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Verfahren und Vorrichtung zum Bilden von Silikatprodukten In der
GB-PS 1 339 598 ist beschrieben, wie ein komplexes Alkalimetall-Aluminium-Silikat-Material,
das in Chlorwasserstoffsäure vollständig löslich ist, durch ein Verfahren hergestellt
werden kann, wobei eine wässrige Lösung eines Alkalimetallsilikate und eine wässrige
Lösung eines Aluminiumsalzes unter hohe Scherkraft in solchen Verhältnissen und
unter solchen Bedigungen gemischt werden, daß ein Polymermaterial eines komplexen
Alaklimetall-Aluminium-Silikats im wesentlichen unmittelbar nach Kontakt der Lösungen
gebildet; wird und in eine stabile Dispersion in Wasser gebracht wird. Die besondere
Methode zur Schaffung hoher Scherung, die beschrieben ist, umfaßt die Ver wendung
eines hochtourigen Rotors.
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Eine Vorrichtung, die sich zur Verwendung bei dieser Methode eignet,
ist in Jener Patentschrift beschrieben und auch mehr im Einzelnen in der GB-PS 1
399 599. Sie besitzt eine Mischkammer, mindestens drei getrennte Zuleitungen für
Flüssigkeiten
in die Kammer, eine Austrittsleitung an einer von
den Zuleitungen entfernten Stelle, einen hydraulischen Ejektors zu dem die Austrittsleitung
führt, und Mittel zum Mischen des Materials, das durch die Zuleitungen eingeführt
worden ist, unter hoher Scherung In der Praxis ist die Kammer normalerweise ein
aufrechter Behälter, bei dern die Zuleitungen in den Boden führen und die .Austrittsleitung
beim Kopf herausgeführt ist und das Mittel zum Aufbringen hoher Scherung dicht beim
Boden des Be hälters angeordnet ist und im allgemeinen torflügel und Mittel zum
Rotieren der Rotorflügel mit einer Geschwindigkeit, die größer als 1000 U/Min. ist,
besitzt0 Diese Vorrichtung und die verschiedenartigen, damit verbundenen Rontrolletl
für deu Flüssigkeitsfluß, das Einstellen der Geschwin digkeit der Rotoren u0s0w
kann mit großer Genauigkeit betrieben zu werden, um setir feine Variationen in der
Durchsatzrate und Zusammensetzung des Produkts zu erzielen, Sie ist demgemäß sehr
geeignet in den Fällen, wo genaue Kontrolle wesentlich ist, insbesondere wenn das
Produkt direkt in eine Stadtwasserversorgung dosiert werden soll, um die Reinigung
des Systems zu unterstützen.
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Es gibt jedoch viele Fälle, beispielsweise bei der Reinigung von Abwasser
und Industrieabflüssen, wo eine so große Genauigkeit in der Kontrolle nicht unbedingt
nötig ist und es zweckmäßiger wäre, wenn eine einfachere Vorrichtung und insbesondere
eine, die nicht innerhalb so feiner Grenzen gesteuert werden muß und so hohe Rotationsgeschwindigkeiten
umfaßt, verwendet werden könnte0 Im Idealfall würde man eine Vorrichtung haben,
die keinen hochtourigen Rotor oder andere bewegenden Teile braucht und dennoch verwendet
werden kann, um Scherung zu erzielen, die hoch genug ist, so daß beim Mischen von
Wasser, Aluminiumsulfat und Natriumsilikat in der Vorrichtung ein Produkt erhalten
wird, das dem durch das bevorzugte, in der GB-PS 1 399 598 beschriebene Verfahren
erhaltenen sehr ähnlich ist0 Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine stabile
wässerige Dispersion eines komplexen Alkalimetall-Aluminium-Silikats mit
einem
pl'i von 3 bis 7,5, das bis zu 5% Silikat, gerechnet als Si02, enthält und das in
Chl orwasserstsffsäure löslich ist, hergestellt, indem man eine wässerige Losung
von Alkalimetallsilikat und eine wässerige Lösung eines Aluminiumsalzes unter Schwer
kraft mischt und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen unter
Scherkraft in einer Vorrichtung erfolgt, welche ein Mischrohr, mindestens zwei Zuleitungen,
durch welche wässerige Ströme in ein Ende des Rohres gehen können, und einen Auslaß
am anderen Ende des Rohres besitzt, indem man die flauptmenge des Wassers in des
Rohr durch eine Zuleitung und die wässerige Lösung von Alkalimetallsilikat durch
eine andere Zuleitung einspeist, wobei man die wässerigen Ströme jeder Zuleitung
durch feststehende, in dem Rohr angeordnete Mittel veranlaßt, einen im allgemeinen
schneckenförmigen Weg zu nehmen und sich unter Scherkraft zu vermischen, die genügt,
um das produkt in Chlorwasserstoffsäure löslich zu machen und die wässerige Dispersion
durch die Ausgangsöffnung bei einem Druck, der mindestens 40 psi (2,8 kg/cm²) niedriger
ist als der Druck bei der Eintrittsöffnung, durch welche die iIauptmenge Wasser
eingespeist wird, entnimmt.
