindermantel II"¹ fortgelassen. Hier können die Prallbleche 30 und 31 fortgelassen werden, wenn eine gewölbte, den Feststoffstrom begrenzende Platte 53, die an ihrer oberen Kante um etwa 30° nach außen abgeschrägt ist, um die Ablagerung-von Feststoffen zu verhindern, und um das untere Ende des Elements 37b^f befestigt ist, angeordnet wird. Die Platte 53 liegt über dem Feststoffaustrittsende des kegelstumpf förmigen Abschnitts 12" ^t und drosselt dadurch die Feststoffströmung durch dieses Austrittsende, so daß eine vorbestimmte Differentialströmung durch den das Gasdurchzugsrohr 15"' umgebenden Ringraum erfolgt. Um eine Querströmung von Feststoffen möglichst zu verhindern, werden vorzugsweise vertikale Prallbleche 54 um den gesamten Umfang des von dem Element 37b¹ und der Innenfläche des kegelstumpfförmigen Bodenteils 12"' begrenzten Ringraums angeordnet. In Figur 5A ist eine typische Anzahl von 10 solchen Prallblechen gezeigt, die in diesem Fall in gleichen Winkelabständen von 36° um den Umfang verteilt sind. Gewünschtenfalls kann aber natürlich eine andere Verteilung um den Umfang angewandt werden, um noch andere einzelne Feststoffgewicht sfrakt ionen abströmen zu lassen, wie im folgenden beschrieben.

Das Profil der Platte 53 wurde gewählt, um eine Feststoffverweilzeit, d.h. eine Zeit, für die ein Teilchen in dem Bett 23 bleibt, einzuhalten. Diese Verweilzeit variiert linear mit der Anzahl einzelner Feststoffabgabekanäle, die durch die Prallbleche 54, ausgehend von der 9-Uhr-Stellung bis zur 3-Uhr-Stellung, wie in Figur 5A gezeigt ist, begrenzt sind. Da die Platte symmetrisch zu der 3-Uhr-9-Uhr-Achse ist, werden durch die spiegelbildlich

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auf einander gegenüberliegenden Seiten dieser Achse liegenden öffnungen gleiche Gewichtsfraktionen von Peststoffen abgegeben, so daß der Ausdruck "verschiedene Verweilzeiten", wie er in den Ansprüchen verwendet wird, nicht auf die Situation beschränkt ist, wo die Verweilzeit jeder eigenen Peststoffgewichtsfraktion, die von dem Bett 23 abgegeben wird, tatsächlich von allen übrigen von dem Bett abgegebenen verschieden ist.

Es ist zweckmäßig, die eigenen Feststoffgewichtsfraktionen als Anteile, die sich vom oberen Ende des Bettes 23 bis zum Austrittspunkt in die AufWirbelungszone am unteren Ende des Gasdurchzugsronrs 15 erstrecken,und den im folgenden verwendeten Ausdruck "Kolonne¹¹ als Bezeichnung für diese einzelnen Anteile anzusehen.

Hinsichtlich des mechanischen Aufbaus der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung ist es am vorteilhaftesten, Kolonnen mit verschiedenen nach unten gerichteten Geschwindigkeiten und damit verschiedenen Verweilzeiten um die mittige Fördervorrichtung herum zu erhalten. Da freifließende Feststoffe im allgemeinen dazu neigen, direkt nach unten zu strömen, kann dies in dem am meisten bevorzugten Fall zweckmäßig durch die in den Figuren 15 und 16 gezeigte Ventilanordnung für eine Verwendung im Zusammenhang mit (Je** Vorrichtung von Figur 4 erreicht werden. Diese Ventile ermöglichen die Einstellung des Strömungsgebietes am Boden jeder Kolonne.

In den Figuren 15 und 16 sind nur vier Ventile für strömende Feststoff· gezeigt. Jedoch können mehr solche Ventile verwendet und so angeordnet werden, daß sie einander nicht stören.

Die einzelnen Ventile 56 stellen zweckmäßig ausgeschnittene Abschnitte eines in Richtung nach innen eingebrachten Abschnitts von der Form eines falschen Kegels, die teleskopartig in den kegel stumpf förmigen Bodenabschnitt 12" (Figur 4) eingesetzt sind,dar,

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wobei jeder solche Abschnitt an den oberen Enden 56a so angelenkt ist, daß er sich lateral zu dem Element 37b bewegen kann. Stoß- . stangen 57 sind vorgesehen, um jedes einzelne Ventil in bestimmter Weise einstellen zu können.

Um die Zwischenräume zwischen benachbarten Kanten der Ventile 56 zu schließen, sind zwischen den Paaren von Ventilen pyramidenförmige Füllblöcke 58, die starr gegen eine Bewegung abgestützt sind, indem ihre nach außen gewandten Oberflächen an dem stationären Randabschnitt 12" befestigt sind, vorgesehen. Wenn die Ventile 56 sich öffnen oder schließen, gleiten ihre Kanten so dicht über die pyramidenförmigen Seiten der Blöcke 58, daß keine der miteinander zu vermischenden Feststoffteilchen hindurchgelangen können, wobei jedoch so viel Spielraum bleibt, daß eine reibende Bindung der sich bewegenden Ventilkanten an die Füllblöcke vermieden wird.

