DE2714858B2 - Verfahren und Vorrichtungen zur Hydratation von Branntkalk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf entsprechende Vorrichtungen zur Hydratation von Branntkalk zu einer Kalkhydrat-Wasser-Suspension in einem Kreislaufsystem, in das Branntkalk und Wasser dosiert eingetragen und während der fortdauernden Reaktion umgewälzt werden und bei dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch als Suspension abgezweigt wird.

Suspensionen aus Calcium- und/oder Magnesium-Hydroxid und Wasser — genannt »Kalkmilch« — stellt man her, indem man Branntkalk in stückiger oder gemahlener Form mit Wasser zusammenbringt und verrührt Die so entstandene Kalkmilch wird a a. in der chemischen Industrie sowie in der Wasser- und Abwassertechnik in großem Umfang verwendet Vornehmlich dient Kalkmilch zur Neutralisation von Säuren, zur Enthärtung von Brauch- oder Trinkwasser, zur Phosphatentfernung, Bindung von Schwermetallen und Rockung in Abwasserbehandlungsanlagen sowie zur Schlammkonditionierung.

Die Geschwindigkeit und Vollständigkeit, mit der diese Prozesse ablaufen, werden maßgeblich mitbestimmt durch die Lösungsgeschwindigkeit der in der Kalkmilch enthaltenen Feststoffteilchen; denn von dem Kalk sind je nach Temperatur nur 1,2 bis 1,5 g/l in Lösung, während die restliche Kalkmenge, die je nach Konzentration bis zu dem 200fachen und mehr betragen kann, in der Suspension als Bodenkörper enthalten ist Nach allgemeiner Erfahrung und eingehenden speziellen Untersuchungen kann man davon ausgehen, daß die Lösungsgeschwindigkeit in etwa direkt proportional der Oberfläche des Bodenkörpers ist und damit von der mittleren Teilchengröße bestimmt wird.

Es ist bereits bekannt, zur Herstellung von Kalkhydrat aus Branntkalk die Suspension im Kreislauf umzupumpen (DE-AS 10 06 774). Hierbei ist jedoch nur eine diskontinuierliche Arbeitsweise möglich, weil nach Beendigung des Löschvorganges der Kreislauf unterbrachen werden muß, um das fertige Kalkhydrat zu entnehmen. Danach wird die Anlage erneut mit gemahlenem Branntkalk und Wasser beschickt

Nachteilig ist dabei, daß nach jeder Unterbrechung des Betriebes, sei es zur Entnahme des gelöschten Kalkes oder zur Stillsetzung über einen gewissen Zeitraum, unweigerlich Ablagerungen in dem gesamten System entstehen, die vor erneuter Beschickung oder Inbetriebnahme beseitigt werden müssen.

Ferner ist es bekannt, zur Löschung von Branntkalk ein aufrecht stehendes Reaktionsgefäß zu verwenden, in das der Kalk und das Wasser getrennt — oben der Kalk, unten das Wasser — eingegeben werden (US-PS 17 80 821). Das ausreagierte Produkt steigt dabei nach oben und wird im Oberlauf ausgetragen. Eine schnelle Benetzung des Kalkes läßt sich auf diese Weise nicht erreichen; erfahrungsgemäß tritt eine starke Vergrie-Bung des Oxids ein, weshalb das Gerät sehr schnell unbrauchbar wird.

Wird in dis Reaktionsgefäß ein Rührwerk eingebracht (DE-AS 11 77 056) läßt sich dadurch möglicherweise die Homogenität der Suspension erhöhen und ein Eindicken der Kalkmilch in der Nähe des Behälterbodens verhindern, wodurch sich jedoch noch keine wirtschaftliche Herstellungsweise und eine qualitative Verbesserung des Produktes erreichen IaBt

Der Erfindung Hegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der beschriebenen Herstellungsmethoden zu beseitigen und ein Ve» fahren zu schaffen, mit dem sich eine extrem feinteilige, höchst reaktive Kalkhydrat-Wasser-Suspension in wirtschaftlicher Weise herstellen läßt.

Es hat sich gezeigt, daß sich diese Aufgabe in überraschend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemahlener Branntkalk und Wasser kontinuierlich in das Aufgabegefäß eingetragen, anschließend der im Wasser suspendierte Kalk vermittels einer Fördereinrichtung mit an sich bekannten Intensivmischem einem hohen Schergefälle ausgesetzt und einem Zyklongefäß als Reaktionsraum zugeführt wird, aus dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch über ein Dosierventil abgeleitet und Wasser-Kalk-Suspension in das Aufgabegefäß tangential rückgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine im Vergleich zum Stand sehr viel wirtschaftlichere Herstellungsweise und führt zu einem besonders hochwertigen Produkt Der Reaktionsablauf im Kreislauf ist durch das Einbringen der hohen Scherkräfte sehr schnell, die Verfahrensweise ist kontinuierlich und alle Voraussetzungen für einen Dauerbetrieb sind gegeben. Die einzelnen Parameter sind getrennt regelbar, weshalb sich das Verfahren optimal den verschiedenen Anforderungen anpassen und steuern läßt Das schließlieh dem Kreislauf entnommene fertige Produkt zeichnet sich durch extreme Feinteiligkeit und höchste Reaktivität aus.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung entspricht die aus dem Kreislaufsystem ausgetra- so gene Suspension nur einem kleinen Anteil, vorzugsweise 5 bis 20%, der im Kreislauf umgewälzten Kalk- Wasser-Suspension.