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Eine Vorrichtung gemäl3 der Erfindung besitzt ein Mischrohr, mindestens
zwei Zuleitungen, durch welche wässerige Ströme in ein Ende des Rohres fließen können,
wobei eine der Zuleitungen für die Zufuhr der Ifauptmenge des Wassers für das Verfahren
bei einem Druck von mindestens 40 psi (2,8 kg/cm) vorgesehen ist, eine Austrittsöffnung
am anderen Ende des Rohres und feststehende Mittel innerhalb der Vorrichtung, um
die wässerigen Ströme zu veranlassen, einen im allgemeinen schneckenförmigen Weg
zu nehmen und sich miteinander unter Scherkraft zu vermischen, sowie zu veranlassen,
daß das l>rodukt, welches die Austrittsöffnung verläßt, Atmosphärendruck oder
weniger hat und welcher Druck mindestens 40 psi unter dem Druck in der Einlaßöffnung
der Hauptmenge des Wassers liegt.
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Wenn die Vorrichtung nur zwei Einlaßöffnungen besitzt, geht die Silikatlösung
durch eine von ihnen und die Hauptmenge des Wassers
und die Aluminiumsalzlösung
geht durch die andere, wobei diese andere Einlaßöffnung einen größeren Durchmesser
besitzt als die Einlaßöffnung für das Silikat, Vorzugsweise wird jedoch die Aluminiumsalzlösung
durch eine von der Eintrittsöffnung für die Hauptmenge des Wassers getrennte Einlaßöffnung
eingespeist und so hat die Vorrichtung vorzugsweise drei Einlaßöffnungen Die Hauptmenge
des Wassers muß unter Druck zugeführt werden und gewöhnlich aucil der andere strom
oder die anderen Ströme Die Hauptmenge des Wassers wird im allgemeinen durch ein
Einlaßrohr, das mindestens einen so großen Durchmesser hat wie die oder je des der
anderen Zutiihrungsrohre und der oft das 11/2 oder sogar 2-fache des Durchmessers
des(r) anderen Rohres oder Rohre beträgt, eingeführt Um zu erleichtern9 daß die
Ströme auf einem im allgemeinen schneckenförmigen Weg hindurchgehen und einander
mitnehmen ohne wesentliches anfängliches Vermischen wird es vorgezogen, daß die
Eintrittsrohre alle in einem Winkel von mehr als 120° zu dem Mischrohr stehen. VYenn
drei Einlaßleitungen vorhanden sind, wird es vorgezogen, dalJ zwei in einem Winkel
von mehr als 120°, z.B.
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etwa 1350 stehen, und die dritte in einem Winkel von 1800 steht, was
bedeutet, daß sie eine gemeinsame Achse mit dem Mischrohr hat Vorzugsweise befinden
sich die Einlaßleitungen und das Mischrohr in einer gemeinsamen Ebene.