Wenn die unteren Abschlußkanten der Ventilstücke 56 ausreichend beschnitten sind, können sich die Innenkanten der pyramidenförmigen Blöcke 58 ausreichend weit nach innen erstrecken, um teilweise wirksame Separatoren darzustellen, die eine Verschiebung von Feststoffen von einer Kolonne zu einer anderen am Umfang verhindern. Eine über die volle Länge wirksame Abprallwirkung gleich der oben unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 5A beschriebenen kann dann erzielt werden, indem man Leitbleche 5^¹ an die Innenkanten der pyramidenförmigen Blöcke anschweißt, wie in Figur 16 gezeigt, wobei die Innenkanten zu jeder Zeit an der ihnen zugewandten Außenfläche des Elements 37b (in dieser Zeichnung fortgelassen, um die Details der Füllblöcke besser zu zeigen) anliegen.

Die gleichen Ergebnisse können durch entsprechend bemessene öffnungen am Boden jedes Kolonnensektors (beispielsweise Figuren 5 und 5A) erzielt werden. Jedoch sind die einstellbaren Ventile von Vorteil, insbesondere wenn das Strömungsvermögen der Feststoffe nicht genau bekannt ist oder wenn die Mischvorrichtung für mehr als eine Art Feststoffe verwendet wird.

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Die folgenden fünf Beispiele ermöglichen einen Vergleich des Betriebs der verschiedenen Ausführungsformen einer Mischvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei das zu mischende Material aus Polyäthylenteilchen mit Durchmessern in dem Bereich von 2,5 bis 3*5 mm bestand.

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Tabelle

	I	51 23,1	Beispiel Nr.	II	III	IV	V
	6" 15,2 cm	35	6" 15,2 cm	23" 58,4 cm	23" 58,4 cm	23" 58,4 cm
Durchmesser des zylindri schen Abschnitts 11	72" 183 cm	46	72" I83 cm	72" I83 cm	72" I83 cm	56" 142 cm
Höhe zylindr.Abschnitt 11 plus kegelstumpfförmiger Abschnitt 12	60°	* Die "Verdrängung" bedeutet das let	60°	34°	34°	60°
Eingeschlossener Winkel, kegelstumpfförmiger Ab schnitt 12	40 lbs. 18,1 kg	40 lbs. 18,1 kg	365 lbs. 166 kg	365 lbs. 166 kg	275 lbs. 125 kg
Beschlckungsgewicht	1,4" 3,56 cm	1,5" 3,81 cm	5,5" 14,0 cm	4,5" 11,4 cm	4,5" · 11,4 cm
Durchmesser Gasdurchzugs- rohr 15	1" 2,54 cm	1" 2,54 cm	1/2" 1,27 cm	12" 30,5 cm	11" 27,9 cm
Stellung d. Rohrs 15 unter der Knicklinie	keine	schrauben förmig	8 eben	8 eben	4 eben + Vor kammer
Prallbleche	3	3	1	1	4
Figur	33 0,93	33 0,93	58O 16,3	385 10,8	250 7,0
Luftstrom insgesamt, cfm m-Vmin.	Druckabfall im Bett, ⁿEUO/ft. 2,0 cm HgO/ffi 16,8	1,1 9,2	32,8	1,8 15,1	0,1 0,8
	Pelletrückführung, Ib./min. kg/min.	18,6 8,7	260 118	190 86,2	80 36,3
Mischzeit, min.	5,0	2,5	3,5	5,0
3t Anzahl Verdrängungen	3,3	2,8	2,8	2,5
ztliehe Herausfallen aller	Feststoffe	aus jeder Vor

ö S=

O VjJ

KJ CO CO

K)

to

richtung, das als einer Verdrängung äquivalent genommen wird

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Im Beispiel I wurde ohne Prallbleche 33 und y-\ gearbeitet; jedoch erfolgte das Mischen unter Aufwirbelung in dem kegeligen Bodenabschnitt mit anschließender Mitnahme in dem Gasdurchzugsrohr, Trennung von Pellets und Luft und Strömen der Pellets unter der Einwirkung ihres Eigengewichtes durch das Bett, und nach 35 Minuten Betrieb mit dem Gas (in diesem Fall Luft) und dem angegebenen Pelletstrom wurde ein gleichmäßig gemischtes Produkt erhalten. Dieses Beispiel zeigt, daß relativ lange Mischzeiten für Behälter mit einem großen Verhältnis von Höhe zu Durchmesser erforderlich sein können.

Beispiel II zeigt, daß die Mischzeit beim Vermischen des gleichen Materials in einer Vorrichtung mit dem gleichen Verhältnis Höhe/ Durchmesser unter Verwendung der gleichen Luftströmungsgeschwindigkeit, jedoch unter Verwendung schraubenförmiger Prallbleche 33 und 34, wie in Figur 3 gezeigt, bis auf 5 Minuten gesenkt werden kann.

