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Apparat zur halbkontinuierlichen Behandlung von Feststoffen
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur halbkontinuierlichen
Behandlung von pulvrigen, körnigen oder krümeligen Feststoffen mit Flüssigkeiten
und anschliessender Trennung der beiden Phasen, bestehend aus mehreren Behältern
mit Sieb oder Filterboden für die zu behandelnden Feststoffe, die auf einer endlosen
Transportlinie eine Füllstation, verschiedene Behandlungsstationen für Reaktions-,
Extraktions-, Filtrier-, Wasch- und Trockenprozesse und eine Entleerungsstation
passieren, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder mehreren Behandlungsstationen
der Durchfluss oder die Separation der Flüssigkeit aus dem Feststoff durch mechanischen
Druck und oder Vakuum unterstützt wird.
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Zur Behandlung von Feststoffen mit Flüssigkeiten für Extraktion, Wasch-
und Filtrierprozesse im diskontinuierlichen Verfahren werden bereits heute mit Erfolg
Behälter mit Filterboden angewendet, auf dem die Feststoffe aufgeschwemmt oder aufgeschüttet
werden. Die Flüssigkeit zum Extrahieren, Waschen oder für die Durchführung einer
Reaktion wird durch diesen Feststoffkuchen mittels Gravitation, hydraulischem
Druck
oder Vakuum hindurchgeführt. Das Vakuum wird auch oft benützt, um einen möglichst
guten Filtriereffekt bei der Separation des Feststoffkuchens von der Flüssigkeit
zu erreichen.
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Kontinuierliche oder halbkontinuierliche Apparate für den gleichen
Zweck benützen nach dem heutigen Stand der Technik für den Transport des Feststoffes
Bänder und Becherwerke, beziehungsweise auch ein umlaufendes Zellenrad in einem
stehenden Zylinder. Diese Konstruktionen erlauben keine Anwendung von Druck oder
Vakuum zur Beschleunigung des Durchlaufprozesses für die Flüssigkeiten, besonders
nicht die Anwendung eines mechanischen Druckes zum Auspressen der Flüssigkeit aus
dem Feststoffkuchen.
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Die vorliegende Erfindung macht die Anwendung des Drucks und des Vakuums
auch für den kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Prozess möglich.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen die Art der Erfindung beispielhaft.
Es stellen dar: Fig. 1 Draufsicht mit teilweisem Schnitt eines Apparates, Fig. 2
Querschnitt durch den Apparat nach Fig. 1, Fig. 3 Schnitt durch den Apparat nach
Fig. 1 nach der Schnittlinie I - II der Fig. 2, Fig. 4 Schnitt durch die Füllstation
mit Auflockerungs-und Glattstreichvorrichtung nach-Schnittlinie III - IV der Fig.
1, Fig. 5 Schnitt durch eine mechanische#Pressstation.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen eine apparative Möglichkeit zur Realisation
des Erfindungsgedankens. Das Gehäuse des Apparates
besteht aus
dem zylindrischen Teil 1 mit Boden 2, Decke 3, seitlich angesetzter Entleerungskammer
4 mit untergehängtem Ausfallsilo 5 sowie dem Dachaufsatz 6, der den Entleerungsmechanismus
aufnimmt. Dieses Blechgehäuse ist durch eine kräftige Stahlkonstruktion abgestützt,
die korbförmig alle Gehäuseteile umfasst und verstärkt. Diese Stahlkonstruktion
besteht im einzelnen aus der rohrförmigen Mittelstütze 10 mit Tragflansch 11, Lagerflansch
12 und Konsolenstern 13 sowie den äusseren Stützen 14. Diese vertikalen Stützelemente
tragen die korbartigen Abstütz- und Versteifungsträger 15 für den Boden, 16 für
die Aussenbleche und 17 für die Decke des Gehäuses.