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Die schneckenförmige Bewegung, welcher die wässerigen Ströme in dem
Verfahren der Erfindung unterworfen werden, bringt es notwendiger Weise mit sic!i,
daß die Ströme einander mitnehmen und nähern sich der Wirkung, die man mit Rotoren,
die sich mit sehr hoher Gesohwindigkeit bewegen, erreicht, wie in der GB-PS 1 399
598 Faktoren, wie die Länge und die Querschnittsfläche des Rohres, der Druckabfall
längs des Rohres und die Anzahl schneckenförmiger Windungen, zu deren Ausführung
die wässerigen Ströme durch das feststehende Mittel veranlaßt werden, beeinflussen
den Mischungsgrad des Alkalimetallsilikats und des AluminiumsalzesO Es ist
wichtig,
daß die feststehenden Mittel nicht so ausgebildet sind, daß sie einfach. Scherkraft
an den Zwischenflächen der benachbarten Ströme verursachen, was der Fall sein würde,
wenn ein einziger ungebrochener schneckenförmiger Streifen oder dünne Flügel, ,
deren Flächen absolut parallel zum Fluß stehen, in dem Rohr vorgesehen wären. Umgekehrt
sollten die feststehenden Mittel nicht derart sein daß Mischen ohne jegliche Scherkraft
stattfindet. So wäre bloßes Anordnen von Ablnkplatten regellos längs des Rohres
qzuer zur Länge des Rohres, beispielsweise wie Ir einem offenen Trog (launder, niGht
befriedigend weil der Strom nicht schneckenförmig wäre, sondern, bildlich, zickzack
wäre. In ähnlicher Weise wären die Resultate wieder nicht befriedigent, wenn wässerige
Ströme von Alkalimetallsilikat und eines Aluminiumsalzes lotrecht in ein iischrohr
und auf den Strom der Hauptmenge des wassers injiziert werden ohne daß irgendwelche
Mittel vorgesenen sind, um die verschiedenartigen Ströme zu zwigen, einige laminare
Charakteristiken beizubehalten und einander mitzunehmen. Es ist leicht zu beobachten,
ob das notwendige schneckenförmige Mitreißen, Mischen und Scherung durchgeführt
werden, da, nn das nicht der Fal 1 ist, ein saures lösliches Produkt in der Form
einer stabilen Dispersion nicht erhalten wird.
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Stattdessen wird Siliciumdioxyd oder anderes unlösliches Material
entweder sofort; oder nach. Stehen ausgefällt.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung endet die Zuleitung
für die Hauptmenge des Wassers in einer schlitzförmigen Öffnung, durch welche eine
Schicht von wasser (und manchmal Aluminiumsalz) auslciuft. Die Schicht und daher
die zu ihrer Bildung verwendete Öffnung ist Vorzugsweise rinfgörmig. Der ringförmige
Schlitz wird vorzugsweise außen durch die äußeren Wände seines Zuleitungsrohres
und innen durch einen Kegel, der In die se Einlaßöffnung paßt, wo das Zuflußrohr
mit dem Mischrohr verbunden ist begrenzt. Die Mittel, die ein gewisses Maß von schneckenförmigem
Fluß ergeben, können auf oder bei der Fläche des Kegels vorgesehen sein, beispielsweise
rillen auf der Oberfläche des Kegels oder auf den Wänden des Einlasses oder Rippen
zwischen dem Kegel und der Einlaßwand. Diese Rillen oder Rippen
können
spiralig oder telispiralig sein. Der Kegel ist vorzugsweise mit seiner Spitze stromabwärts
angeordnet. Die Wasserzuleitung, die den Kegel enthält, ist vorzugsweise coaxial
mit dem Mischrohr. Die konischen Wände des Kegels erstrecken sich vorzugsweise von
dem Zuleitungsrohr nach außen über die Öffnungen, die von dem anderen Zuleitungsrohr
oder -rot!ren am Eingangsende des Mischerrohres führen. Die Hauptmenge des Wassers
wird längs seiner Zuleitung nach dem Kegel geführt und läuft dann um die Seiten
des Kegels, um einen ringförmigen Schicht zu bilden, welche eine schneckenförmige
Bewegung hat, wenn eine oder mehr spiralige Rillen in dem Kegel vorgesehen sind,
und welcher unter hohem Druck steht Der Druck in der ringförmigen Schicht und in
dem zu dem Kegel führenden Rohr wird teilweise durch geeignete Wahl von bessungen
für den Kegel und den ringförmigen Schlitz kontrolliertO Die andere Zuleitung oder
Zuleitungen sind gegen die Fläche des Kegels gerichtet und so verstärkt der Strom
oder die ströme von ihnen den Coanda-Effekt, wodurch die Schicht nach den Seiten
des Kegels gezogen wird und es erfolgt wenig oder kein Mischen zwischen den Strömen
bei dieser Stufe.
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Wenn die mitgeführten Ströme den Scheitel des Kegels erreichen, entsteht
ein turbulenter Fluß im wesentlichen augenblicklich, um einen hohen Grad von Scherung
zu ergeben.
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Das Mischen unter hoher Scherkraft, die durch den Kegel geschaffen
wird, kann allein ausreicjien, um eine stabile Dispersion eines säurelöslichen Produkts
zu ergeben, aber gewöhnlich zieht man es vor, daß das Mischrohr Mittel aufweist,
um turbulentes Mischen und/oder schneckenförmigen Fluß auf seiner Länge zu verursachen.