Beispiel III zeigt die Zunahme der erforderlichen Menge an Luft mit Zunahme des Durchmessers des Mischbehälters. Bei Verwendung von 8 ebenen Prallblechen und einer hohen Pelletströmungsgeschwindigkeit von 118 kg/min (260 lbs/min) wurde die Mischzeit auf den sehr niedrigen Wert von 2,5 Minuten gesenkt, jedoch auf Kosten einer beträchtlich erhöhten Luftströmungsgeschwindigkeit.

In dem Versuch, den Luftverbrauch zu senken, wurde die Vorrichtung von Beispiel III für Beispiel IV abgeändert, indem das untere Ende des Luftdurchzugsrohrs 15 bis ziemlich weit unter die Knicklinie (d.h. 30,5 cm oder 12" darunter) angeordnet wurde. Dadurch wurde der Luftverbrauch um wenigstens 35# gesenkt. Jedoch stieg die Mischzeit etwa proportional auf 3*5 Minuten.

Beispiel V veranschaulicht den Vorteil der Vorkammer hinsichtlich der Senkung des Luftverbrauchs. D.h. mit der Vorrichtung von Figur wird eine Änderung der Mischzeit gegenüber der nicht mit Prall-

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blechen ausgestatteten Vorrichtung von Beispiel I etwa proportional der Erhöhung des Luftverbrauchs erzielt. Im Vergleich mit der Vorrichtung von Beispiel IV zeigt die Vorrichtung von Beispiel V auch eine erhöhte Wirkung.

Obwohl ein symmetrischer Aufbau der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem konzentrisch in dem Mischbehälter angeordneten Luftdurchzugsrohr bevorzugt ist, weil der durch beide definierte Raum für die Aufnahme zu vermischender Feststoffe wirksamer genützt wird, können auch asymmetrisch aufgebaute Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise konnte eine Vorrichtung, die etwa ein vertikaler Viertelabschnitt der Vorrichtung von Figur 4 war und in der nur ein ebenes Prallblech 30 verwendet wurde, während das Luftdurchzugsrohr vertikal längs der Verbindung der beiden radialen Ebenen des Abschnitts montiert war, mit guter Wirkung betrieben werden. Dies zeigt, daß die Abstände der verschiedenen Elemente der Vorrichtung nicht von kritischer Bedeutung sind, was hinsichtlich der Toleranzen bei der Herstellung von Vorteil ist und eine Anpassung der Vorrichtung für Anlagen mit beschränkten räumlichen Möglichkeiten erleichtert.

Es wurde festgestellt, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Klassierungswirkung ausübt, insoweit als Feinteilchen durch das Austrittsrohr 17 mitgenommen und in einem nachgeschalteten Filter zurückgewonnen werden können. Dies bedeutet einen zusätzlichen Vorteil, insbesondere wenn die Feststoffe letztlich als zu extrudierendes Material verwendet werden sollen, wobei eine gleichmäßige Teilchengröße für die Einstellung eines über längere Zeit arbeitenden Extruders und dergl. wesentlich ist.

Die Untersuchungen auf dem Gebiet des Vermischens unter Ausnützung des Eigengewichtes des zu mischenden Materials, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, haben einige neue Arbeitsprinzipien ergeben, die gewöhnlich in der Praxis unbe-

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achtet blieben, so daß ein solches Vermischen bisher wenig wirksam war.

Beispielsweise wurde gefunden, daß die "Mischergewichtsfraktion", d.h. der Anteil an Feststoffen, der in einem stark bewegten und aufgewirbelten Zustand gehalten wird, ein kritischer Parameter ist und besonders bevorzugt in dem Bereich von Fraktionen von etwa 0,01 bis etwa 0,20 (1 bis 20 Gew.-% der teilchenförmigen Feststoffe) gehalten wird. Weiterhin wurde gefunden, daß die Steuerung der Verweilzeiten der einzelnen Feststoffe ebenfalls kritisch ist, insbesondere mit Hinblick auf (a) die Verteilung des Feststoffumlaufs und (b) das Verhältnis der Verweilzeiten, das als das Verhältnis der längsten zur kürzesten Umlaufzeit anzusehen ist. Diese Gesichtspunkte sind besonders wesentlich hinsichtlich einer Herabsetzung der für das Mischen erforderlichen Energie und Zeit.

Feststoffmisch- und -reaktionssysteme mit Aufwirbelung und intensiver Bewegung der Feststoffe, bei denen die meisten oder alle Feststoffe aufgewirbelt und mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten bewegt werden, sind seit langem bekannt. In den US-PS J5 159 383 und J5 386 I82 sind Systeme beschrieber., bei denen nach diesen Prinzipien gearbeitet wi?d. Diese Systeme sind jedoch, insbesondere für das Mischen größerer und dichterer Feststoffteilchen, kostspielig. Ein hoher Energieeinsatz ist notwendig, um die Teilchen zu suspendieren und zu bewegen, und wegen der Ausdehnung des Feststoffbettes ist ein größerer Behälter erforderlich. Es wurde nun gefunden, daß es nicht notwendig ist, den Hauptteil des Feststoffbettes in einem solchen aufgewirbelten Zustand zu halten, daß vielmehr eine überraschend starke Verringerung der Mischzeit erzielt wird, wenn ein verhältnismäßig kleiner Anteil der Feststoffe in gut gemischtem Zustand gehalten wird.