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Das Gehäuse ist mit allen notwendigen Oeffnungen und Anschlusselementen
versehen. 20 sind die Oeffnungen über den verschiedenen Behandlungsstationen, 21
der Zuführungsstutzen für die Feststoffe, 22 die Anschlussöffnungen im Boden für
die Abführung der Behandlungsflüssigkeit und 23 die Ablaufstutzen für Leckflüssigkeit.
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Für den Transport der Feststoffe sind 8 zylindrische Behälter 30 vorgesehen
(siehe auch Fig. 3 und Fig. 5). Jeder dieser Behälter ist mit einem druckfesten
Boden 31 und Filterboden 32 versehen, der mittels der Rippen 33 druck-und vakuumfest
abgestützt ist. 34 ist der Boden-Ablauf.
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Ausserdem ist jeder Behälter mit dem Tragring 36 ausgerüstet, an dem
die Tragbolzen 37 mit den Aussenflanschen 38 befestigt sind.
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Die zylindrischen Behälter 30 stehen mit ihren verlängerten Zargen
35, zentriert in den Ringen 44, auf einem sternförmigen Drehboden, der aus dem Lager
40, den sternförmigen Trägern 41, dem Aussenring 42 und der ringförmigen Schiene
43 besteht, die sich wiederum auf den in der Gehäusekonstruktion befestigten Tragrollen
46 abstützt. Der Drehboden mit den darauf stehenden Behältern ist also zentral auf
der Mittelstütze 10 und aussen über dem Schienenring 43 auf den Tragrollen
46
drehbar gelagert. Für die taktförmige Bewegung des Drehtellers dient im vorliegenden
Fall der hydraulische Zylinder 47, der an seitlichen Laschen des Schienenringes
43 ähnlich einem Klinkenmechanismus angreift. Ein hydraulischer Sperrkolben 48 sorgt
für eine Fixierung des Drehtellers in den acht Behandlungspositionen.
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Die Entleerungsvorrichtung des Behälters ist am besten aus den Fig.
2 und 3 ersichtlich. Sie besteht im wesentlichen aus einer 2-Schienen-Kranlaufbahn
50 und 51 mit zwei Endtraversen 52 und 53, an denen zwei parallel arbeitende Hydraulikzylinder
54 und 55 angreifen. Die zu den Hydraulikzylindern gehörenden Kolben 56 und 57 sind
an den Supporten 58 und 59 auf dem Dachaufsatz 6 angehängt. Mit dieser Hydraulik
können die Kranschienen der Entleerungsvorrichtung gehoben und gesenkt werden. Auf
den Kranschienen 50 und 51 wird die Laufkatze 60 mittels des Hydraulikzylinders
61 über die Zwischengelenkstange 62 horizontal verschoben. An der Laufkatze sind
die Greiferarme 63 und 64 befestigt, deren untere Enden als Haken ausgebildet sind.
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An dem Greiferarm 64 ist im Lager 65 das Zahnrad 66 mit Mitnehmerbolzen
67 gelagert. Das Zahnrad wird von der Zahnstange 68 bewegt, die von dem Hydraulikzylinder
69, befestigt am Greiferarm 64, betätigt wird.
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Der Entleerungsvorgang spielt sich wie folgt ab (siehe Fig. 2): In
der Ruhestellung befindet sich die Laufkatze 60 mit Greiferarmen 63 und 64 über
dem Ausfallsilo 5, so dass der Drehboden mit den Behältern 30 ungehindert in die
gewünschten Positionen gedreht werden und auch der zu entleerende Behälter auf der
Entleerungsstation eingefahren werden kann.
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Der Entleerungsvorgang beginnt mit dem horizontalen Verfahren der
Laufkatze 60, wobei die Kranschienen 50 und 51
so;tief abgesenkt
sind, dass die Hakenöffnungen der Greiferarme 63 und 64 andenTragbolzen 37 des Behälters
30 anstossen. Der Kran und damit die Greiferarme werden dann so weit angehoben,
dass die Hakenrundung der Greiferarme die Tragbolzen des Behälters-umschliesst und
ausserdem der Mitnehmerbolzen 67 des Zahnrades 66 in den entsprechenden Schlitz
des Aussenflansches 38 des Tragbolzens 37 eingegriffen hat. Diese Stellung ist in
den Figuren 2 und 3 gezeigt. In dieser Stellung hängt der Behälter in den Greiferarmen
und wird mittels den hebbaren Kranschienen weiter in die oberste Stellung gebracht
und mittels des Hydraulikzylinders 61 horizontal über das Auslaufsilo verfahren,
wie es in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt ist.