Wünschenswerterweise verursachen diese weiteren Mittel, daß der wässerige Strom
auf einem im allgemeinen schneckenförmigen Weg verläuft und sie können längs des
Rohres angeordnete Ablenkbleche enthalten. Die Ablenkbleche werden zweckmäßigerweise
derart angeordnet, daß sie Umkehr des mitgeführten schneckenförmigen Flusses längs
des Kegels verursachen und sie eine unterbrochene oder zusammenhängende Spirale
in der entgegengesetzten Richtung schaffen. Alternativ können die Ablenkbleche
in
der Form einer Abscherschnecke, d.h. eines festen Gliedes, gewöhnlich in der Form
eines Bleches, das in eine Schnecke terdreht ist und von seine äußeren Kanten nach
der Mitte zu eingeschnitten ist, gewöhnlich ir rechten Winkeln zur Achse der Schnecke,
in Intervallen längs der Schnecke oder es können mehr als ein solciies Teil Ende
gegen Ende angeordnet, vorgesehen werden. Dadurch werden einzelne Ablenkbleche geschaffen
und wenn das Glied im wesentlichen dieselbe Weite hat wie der Durchmesser des Rohres
ist, erstrecken sind die Ablenkbleche über das ganze Rohr. Der Schnitt reicht gewöhnlich
über beispielsweise ein Viertel oder ein alle bis 95% oder mehr der Breite des Bleches.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die Scherschnecke, welche gewöhnlich aus Metall
hergestellt ist, obgleich sie beispielsweise auch aus einem Kunstsoffmaterial bestehen
kann, Im wesentlichen über die Länge des Mischrohres, obleich ein Teil von ihr ungeschnitten
sein kann, um einen Abschnitt zu schaffen, in welchem die flüssigen Ströme mitgeführt,
aber nicht einem hohen Mischungsgrad unterworfen werden.
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Das Einschneiden und Verdrenen des Bleches bedeutet, daL3 jedes Ablenkblech
in einem Winkel zu einer Ebene des Rohres steht.
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Dieser Winkel verursacht, daß die wässerigen Ströme von einem geraden
Weg rohraufwärts abgelenkt werden und ei~qei in al meinen schneckeniormigen Weg
folgen. Das Auftreffen der wasserigen Ströme auf die gewinkelten Ablenkbleche kann
dem Effekt, der durch das Vorsehen von Rotorflügeln in einem Winkel zu der Vertikalen
in der Vorrichtung die bei dem Verfahren der GB-PS 1 399 598 verwendet wird, nahekommen.
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Es wurde in der Tat gefunden, daß ein wünschenswertes Produkt einfach
hergestellt werden kann, inden man in dem Mischrohr eine Scherschnecke vorsieht
ohne daß ein Kegel des oben beschriebenen Typs notwendig ist, obgleich im allgemeinen
sowohl Kegel als auch Scherschnecke verwendet werden, Vorzugsweise sind die Zuleitungsrohre
und das Mischrohr gepreßt oder in anderer Weise aus einer einzigen festen Block
von Kunststoff
oder anderem Material geformt. Die Scherschnecke
und/oder der Kegel oder andere Mittel zur Erzeugung der schneckenförmigen Bewegung
sind vorzugsweise entfernbar innerhalb der Vorrichtung eingepaßt.
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Die Länge des Mischrohres wird im allgemeinen so gewählt, daß der
durchschnittliche Druckabfall längs des Rohres mindestens 4 psi pro inch (0,11 kg/cm2
pro cm) beträgt Wenn ein Kegel bei der Wassereintrittsöffnung verwendet wird, ist
die Druckabfall rate längs des hebels wesentlich größer als längs des übrigen Rohres.