Es ist zweckmäßig, sich vor Augen zu halten, in welcher Weise in den im allgemeinen für das Vermischen verwendeten Behältern

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Feststoffe unter der Einwirkung ihres Eigengewichtes nach unten strömen. Wenn Feststoffe von einer Öffnung am untersten Ende des Bodenkonus entfernt werden, bewegen sich die höher liegenden Pellets in Kontakt mit den darunter befindlichen und ersetzen die abgezogenen Pellets. Diese Bewegung wird in einer Weise, die von den Strömungseigenschaften des Feststoffes abhängt, auf das ganze Bett übertragen. Das Ausmaß an lateraler Bewegung ergibt sich aus dem geometrischen Aufbau des Behälters und den Strömungseigenschaften des Feststoffs. In jedem Fall existiert über jedem Bodenauslaß eine Kolonne von sich nach unten bewegenden Pellets. Wenn die Pellets vom Austrittsende zum oberen Teil des Behälters zurückgeführt werden, kann die Strömung der Pellets beschrieben werden durch: (1) eine mittlere Umlaufzeit (d.h. die mittlere Zeit, die erforderlich ist, um sich vom oberen Ende des Bettes zum Austrittsende und zurück zu bewegen), (2) ein Verhältnis zwischen der längsten und der kürzesten Verweilzeit und (^) eine Funktion, die die Verweilzeit jeder Gewichtsfraktion in der fortschreitenden Kolonne beschreibt. Eine Anzahl solcher Kolonnen kann berücksichtigt werden, bis das gesamte Mischergewicht zurückgeführt ist, und das VerweilZeitverhältnis für die sich am langsamsten und am raschesten bewegenden Fraktionen sowie die Verweilzeitverteilung, d.h. das Verhältnis der Verweilzeiten aller Feststoffkolonnen in der Reihenfolge ihrer Anordnung um den Umfang des Mischbehälters zueinander, werden für alle Fraktionen des Gesamtmischers definiert. In den Berechnungen der VerweilZeitverteilung wurde die Mischerverweilzeit, weil vernachlässigbar, nicht berücksichtigt, d.h. die Werte für das Verweilzeitverhältnis und die Verweilzeitverteilung beziehen sich ausschließlich auf die Transportzeiten in dem Gravitätionsströmungsbett.

Da natürlich das Vermischen in einem bestimmten Fall von der Lage von Teilchen verschiedener Qualität zueinander in dem Gesamtfeststoff körper zu Beginn, d.h. Innerhalb des zylindrischen Behälters 11 (Figur 1) der Mischvorrichtung abhängt, wurden zwei weitgehend voneinander verschiedene Testbedingungen zum Vergleich ausgewählt,

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nämlich: (1) eine Füllung aus einer in bestimmter Weise gefärbten Kunststoffschicht über einer anders gefärbten Hauptkunststoffschicht in einem willkürlich gewählten Verhältnis von weniger als etwa 1% der ersteren zu etwa 99J> der letzteren und (2) einer Füllung, bei der die Hälfte des Gesamtfeststoffvolumens eine Schicht aus einer Kunststoffart und die andere Hälfte eine Schicht aus einer anderen Kunststoffart war. Die letztere Bedingung ist häufiger gegeben als die erstere, wobei im typischen Fall eine Kunststoffmasse 1000 ppm Antioxydationsmittel und eine zuvor oder anschließend erhaltene Kunststoffmasse keinen solchen Zusatz enthält. Die Gesamtmasse wird dann als ausreichend vermischt angesehen, wenn alle Volumelemente innerhalb +0,1 des letztlichen Mittelwertes liegen.

Es wurde gefunden, daß die Mischwirkung rasch mit der Mischergewicht sfrakt ion zunimmt und daß für beide obigen Fälle (1) und (2) vergleichbare Bedingungen existleren,- obwohl im Fall (1) das Mischen etwas schwieriger ist als im Fall (2) (50:50), und daß in keinem Fall ein Faktor vorliegt, der das Mischen verhindert.

Tests haben gezeigt, daß ein Mischer mit einer Mischergewichtsfraktion von 0,05 mit etwa 3*2 Verdrängungen mischt, während bei einer Mischergewichtsfraktion von 0,10 die Anzahl Verdrängungen zum Mischenauf etwa 2,75 gesenkt wird für den Fall, wo die Verweilzeit in jeder Kolonne (Figur 12) durch Erhöhen der Pelletgeschwindigkeit direkt mit der Anzahl Gewichtsfraktionen bestimmt wurde, während die geringste und die rascheste Kolonnengeschwindigkeit verwendet wurden, um das angegebene Verweilzeitverhältnis (Maximum/Minimum) zu erhalten.