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Das Auskippen des Behälters erfolgt durch Hydraul#ikzylinder 69 über
Zahnstange 68 und Zahnrad 66, das die Drehung über den Mitnehmerbolzen 67 auf den
Aussenflansch 38 des Tragbolzens 37 überträgt. Die behandelten Feststoffe fallen
in das Ausfallsilo 5 und werden dort mittels der Schnecke 25 heraustransportiert.
Das Zurückkippen des geleerten Behälters und der Rücktransport erfolgen in umgekehrter
Reihenfolge, bis der Behälter 30 wieder auf dem Drehboden steht und die Laufkatze
mit den Greiferarmen sich wieder über dem Ausfallsilo 5 bei der Ausgangsstellung
befindet.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann jeder Behälter mit Feststoffen durch
das Drehen des Drehbodens insgesamt acht Stationen = Positionen einnehmen.
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Normalerweise ist nach der Entleerungsstation die Füllstation mit
Glattstreichvorrichtung# A angeordnet, die in Fig. 4 dargestellt ist. Aus einem
Kastenbeschicker 70 wird der Behälter 30 mittels Transportband 71 durch Stutzen
21 gefül#lt, wobei sich der Rührer 72 zweckmässig in der oberen strichpunktiert
gezeichneten Stellung befindet. Der Rührer 72 ist an der Welle-73 befestigt und
wird über das Schneckengetriebe 74 angetrieben, das auf der Plattform 75 befestigt
ist.
Diese Plattform mit dem gesamten Rührer ist in bekannter Weise mit den hydraulischen
Zylindern 76 und 77 heb-und senkbar. Die Rührschaufeln 78 sind in ebenfalls bekannter
Weise so ausgebildet, dass der Feststoffkuchen entweder aufgelockert und verteilt
oder in der anderen Drehrichtung glattgestrichen wird. Im Deckel 79 sind ausserdem
ringförmig Düsen 80 vorgesehen, mit denen die Flüssigkeit auf dem Filterkuchen möglichst
gleichmässig verteilt wird. In der Position B, C und D kann beispielsweise nur eine
weitere Behandlung mit einer Flüssigkeit erfolgen. In Pos. E kann wiederum eine
Auflockerungs- und Glattstreichvorrichtung montiert werden, um damit eine Kanalbildung
und damit ungleichmässige Behandlung des Feststoffkuchens zu vermeiden.
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In Position F erfolgt eine normale Flüssigkeitsbehandlung, während
auf Position G im vorliegenden Fall eine mechanische Auspressstation vorgesehen
wird, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.
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Die Pressung kann in einfachster Form mittels einer Auspressplatte
erfolgen, die wie ein Kolben von oben hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch auf
den Feststoffkuchen aufgepresst wird. Eine solche einfache Vorrichtung ist zeichnerisch
nicht dargestellt, da sie aus einer einfachen, mit Rippen verstärkten Platte besteht.
Es werden auch zwei runde Platten benützt, zwischen denen ein oder mehrere hydraulische
oder pneumatische Druckkissen angebracht sind.
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Fig. 5 zeigt in der linken und rechten Schnitthälfte zwei Varianten
einer hydraulischen oder auch pneumatischen Auspressvorrichtung mit einer elastischen
Pressmembrane und ebenso die druck- und vakuumdichte Abführungsvorrichtung für die
Flüssigkeit. Im Behälter 30 mit Tragring 35 und druckfestem Boden 31 ist der durchlöcherte
Filterboden 32 eingesetzt und mittels den Rippen 33 druckfest abgestützt.