Wenn beispielsweise ein hegel vorhanden ist, beträgt der Druckabfall auf seiner
Länge gewöhnlich wenigstens 40 psi (2,8 kg/cm²), vorzugsweise mindestens 60 oder
80 psi (4,2 oder 5,6 kg/cm²). Die Länge des Rohres beträgt gewöhnlich mindestens
15 oder 20 cm und gewöhnlich weniger als 50 cm, und es kann beispielsweise 28 oder
30 cm lang sein Der Durchmesser des Mischen rohres beträgt ii allgemeinen mindestens
5 mm, aber vorzugsweise weniger als 20 mm und liegt vorzugsweise zwischen 8 und
12 mmO Die Durchmesser der Zuleitungsrohre variieren im allgemeinen zwischen 5 und
20, vorzugsweise 5 bis 10 mm für das Hauptzuleitungsrohr, durch welches die tlaupCmenge
des Wassers in das Rohr eingespeist wird, und von 2 bis 10, vorzugsweise zwischen
2 und 6 mm, für das andere Rohr oder die anderen Rohre0 Gewöhnlich ist die Vorrichtung
so ausgelegt, daß die wässerige Dispersion durch die Austrittsöffnung im wesentlichen
bei oder beträchtlich unter Atmosphärendruck entnommen wird und der Druck der Hauptmenge
des Wassers beträgt an der Eintrittsöffnung mindestens 40 psi (2,8 kg/cm2)0 . Im
allgemeinen beträgt die Druckdifferenz zwischen der Eintrittsöffiiung und der Austrittsöffnung
mindestens 60 psi (4,2 kg/cm2) und oft mehr als 80 psi (5,6 kg/cm2) . Die große
Druckabfallrate auf der Länge des Rohres und der große Gesamtdruckabfall tragen
zu den Misch-und Scherkraftwirkungen bei, die bei der Erfindung für beste Ergebnisse
notwendig sind0
Das Produkt wird vorzugsweise durch die Austrittsöffnung
unter der Einwirkung eines hydraulischen Ejektors entnommen. So beträgt der Druck
am Ausgang oft mindestens 5, und vorzugsweise mindestens 10, beispielsweise 20 psi
Vakuum. Das Wasser, das durch den hydraulischen Ejektor eingeführt wird, verdünnt
den Silikatkomplex und dieses kann wünschenswert sein, wenn das Produkt direkt bei
der Behandlung von Wasservorräten verwendet werden soll. Auf diese Weise kann das
Wasservolumen, das durch die Einlaßöffnungen eingeführt wird, auf die menge herabgesetzt
werden, die zur Bildung einer stabilen Dispersion vor jeglicher weiteren Verdünnung
erforderlich ist.
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Es hat sich als wünschenswert erwiesen, eine Beziehung zwischen Siliktatgehalt
und pH zu finden, so daß bei geringeren Silikatgehalten die niedrigeren pH-Werte
und bei höhere Silikatgehalten die höheren Werte verwendet werden. Geeignete pH-Bereiche
zur Erzielung eines Produkts mit optimalen Eigenschaften sind in Tabelle I verzeichnet
und in Tabelle II sind die bevorzugten pH-Werte bei unterschiedlichen Silikatgehalten
angegeben. Natürlich können in den Tabellen nicht vermerkte Werte für Silika konzentrationen
durch Interpolation ermittelt werden.
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tabelle T %Silikat (als SiO2) pH-Bereich 0,5 3-4,2 1,0 3-4,3 1,5
3,2-4,5 2,0 3,4-4,6 3,0 3,7-4,9 4,0 4,3-5,4 5,0 5,5-7,5
Tabelle
II % Silikat (als SiO2) optimaler pH 0,5 3,6 1,0 3,7 1,5 3,8 2,0 490 3,0 4,3 4,0
4,9 5,0 695 Das Aluminiumsalz ist normalerweise das Sulfat, aber es können auch
andere Aluminiumsalze, wie beispielsweise Alaune und Aluminiumnitrat, verwendet
werden. Es kann im Handel erhältliches Aluminiumsulfat verwendet werden, aber es
ist natürlich wünschenswert, daß dieses nicht zu stark mit Säure verunreinigt ist0
Das Silikat ist normalerweise Natriumsilikat und wird normalerweise anfangs als
eine konzentrierte wässerige Lösung, die einen sehr hohen pH hat, beispielsweise
12 bis 13, erhalten, und die in dem Verfahren verwendete Menge Wasser ist gewöhnlich
derart, daß der pH der verdünnten Lösung von Natriumsilikat in Abwesenheit des Aluminiumsulfats
oder anderem Salz unter 11,6 und vorzugsweise unter 11,3 liegt. Es kann Kaliumsilikat
statt Natriumsilikat verwendet werden.