Figur 8 ist eine Auftragung der Anzahl Verdrängungen zum Vermischen gegen das Verweilzeitverhältnis mit Parametern der Mischergewichtsfraktion. In dieser Versuchsreihe wurde die Verweilzeit (statt der Geschwindigkeit) für jede Gewichtsfraktion linear mit der Anzahl Gewichtsfraktionen erhöht, während

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das Verhältnis von langsamster zu raschester wie gezeigt erhalten wurde. Mit dieser Art der Verweilzeiteinstellung wurde eine überraschende Verringerung der Anzahl Verdrängungen zum Vermischen von 3,2 auf etwa 2,1 für eine Mischungsgewichtsfraktion von 0,05 erzielt. Das optimale Verweilzeitverhältnis betrug für eine Mischerfraktion von 0,05 etwa 4,0.

Figur 9 ist eine Auftragung der Anzahl Verdrängungen zum Vermischen gegen das Verweilzeitverhältnis mit Parametern der Anzahl gleicher Gewichtsfraktionen, die von dem Mischsystem abgezogen wurden. Das gut gemischte Volumen enthält 0,1 Gesamtpelletgewicht und die Verweilzeit ist linear mit der Anzahl Gewichtsfraktionen verteilt. Für diesen Versuch wurde die Schichtfüllung (1^:99^) verwendet, um die erforderliche Anzahl Gewichtsfrakt ionen zu bestimmen. Die Auftragung zeigt, daß durch Erhöhen der Anzahl an abgezogenen gleichen Gewichtsfraktionen von 3 auf die Anzahl Verdrängungen zum Mischen und die Empfindlichkeit gegen das Verweilzeitverhältnis gesenkt werden. Bei einer weiteren Erhöhung der Anzahl abgezogener gleicher Gewichtsfraktionen von 12 auf 100 ergab sich fast keine Änderung der Anzahl Verdrängungen zum Mischen. Ein Vergleich.der Figuren 8 und 9 ermöglicht einen weiteren Hiergleich der erhöhten Mischzeit (etwa eine weitere Verdrängung), wenn der Versuch mit einer dünnen markierten Schicht über dem Bett durchgeführt wird.

Die bei den Mischtests mit den physikalischen Modellen und mit einem Computermodell erhaltenen Werte enthalten einige nicht-erklärliche Ergebnisse. Wie beispielsweise aus Figur 8 zu ersehen, sinkt die Anzahl Verdrängungen zum Vermischen für die Mischergewicht sfrakt ionen von 0,02 und 0,05 plötzlich ab, wenn das Verweilzeitverhältnis von 3*8 auf 4,0 erhöht wird, während für eine Mischergewichtsfraktion von 0,1 die Anzahl Verdrängungen zum Vermischen in einem Bereich des VerweilzeitVerhältnisses von 2,6 bis 2,8 ziemlich rasch sinkt. Unter Berücksichtigung der großen Anzahl von Werten und durchgeführten Versuchen ergibt sich über-

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raschenderweise, daß diese Ergebnisse reell und auf ein Phänomen gMch einer Resonanz zurückzuführen sind.

Das Resonanzproblem soll im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 10 und die Figuren HA und HB beschrieben werden. In Figur 10 ist die Anzahl Verdrängungen zum Vermischen gegen das Verweilzeitverhältnis für ein einfaches Modell mit zwei gleichen Gewichtsfraktionen aufgetragen für gut gemischte Fraktionen von 0,1 und 0,2. Es erfolgt eine überraschende Knderung der Anzahl Verdrängungen zum Vermischen bei Zunahme des VerweilzeitVerhältnisses von 1 bis ~5> wobei zwei Minima erhalten werden. In einem weiteren Versuch, dem Verständnis des Phänomens näher zu kommen, wurde die Konzentration an aus dem Mischer austretendem Markierungsmaterial (worunter die Konzentration an schwarz, blau oder anders gefärbten in geringer Zahl als Tracermaterial eingebrachten Teilchen zu verstehen ist) als Funktion der Anzahl Verdrängungen (Zeit) aufgetragen. In Figur HA fällt das Verweilzeitverhältnis (2,1) mit einem Maximum der Anzahl Verdrängungen zum Vermischen zusammen. In Figur HB ist die Tracerkonzentration gegen die Anzahl Verdrängungen (Zeit) für das Verweilzeitverhältnis (1,6) aufgetragen und koinzidiert mit einem Minimum für die Anzahl Verdrängungen zum Vermischen.

Es muß berücksichtigt werden, daß sowohl die minimalen als auch die maximalen Markierungskonzentrationen, die aus dem Mischer austreten, zu dem nach unten fortschreitenden Bett zurückgeführt werden und dadurch gespeichert werden, bis sie erneut in den Mischer strömen. In Figur HA mit dem Verweilzeitverhältnis 2,1 werden die beiden gleichen Gewichtsfraktionen und ihre gespeicherten minimalen und maximalen Konzentrationen dem Mischer so zugeführt, daß die Konzentrationsmaxima ebenso wie die Konzentrationsminima verstärkt werden. Wie in Figur HB gezeigt, werden bei einem Verweilzeitverhältnis von 1,6 diese in den Gewichtsfraktionen gespeicherten Konzentrationsminima und -maxima dem Mischer mit solchen Geschwindigkeiten zugeführt, daß das Minimum von

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einer Gewichtsfraktion sehr nahe dem Maximum der anderen Gewicht sfrakt lon in den Mischer eintritt. Daher sind sie phasenverschoben und es erfolgt keine Konzentrationserhöhung. Unter der in Figur HB gezeigten Phasenverschiebungsbedingung wird daher ein äußerst rasches Vermischen erzielt. Dieses Konzentrat ions erhöhungs- oder Resonanzphänomen erklärt das anscheinend fehlerhaft aufgezeichnete Verhalten vieler zum Vergleich untersuchter Mischsysteme.