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In bekannter Weise ist auf Fig. 5 auch ein Filtertuch 81 mittels Spannelement
82 auf dem Filterboden 32 befestigt.
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Der Presskolben besteht aus dem kombinierten Druckboden
83,
der mit der heb- und senkbaren Stempelwelle 84 über Rippen fest verbunden ist. An
dem Druckboden 83 ist der Stempel 85 angeflanscht, der aus dem Befestigungsflansch,
einer zylindrischen Zarge und einem durchlöcherten Membranboden besteht. Die Pressmembrane
86 aus einem elastischen Werkstoff, wie z.B. Gummi, Neopren, Viton, Silikongummi
ist um die Uebergangskante zwischen Membranboden und zylindrischer Zarge des Stempds
85 herumgezogen und dort mittels des Spannringes 87 festgespannt und abgedichtet.
Wird durch die hohle Stempelwelle 84 ein Gas oder eine Flüssigkeit unter Druck zugeführt,
so bläht sich, wie strichpunktiert eingezeichnet, die elastische Membrane auf und
presst den Feststoffkuchen zusammen, um möglichst viel Flüssigkeit aus dem Feststoff
zu entfernen. Die rechte Hälfe der Fig. 5 zeigt die Ausführung mit nur einer Membrane,
wobei für die Führung des gesamten Presskolbens noch Führungsnocken 88 vorgesehen
sind. Auf der linken Zeichnungshälfte ist als Variante noch eine zweite schlauchartige
Membrane 89 vorgesehen, die über die Schlauchverbindung 90 und das Rohr 91 separat
aufgeblasen werden kann, um einerseits eine zweite Abdichtung zu ermöglichen, andererseits
aber durch Reibung die axiale Presskraft direkt in den Behälter 30 einzuleiten und
die Stempelwelle 84 zu entlasten. Da die Gegenkraft zur Presskraft in diesem Fall
direkt von dem Behälter 30 aufgenommen wird, ermöglicht dies eine leichtere Konstruktion
des Gehäuses. Der gleiche Effekt wird als Variante durch mehrere, z.B. drei hydraulische
Presszylinder 92 erreicht, deren Kolben 93 in Rasterleisten 94 eingreifen, die am
Bhälter angebracht sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich um Presszylinder mit
einseitiger Druckzuführung 95 und Rückholfeder.
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Der Pressvorgang beginnt mit dem Absinken der Stempelwelle 84 mit
dem Presskolben, bis die Membrane 86 satt auf dem Feststoffkuchen aufliegt. Hierauf
wird die Stempelwelle entweder an der Stahlkonstruktion des Gehäuses fixiert oder
der Presskolben selbst durch Aufblasen der Membrane 89 durch Reibung an dem Behälter
30 fixiert. Eine dritte Möglichkeit bietet
das Einrasten von dem
Kolben 93 in die Rasterleisten 94.
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Nach dieser Fixierung wird die Gummimembrane 86 aufgeblasen und der
Feststoffkuchen ausgepresst. Bei stark kompressiblen Feststoffkuchen kann dieser
Vorgang mehrmals wiederholt werden, wobei man den Presskolben jedesmal weiter absenken
kann. Die Rückführung des Presskolbens erfolgt in umgekehrter Folge der geschilderten
Prczessschritte.
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Es ist als weitere Variante auch möglich, unter dem Filtertuch 81
eine elastische Gummimembrane anzubringen, wenn das Filtertuch selbst genügend elastisch
und die erforderliche Volumenreduktion des Feststoffkuchens nur klein ist.
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Ebenso kann der zylindrische Teil des Behälters innen mit einer aufblasbaren
Gummimembrane ausgekleidet sein, so dass die Pressung radial von aussen nach innen
erfolgt.