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Das in die Vorrichtung eingespeiste Wasservolumen ist normalerweise
sehr groß im Vergleich mit der Menge Natriumsilikat und Aluminiumsulfat. Beispielsweise
beträgt das Wasservolumen norma° lerweise mindestens das 20-fache des Volumens von
Natriumsilikat, gemessen als eine konzentrierte wässerige Lösung, und beträgt
gewöhnlich
mindestens das 40-fache des Volumens der Silikatlösung. Wenn nicht genügend wasser
vorhanden ist, ist das Produkt konzentrierter als erwünscht, obgleich, wie oben
beschrieben, das durch einen hydraulischen Ejektor an der Austrittsöffnung der Vorrichtung
eingeführte Wasser die notwendige Verdünnung schaffen kann Gewöhnlich ist die Hauptmenge
des Wassers, die durch die Hauptzuleitung in die Vorrichtung eingeführt wird, sowohl
frei von Natriumsilikat als auch von Aluminiumsulfat. So sind im allgemeinen die
Konzentrationen und relativen Fließraten der wässerigen Ströme, die in das Mischrohr
eingespeist werden, dieselben wie in der GB-Pß 1 399 598 beschrieben.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es eigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, Fig. 2 einer Schnitt durch eine andere Ausführungsform, Fig. 3 einen
Schnit auf der Achse X -1 von Fig. 2 und Fig. 4 bis 8 Darstellungen von Scherschnecken,
die sich zur Verwendung In der in Fig 2 2 und 3 dargestellten Vorrichtung eigen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt einen Block 1 aus Kunststoffmaterial,
gewöhnlich einem durchsichtigen Kunststoff, ein Mischrohr 2 und Zuflußrohre 3, 4
und 5, die in einer einzigen Einlaßöffnung 6 zusammenlaufen. Es können Verbindungsstücke
7 in die Austrittsöffnung 8 von dem Mischrohr und an den Eintrittspunkten nach den
Zuleitungsrohren eingepaßt sein, um den Anschluß geeigneter Leitungen zu erlauben,
um die Flüssigkeiten in die Vorrichtung einzuspeisen und das Produkt aus der Vorrichtung
zu entnehmen.
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Oft trägt die Austrittsöffnung 8 direkt in die zu behandelnde Flüssigkeit
aus mit dem Ergebnis, daß der Druck in dem Rohr dann im wesentlichen atmosphärisch
ist und kein Verbindungsstück 7
an der Austrittsöffnung benötigt
wird An dem Punkt, wo das Einlaßrohr 4 die gemeinsame Eintrittsöffnung 6 erreicht,
ist das Rohr selbst bearbeitet, wie bei 9 dargestellt, um einen Sitz für einen Kegel
10 ZU schaffen, der an dem Ende dieses Rohres angeordnet ist, um eine ringförmige
0 nung zu begrenzen. Die Seiten 11 des Kegels erstrecken sich ein genügendes Stück
durch die gemeinsame Einlaßöffnung 6, so daß Ströme von Natrium- (oder Kalium-)
silikat aus dem Rohr 3 und Aluminiumsulfat aus dem Rohr 5 unter den Einfluß der
ringförmigen Wasserschicht von hohem Druck, die um die Seiten des Kegels gedrückt
wird, gelangt. Infolge der Rillen 12 hat die Schicht eine schneckenförmige Bewegung.
Der herrschende Druck fällt dann im wesentlichen unmittelbar auf den in dem übrigen
Teil des Sischrohres herrschenden ab, beispielsweise atmosphärischen bis 20 psi
(1-1,4 kg/cm2) mit sich ergebender hoher hydraulischer Scherkraft in der mit A bezeichneten
Zone.
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Das Produkt gelangt dann gegen ein zusammenhängendes schneckenförmiges
Umlenkblech 13, welches zum Umkehren jeglicher Rotationsrichtung, die die @@chicht
gehabt haben kann, vorgesehen ist, mit dem Ergebnis, dalS stark turbulentes Mischen
in der Zone B erfolgte Sehr gründliches Mischen setzt sich durch Zone C (wo das
Umlenkblech 13 vorhanden ist) und durch Zone D (wo kein Umlenkblech vorhanden ist)
fort und schließlich tritt das Produkt aus der Austrittsöffnung 8 aus, alles innerhalb
eines Bruch teils von einer Sekunde. Die optimale Länge der Zonen B, C und D kann
leicht durch Versuch bestimmt werden und hängt beispielsweise von Fließgeschwindigkeiten
und Durchmessern ab. Gewöhnlich liegt die Zone B sehr dicht bei der Eintritssöffnung
6, wobei der oberste Teil der Schnecke 13 0,1 bis 2 cm von dem untersten Punkt,
an welchem die Rohre 3 und 5 mit den zylindrischen Wänden des- Rohres 2 zusammenlaufen,
entfernt ist.
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In einer typischen Vorrichtung kann der Durchmesser des Kegels und
daher im wesentlichen der Durchmesser des Zuführungsrohres
4 etwa
2/3 der ijöhe des Kegels s betragen und etwa das 2-fache des Durchmessers der Zuführungsrohre
3 und 5. Beispielsweise können die Züfuhrungsrohre 3 und 5 etwa 6mm Durchmesser
haben das Zuführungsrohr 4 kann etwa 12 mm Durchmesser haben und der Kegel kann
etwa 18 mm lang sein. Die Schnecke 13 kann sich beispielsweise über 5 bis 10 cm
erstrecken und die Zone D von 1 bis 10 cm.