Um die Wirkung der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung weiter zu erklären, wurde ein physikalisches Modell mit vier Kolonnen, wie in Figur 12 veranschaulicht, aufgebaut und getestet. Jeder Kolonne waren eigene Überführungsleitungen zugeordnet, so daß in jeder Kolonne durch Einstellen des Luftstroms die Verweilzeit eingestellt werden konnte. Um eine maximale Gleichmäßigkeit der Verweilzeit in jeder Kolonne zu gewährleisten, wurden getrennte Einlaßleitungen verwendet. Die Überführungsieitungen entleeren sich in einen Trennbehälter, und durch das Aufprallen wurde ein Gebiet mit hoher Pelletgeschwindigkeit und weitgehend ungeordneter Bewegung erzeugt. Messungen ergaben, daß zu jeder Zeit etwa 2% der gesamten Pellets sich in dieser Zone mit guter Durchmischung befanden.

Die durch die Tests mit diesem physikalischen Modell erhaltenen Werte wurden mit an einem mathematischen Modell erhaltenen Berechnungen verglichen. Zwei Tests mit einem linearen Verweilzeitverhältnis (Maximum/Minimum) wurden durchgeführt und entsprachen sehr weitgehend dem berechneten Verhalten. Ein einzelner Test, bei dem die Kolonnengeschwindigkejt sverteilung linear zu der Kolonnenanzahl eingestellt wurde, bestätigt, daß eine sich linear mit der Kolonnenanzahl ändernde Verweilzeitverteilung verglichen mit der linearen Geschwindigkeitsverteilung eine geringere Anzahl Verdrängungen zum Vermischen ergibt.

Der Grund dafür, daß die lineare Verweilzeitverteilung die kürzeste

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Mischzeit ergibt, ist zwar nicht völlig erklärbar, kann jedoch ein Ergebnis einer gleichförmigeren Beschickung des Mischers mit Konzentrationsschichten sein.

Unter Berücksichtigung aller erhaltenen Testergebnisse und der Entdeckung des Resonanzphänomens kann geschlossen werden, daß es am vorteilhaftesten ist, die folgenden Gesichtspunkte beim Aufbau und Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Vermischen froifließender Feststoffe zu berücksichtigen:

1. Eine beträchtliche Fraktion mit guter Durchmischung (0,01 bis 0,20) ist bevorzugt,·um die Mischzeit zu senken, ist jedoch natürlich auch kostspieliger wegen der Energie, die erforderlich ist, um ein größeres Volumen an Feststoffen als notwendig in einem Zustand starker Bewegung ζ u halten. Die gewählte Größe ist also die geringste, mit der die gewünschten Mischzeiten bei Einhaltung optimaler Werte für alle übrigen Variablen erzielt werden.

2. Das Verweilzeitverhältnis muß in Abhängigkeit von der Größe des Mischers, der Anzahl Kolonnen, dem Unterschied der Zusammensetzung der zu vermischenden Materialien und der Verweilzeitverteilung vorzugsweise zwischen etwa 1,5 und 5*0 gehalten werden. Ein Verweilzeitverhältnis unter 1,5 verursacht in jedem Fall zu starke Konzentrationsamplitudenpeaks beim Austritt des Materials aus dem Mischer und damit längere Mischzeiten. Ein Verweilzeitverhältnis über 5*0 verursacht längere Mischzeiten wegen der zur Verdrängung der langsamer fortschreitenden Kolonnen erforderlichen Zeit. Eine direkte Beziehung zwischen dem Verweilzeltverhältnis und den Miechzeiten besteht nicht. Die Optima liegen jedoch in dem Bereich von 1,5 bis 5,0.

J5. Verweilzeitverteilung und Anzahl Kolonnen sind so zu wählen, daß die konstanteste Beschickung mit Konzentrationsstörung für den Mischer und damit die kleinste Amplitude der aus dem Mischer austretenden Konzentrationszyklen erzielt wird. D.h. eine Ver-