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Das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geschilderte Transport-
und Entleerungsprinzip der Behälter macht es notwendig, dass die Verbindung zwischen
der Ablauföffnung der Behälter 30 mit dem am Gehäuse befestigten Ablaufrohr jeder
Behandlungsstation vor dem Weitertransport gelöst und nach jedem Transportschritt
wieder neu gekuppelt wird.
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Das hier dargestellte Kupplungssystem besteht gemäss Fig. 2 und Fig.
5 aus einem automatischen Kugelventil 100, 101, 102, 103, 104 und Kupplungskonus
105, das an jedem der Behälter 30 befestigt ist, sowie dem Ablaufsystem, das am
Gehäuse befestigt ist. Jedes Ablaufsystem besteht aus dem Kupplungskonus 106 mit
Dichtung 107, dem Ablaufrohr 108, der flexiblen Schlauchverbindung 109, dem Steuerventil
110 und dem Halter 111, der am Gehäuseboden 2 befestigt ist. Das Ablaufrohr 108
mit Kupplungskonus 106 ist in der Hohlbohrung eines Kolbens 112 befestigt, der von
dem im Gehäuseboden 2 befestigten hydraulischen Zylinder für das Aus- und Einkuppeln
auf-und abbewegt werden kann. In Bild 1 ist auf der rechten Seite das Ablaufsystem
ausgekuppelt, auf der linken Seite eingekuppelt gezeigt.
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Bild 5 zeigt im Detail das automatische Auslaufventil des Behälters,
das aus Gehäuse 100, dem Sitz 101 und dem Schraubteil 102 besteht, mit dem die Teile
zusammengehalten sind und mit dem auch die Kugel 103 über die Feder 104 auf den
Sitz 101 gedrückt wird und den Auslauf automatisch dichtet. 105 ist der am Behälter
befestigte Kupplungskonus. An dem beweglichen Kupplungskonus 106 ist ein Stift befestigt,
der beim Einkuppeln die Ventilkugel 103 aus dem Sitz hochdrückt und den Behälterablauf
damit öffnet.
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Mit einer gleichen Vorrichtung ist es auch möglich, den Feststoffkuchen
von unten her durch Druckstösse aufzulockern.
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Die in den anliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsart des
Erfindungsgegenstandes ist nur eine der vielen Varianten des Erfindungsgegenstandes.
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Für das Transportsystem des Behälters auf der Entleerungsstation können
die Behälter auch mit den Tragbolzen in einem Rollenwagen hängen, der über das Ausfallsilo
gefahren wird. Das Auskippen erfolgt in diesem Fall durch Kuppeln des Tragbolzens
mit einem aussen liegenden Schwenkgetriebe.
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Es ist auch möglich, auf der Entleerungsstation den Behälter in einer
annähernd horizontalen Stellung mit einer ebenfalls von aussen einzufahrenden Waschlanze
von allen Feststoffresten zu reinigen. Zur Abführung der Waschflüssigkeit wird in
diesem Fall automatisch eine Auffangrinne unter dem Behälter eingeklappt oder eingefahren.
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Auch die Folge der Behandlungsstationen kann jedem Prozess angepasst
werden. Ist es zum Beispiel zweckmässig, in mehreren Stufen zu reagieren, zu waschen,
zu extrahieren oder zu filtrieren, kann es zweckmässig sein, auch zwischen zwei
Stufen die Restflüssigkeit durch Vakuum oder Druck weitgehend zu separieren.
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Bei den gezeigten und geschilderten Pressstempelausführungen sind
ebenfalls viele Varianten möglich, z.B. die Ausführung der Stempelwelle als Schraubenspindel
oder der Antrieb der Stempelwelle durch ein auf dem Gehäuse aufgesetztes Zahnstangen-
oder Schraubenspindelgetriebe.
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Bei manchen Prozessen kann auch ein Gas durch den Feststoffkuchen
eventuell bei gleichzeitiger Auflockerung des Feststoffkuchens durchgeführt werden,
z.B. um den Feststoff zu kühlen oder aufzuwärmen oder um einen Reaktions- oder Trockenprozess
zu beschleunigen.