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Typische Abmessungen des Blockes können beispielsweise 30 cm hoch,
15 cm breit und 5 cm tief betragen.
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Im Gebrauch wird ein Wasserstrom unter hohem Druck, gewöhnlich bei
einem Druck oberhalb 100 psi (7 kg/cm²) durch das Einleitungsrohr 4 eingeführt,
während Natriumsilikat durch das Rohr 5 und Aluminiumsulfatlösung durch das Rohr
3 eingeführt werden. Die Fließgeschwindigkeiten und Konzentrationen, und daher die
pH-Werte, sollten alle gewählt werden, wie in der GB-PS 1 399 598 beschrieben. Wenn
beispielsweise das Produkt verwendet werden soll, um 25 Millionen gallons (112 Millionen
Liter) pro Tag mit einem Gehalt von 2 ppm, gerechnet als SiO2, zu behandeln und
wenn es eine Konzentration von 2%, gerechnet als SiO2 haben soll, könnte der Wasserfluß
durch das Rohr 4 etwa 100 gallons (etwa 450 Liter) pro Stunde betragen, während
der Wasserfluß 800 gallons (2000 Liter) pro Stunde betragen könnte, wenn der Gehalt
4 ppm wäre und 100 Millionen gallons (450 Millionen Liter) pro Tag behandelt werden
sollten.
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Das durch das Verfahren erhaltene Produkt kann dem Produkt, das durch
das in der GB-PS 1 399 598 beschriebene Verfahren erhalten wird sehr ähnlich sein,
obgleich in einigen Fällen der Polymerisationsgrad vermindert sein kann. Jedoch
ist es notwendig daß beispielsweise die Zone C nicht so lang ist, daß der Polymerisationsgrad
bei den besonderen pH- und Konzentrationswerten, die in jedem besonderen Versuch
verwendet werden, so weit vermindert wird, daß die Dispersion instabil wird.
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Das durch Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung erhaltene
Produkt ist natürlich in Chlorwasserstoffsäure löslich und
es ist
wünschenswert, daß die Vorrichtung Mittel aufweist, um sie mit Chlorwasserstoffsäure
zu waschen. Zweckmäßigerweise besitzt dieses Mittel eine Zuführung für Chlorwasserstoffsäure
nach dem Wasserzuleitungsrohr an einer Stelle auf der Zufuhrungsseite des Mischkegels.
In der dargestellten Vorrichtung ist für diesen Zweck ein Zuführungsrohr 14 vorgesehen.
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Die Vorrichtung kann aus jedem geeigneten Material gebaut werden,
Wie gezeigt, ist sie vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt aber die gesamte Vorrichtung
oder ein Teil von ihr, beispielsweise die Schnecke 13 oder der Kegel 10 können aus
einem nichtkorrodierbaren Metall bestehen Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Vorrichtung
besitzt dieselben Grundelemente wie die in Fig0 1 dargestellte. Sie besitzt auch
Reinigungsleitungen 15, einen hydraulischen Ejektor 16 mit einer Zuleitung 17, eine
Säurezuleitung 18 und einen Druckmesser 19.
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Im Betrieb der Vorrichtung wird eine Scherschnecke, wie eine der Scherschnecken
20 bis 24, die in Fig0 4 bis 8 dargestellt sind, in das Mischrohr 2 eingesetzt.
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Jede der Scherschnecken besteht im wesentlichen aus einem Metallblech,
das zur Bildung einer Schnecke verdreht ist0 So sind in der Scherschnecke 23 sieben
vollständige Windungen des Bleches. Am unteren Ende jeder Scherschnecke befindet
sich ein Abschnitt 32, der in der Tat nicht verdreht ist, aber einen x-förmigen
Querschnitt hat0 Dieser Teil paßt in das Eintrittsende 6 des Mischrohres und in
diesem Abschnitt werden die Ströme anfangs mitgeführt.
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Bei jeder der Scherschnecken 20, 21, 22, 23 und 24 ist das verdrehte
Metallblech senkrecht zur Achse der Schnecke eingeschnitten, um derartige Flügel
zu bilden, daß sowohl Mischen der Ströme als auch schneckenförmige Bewegung gewährleistet
sind0 D.'e Bleche werden vor Verdrehen eingeschnitten und die Flügel weg
von
der Fließachse schräg gestellt und verursachen so eine gewisse Turbulenz, obgleich
sie so so orientiert sind, daß schneckenförmige Bewegung und ein gewisses Mitreißen
der Ströme untereinander gewährleistet ist. Die Scherschnecke 21 ist auf zwei vollständigen
Windungen der Schnecke ungeschlitzt und daher tritt die erforderliche Änderung im
urbulenzgrad nicht auf ehe die Ströme diesen Abschnitt passiert haben.