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weilzeitverteilung, die linear zu der Kolonnenzahl ist, und eine größere Anzahl Kolonnen sind erwünscht. Die Anzahl Kolonnen beträgt für die meisten Mischvorgänge vorzugsweise mehr als 5.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Mischen eines Bettes teilchenförmiger Feststoffe von im wesentlichen einheitlicher Teilchengröße, die unter der Wirkung ihres Eigengewichts einer Mischzone zugeführt werden, und Rückführen der vermischten Feststoffteilchen auf das obere Ende des Bettes, dadurch gekennzeichnet, daß man nacheinander getrennte Gewichtsfraktionen an den Feststoffteilchen für verschiedene Verweilzeiten in Kolonnen innerhalb des nach unten fortschreitenden Bettes hält, während man kontinuierlich Feststoffteilchen, die unter ihrem Eigengewicht nach unten strömen, von diesem Bett in eine gemeinsame Aufwirbelungsmischzone abzieht, die Feststoffteilchen in der Mischzone durch Aufwirbeln mit Gas innig miteinander vermischt und die miteinander vermischten Feststoffteilchen zum oberen Ende des Bettes zurückführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen bei ihrer Abwärtsbewegung in dem Bett zu der Aufwirbelungsmischzone einem Mischen in gewissem Ausmaß unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Aufwirbelungsmischzone vermischten Feststoffteilchen in einem Strom von Aufwirbelungsgas zum oberen Ende des Bettes zurückgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des vertikalen Kolonnenanteils der Feststoffteilchen des nach unten in die Aufwirbelungsmischzone strömenden Bettes so-eingestellt wird, daß sie längs des Umfanges des Bettes verschieden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, J oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu irgendeinem Zeitpunkt aufgewirbelte Fraktion an Feststoffteilchen zwischen etwa 0,01 und 0,20 der Gesamtmenge der Feststoffe liegt.

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6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl getrennter Feststoffgewichtsfraktionen, die von dem Bett abgezogen wird, mehr als 5 beträgt und daß alle Fraktionen praktisch gleiches Gewicht haben.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeitverteilung von Feststoffen, die eine eigene Gewichtsfraktion der von dem Bett abgezogenen Feststoffe darstellt, etwa linear zu der Anzahl getrennter Gewichtsfraktionen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von maximaler zu minimaler Verweilzeit von Feststoffen, die die getrennten Gewichtsfraktionen von von dem Bett abgezogenen Feststoffen darstellen, in dem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 5*0 liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringer Teil der umlaufenden Feststoffteilchen kontinuierlich abgezogen und kontinuierlich ein gleicher Anteil an neuen, nicht-vermischten Feststoffen auf das Bett aufgegeben wird.

10. Vorrichtung zum Mischen eines Bettes von Feststoffteilchen, gekennzeichnet durch eine Kombination eines dieses Bett von Feststoffteilchen enthaltenden Behälters, einer Mischeinrichtung durch Aufwirbeln mit Gas, Einrichtungen zur Einstellung verschiedener Verweilzeiten für getrennte Gewichtsfrakt ionen an den Feststoffen in dem Bett, während diese Feststoffe unter der Einwirkung ihres Eigengewichtes durch das Bett nach unten fortschreiten und Ausbringen der Feststoffe aus dem Bett zu der Einrichtung zum Vermischen durch Aufwirbeln mit Gas sowie einer Einrichtung zur Rückführung der Feststoffe, durch die die Feststoffe in innig vermischtem Zustand von der Aufwirbelungsmischzone zum oberen Teil des Bettes zurückgeführt werden.

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11. Mischvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Kombination eines Behälters, der ein Bett von zu vermischenden Feststoffteilchen enthält und einen aufrechten oberen Abschnitt, der mit einem trichterartigen Bodenabschnitt verbunden ist, aufweist, eines vertikal zu dem erwähnten oberen Abschnitt angeordneten Luftdurchzugsrohrs, dessen unteres Ende in offener Verbindung mit dem trichterförmigen Bodenteil und dessen oberes Ende in offener Verbindung mit dem oberen Ende des oberen Abschnitts steht, Einrichtungen zum Aufwirbeln von Feststoffen in dem Gebiet, das an das untere Ende des Luftdurchzugsrohrs angrenzt, Einrichtungen zum Mitnehmen von Feststoffen nach oben durch das Gasdurchzugsrohr sowie Feststoffströmungsbegrenzungseinriehtungen in den Strömungswegen der Feststoffe in dem Bett, durch die für getrennte Gewichtsfraktionen der Feststoffe innerhalb des Bettes verschiedene Verweilzeiten eingestellt werden, während unter ihrem Eigengewicht nach unten sich bewegende Feststoffe von dem Bett in das Gebiet an dem unteren Ende des Luftdurchzugsrohrs abgezogen werden, das mit der Einrichtung zur Aufwirbelung der Feststoffe ausgestattet ist.

12. Mischvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Kombination eines Behälters, der ein Bett von zu vermischenden Feststoffteilchen enthält und aus einem aufrechten zylindrischen oberen Abschnitt, der mit einem umgekehrten kegelstumpfförmigen Bodenabschnitt verbunden ist, besteht, eines Luftdurchzugsrohrs, -das koaxial zu dem erwähnten zylindrischen Abschnitt angeordnet ist undmit seinem unteren Ende in offener Verbindung mit dem kegelstumpfförmigen Bodenabschnitt undmit seinem oberen Ende in offener Verbindung mit dem oberen Ende des zylindrischen Abschnitts steht, Einrichtungen zur Aufwirbelung von Feststoffen in dem Gebiet an dem unteren Ende des Luftdurchzugsrohrs, Einrichtungen zur Mitnahme von Feststoffen aufwärts durch das Gasdurchzugsrohr und Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtungen in den Strömungswegen der unter ihrem Eigengewicht fortschreitenden Feststoffe in dem Bett, durch die für

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²³³²

getrennte Gewichtsfraktionen an den Feststoffen in dem Bett verschiedene Verweilzeiten aufrechterhalten v/erden, während diese sich unter der Einwirkung ihres Eigengewichtes nach unten bewegenden Teilchen von dem Bett in das Gebiet an dem unteren Ende des Luftdurchzugsrohrs, das mit den Einrichtungen zur Feststoffaufwirbelung ausgestattet ist, abgezogen werden.

13. Mischvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Gasdurchzugsrohrs unter Bildung einer Vorkammer mit erweitertem Querschnitt, in der die Aufwirbelung der Feststoffe erfolgt, erweitert ist.

14. Mischvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung aus schraubenförmigen Platten, die koaxial zu dem Gasdurchzugsrohr in dem von der Innenwand des zylindrischen oberen Abschnitts und der. Außenwand des Gasdurchzugsrohrs gebildet wird, angeordnet sind, besteht.

15. Mischvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13* dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung aus ebenen Prallblechen besteht, die in einem größeren Winkel zur Vertikalen als dem normalen Ablagerungswinkel der zu vermischenden Feststoffe geneigt sind, und in den von der Innenwand des zylindrischen oberen Abschnitts und der Außenwand des Gasdurchzugsrohrs gebildeten Ringraum angeordnet sind.

16. Mischvorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung radial verstellbare Ventile, die im wesentlichen koaxial zu dem umgekehrten kegelstumpfförmigen Bodenabschnitt angeordnet sind, aufweist.

17· Mischvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung eine Anzahl öff-

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nungen von bestimmtem Durchmesser mit Öffnungen, die im wesentlichen parallel zu Elementen, die den Abschnitt von der Form eines umgekehrten Kegelstumpfes begrenzen, verlaufen, aufweist.

18. Mischvorrichtung nach Anspruch IJ), dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung eine im wesentlichen radial zu dem Gasdurchzugsrohr, quer zu dem durch die Innenfläche des kegelstumpfförmigen Bodenabschnitts des Behälters und der Außenfläche des Gasdurchtrittsrohrs begrenzten Raum angeordnete Platte von vorspringender ebener Form zum Drosseln des Feststoffstroms hinter der Platte in bestimmter Umfangsverteilung, durch die bestimmte Gebiete mit verschiedenen Querschnitten der Öffnungen zum Abziehen getrennter Gewichtsfraktionen von Feststoffen von dem Bett in das Gebiet an dem unteren Ende des Gasdurchtrittsrohrs, das die Einrichtung zur Feststoffaufwirbelung aufweist, aufweist und daß vertikale Prallbleche um den ganzen Umfang des von der Innenwand des Bodenabschnitts von der Form eines umgekehrten Kegelstumpf^ und der Außenfläche des Gasdurchzugsrohrs gebildeten Ringraum angeordnet sind.

19. Mischvorrichtung nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer zwei einander gegenüberliegende und Ende an Ende an den Enden mit dem großen Durchmesser miteinander verbundene kegelstumpfförmige Abschnitte aufweist, deren Verbindungslinie innerhalb des Bodenabschnitts des Behälters von der Form eines umgekehrten Kegelstumpfes liegt,

20. Mischvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung ebene Prallbleche aufweist, die in größerem Winkel als dem normalen Ablagerungswinkel der zu vermischenden Feststoffe gegen die Vertikale geneigt ist und die in dem von der Innenwand des zylindrischen oberen Abschnittes und der Außenwand des zylindrischen oberen

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Teils des Gasdurchzugsrohrs gebildeten Ringraum angeordnet s ind.

21. Mischvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung radial verstellbare Ventileinrichtungen, die im wesentlichen koaxial zu dem kegeistumpfförmigen Bodenabschnitt zwischen dem kegelstumpf förmigen unteren Abschnitt der Vorkammer des Gasdurchzugsrohrs und dem kegeistumpfförmigen Bodenabschnitt des Behälters angeordnet sind, aufweist und daß vertikale Prallbleche um den ganzen Umfang des durch die Bodenteile von der Form umgekehrter Kegelstumpfe des Gasdurchzugsrohrs und des Behälters gebildeten Ringraum verteilt angeordnet sind.

22. Mischvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffströmungsbegrenzungseinrichtung eine im wesentlichen radial zu dem Gasdurehzugsrohr, quer zu dem durch die Innenfläche des kegeistumpfförmigen Bodenabschnitts des Behälters und der Außenfläche des unteren kegeistumpfförmigen Teils des Gasdurchzugsrohrs begrenzten Ringraum angeordnete Platte von vorspringender ebener Form zum Drosseln der Feststoffströmung hinter der Platte in einer dem Umfang folgenden Verteilung, derart, daß getrennte Gewichtsfraktionen von Feststoffen von dem Bett in das Gebiet an dem unteren Ende des Gasdurchzugsrohrs, das die Peststoffaufwirbelungseinrichtung aufweist, abgezogen werden, aufweist, und daß vertikale Prallbleche um den ganzen Umfang des durch die Innenwand des kegeistumpfförmigen Bodenabschnitts des Behälters und die Außenwand des kegeistumpfförmigen Bodenabschnitts des Gasdurchzugsrohrs begrenzten Ringraum angeordnet sind.

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