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Die beiden Typen von Flügeln n den Scherschnecken, d.h. schmale und
breite Flügel, sind mit 3C; bei der Schnecke 20 und mit 31 bei der Schneelie 24
bezeichnet. Die schmalen Flügel werden geschaffen, indem man aus Metallblech in
regelmäßigen engen Intervallen bis zu einem Abstand zwischen beispielsweise 1/4
und 1/2 der Breite des Bleches chlitzt. Die breiten Flügel 31 werden geschaffen,
indem man das Blech in größeren Intervallen bis zu einem Abstand, der größer als
1/2 der Breite des Bleches ist, schwitzt. Es wird natürlich vorgezogen, daß die
Flügel breiter sind, wenn die Schnittiefe großer ist, da die Flüge1 sonst zu schmal
und lang sind zum den gewünschten Widerstandsgrad gegen den Fluß zu schaffen und
so die gewünschte Turbulenz zu erzeugen.
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Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
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Beispiel 1 Es wird die Vorrichtung des oben beschriebenen Typs verwendet,
in welcher das Mischrohr 30 ca lang ist und einen Durchmesser von 2,5 cm hat, und
in welches eine Scherschnecke des Typs 21 eingesetzt ist, um einen bündigen Sitz
zu schaffen Die Fließraten, Konzentrationen und pH-Werte sind alle gewählt, wie
in der GB-PB 1 399 598 beschrieben und das Produkt ist dem ähnlich, das bei Verwendung
der Vorrichtung von Fig. 11 erhalten wird.
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Bei beiden Typen von Vorrichtungen werden die Zuleitungsrohre für
die Natriumsulikat- und Aluminiumsulfatlösungen zweckmäßig
durch
Zumessungspumpen, die die Fließrate kontrollieren, an die Vorrichtung angeschlossen,
das Wasser kann der Vorrichtung durch jeden zweckmäßigen Kontrollapparat zugeführt
werden und es kann ein Zeitmesser zwischen dem Chlorwasserstoffsäurevorrat und dem
Chlorwasserstoffsäureeintritt vorgesehen sein, um Waschen in vor bestimmten Intervallen
zu erlauben. Ein geeigneter Kontrollapparat für den Wasserfluß ist ein Flostat (Handelsname
für einen Apparat, der den Wasserfluß konstant hält) und schließt ein Solenoidventil
ein, welches den Säurewaschstrom nach einer vorbestimmt Zeit einleitet.
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Das Produkt kann in Behältern, beispielsweise Fässern, gesammelt und
anschließend nach seinem Verwendungsort transportiert werden, aber da die Konzentration
des Produkts, gerechnet als SiO2, normalerweise unter 5% liegt und oft sehr gering
ist, ist es ge wöhnlich zweckmäßiger, das Produkt entweder direkt in das Atwasser
oder in andere wässerige Suspension zu entladen0 Das durch Verwendung der beschriebenen
Vorrichtung erhaltene Produkt ist ausreichend, um als eine, partielle Koagulierhilfe
zu dienen und hat flöckchenbeschwerende Eigenschaften. Es kann auf jedes andustrielle
hbwasserbehandlungsverfahren angewandt werden das eine schnelle bedimentation suspendierter
Teilchen erfordert, insbesondere wenn das zu behandelnde Wasservolumen verhältnismäßig
klein ist und die Endqualität für normale Beseitigungszwecke geeignet sein soll.
Das Verfahren ist auch von großem Wert bei Abwasserbehandlung, o große Volumen durch
Klärungs- und Sedimentationsverfahren nur vor oder nach Schlammabbau behandelt werden
sollen0 Es ist leicht möglich, die Vorrichtung so zu bauan, daß sie zur erstellung
von genügend Koagulierhilfe verwendet werden kann, um bis zu 25 Millionen gallons
(113 Millionen Liter) Wasser pro Tag oder sogar bis zu 100 Millionen gallons (450
Millionen Liter) Wasser pro Tag zu dosieren, L)ie britische Patentschrift 1 399
598 entspricht der deutschen Patentanmeldung P 22 29 895.9 und die britische Patentschrift
1 399 599 entspricht der deutschen Patentanmeldung P 22 29 903.2.
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L e e r s e i t e