Zweckmäßigerweise wird die Zufuhr von Branntkalk und Wasser fest eingestellt und die Entnahme der weitgehend ausreagierten Kalkmilch über eine Wiegeeinrichtung am Eintrag gesteuert

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Umwälzgeschwindigkeit im Kreislaufsystem im turbulenten Gebiet zu halten.

Für manche Anwendungsfälle ist es günstig, die aus dem Kreislaufsystem ausgetragene Suspension in einer zusätzlichen Mischstufe nochmals zu scheren, wonach die Suspension auf die erforderliche Konzentration verdünnt urid cjfn Herstellungsprozeß entnommen werden kann.

Die erfindungsgemäß hergestellte Kalkmilch geht vergleichsweise schnell in Lösung; sie zeichnet sich des weiteren durch eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus, was wiederum bei der Neutralisation von Säuren, bei der Enthärtung von Trink- und Brauchwasser oder dergleichen höhere Arbeitsgeschwindigkeiten oder höheren Durchsatz erlaubt und letzten Endes ebenfalls zu erhöhter Wirtschaftlichkeit führt

Bei kurzzeitiger oder langer andauernder Unterbrechung des Herstellungsprozesses, z. B. an Wochenenden oder bei schwankender Abnahmemenge, wird nach einer weiteren Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zufuhr von Branntkalk und Wasser unterbrochen und statt dessen Kalkmilch aus der zusätzlichen Mischstufe nach Verdünnung in das Kreislaufsystem zurückgeführt Am zweckmäßigsten wird dabei die verdünnte Kalkmilch direkt in die Aufgabevorrichtung eingetragen.

Die Umschaltung — und Zurückschaltung in den Normalbetrieb — geschieht vorzugsweise automatisch, wozu z. B. die produzierte, verdünnte Kalkmilch in einem Vorratsgefäß gesammelt und von der Füllmenge dieses VorratsgefäB das Signal abgeleitet wird.

Eine weitere Vereinfachung bei dieser Betriebsweise wird erreicht, wenn man das gesamte für die Kalkmilchherstellung benötigte Löschwasser in der Verdünnungsphase der Kalkmilch zusetzt und in das Kreislaufsystem zusammen mit dem Branntkalk — anstelle des reinen Löschwassers — einen Teil der im Herstellungsprozeß erzeugten, verdünnten Kalkmilch einträgt Die Leitung zur Zurückführung der verdünnten Kalkmilch wird bei dieser Ausführungsart ständig, d. h. sowohl während des Herstellungsprozesses, als auch bei Unterbrechung, durchflossen und kann daher nicht verstopfen; zur Abschaltung und Fortsetzung der Produktion wird lediglich die Löschwasser- und Kalkzufuhr unterbunden bzw. wieder eingeschaltet

Bei Stillstand der Produktion, solange sich also nur verdünnte Kalkmilch in dem System befindet, genügt es, die Pumpenleistung im Kreislauf auf einen geringen Teil ihrer Nennleistung zu reduzieren.

Durch die Rückführung verdünnter Kalkmilch während der Unterbrechung der Produktion — oder ständig — wird in der Praxis eine Anpassung des Herstellungsprozesses an schwankende Forderungen ermöglicht, weil jederzeit die Produktion für kurze oder längere Zeit stillgesetzt werden kann. Ohne solche Maßnahmen müßte sofort nach jeder Unterbrechung das gesamte System entleert und gesäubert werden, um Kalkablagerungen zu vermeiden. Dies wäre mit hohem Aufwand verbunden. Außerdem müßten zum Ausgleich von Schwankungen in der Abnahmemenge größere Vorratsbehälter zur Verfügung gestellt werden. Schließlich gestattet es die geschilderte Betriebsweise, die Anlage stets auf voller Leistung zu fahren und durch die Dauer der Unterbrechungen die Anpassung an die erwünschte Abnahmemenge vorzunehmen. Die Steuerung und Optimierung des Herstellungsprozesses wird dadurch erheblich vereinfacht.

Zur weiteren Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens ist es von Vorteil, die beim Löschprozeß frei werdende Wärmeenergie und/oder die mechanisch — z. B. durch die Umwälzpumpe und durch die Mischer — eingebrachte Energie teilweise zurückzugewinnen und zur Vorheizung des zugeführten Wassers einzusetzen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kreislauf, unter Verwendung einer Umwälzpumpe und von Einrichtungen zur dosierten Zuführung von Branntkalk und Wasser dient vorteilhaf-

terweise eine Vorrichtung, bei der in dem Kreislaufsystem ein an sich bekannter Intensivmischer, als Reaktionsraum ein Zyklongefäß mit Dosierventil, aus dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch ableitbar, sowie ein Aufgabegefäß für die gleichzeitige Aufgabe von Flüssigkeit und Branntkalk angeordnet sind, wobei das Aufgabegefäß Zuführungen für tangentiale Einleitung von Frischwasser und aus dem Zyklongefäß im Kreislauf zurückgeführte Suspension enthält und die Zugabevorrichtung für Branntkalk so angeordnet ist, daß der Branntkalk in den sich ausbildenden Flüssigkeitsrotationstrichter fällt.

Vorteilhafterweise besteht der Intensivmischer im Kreislaufsystem aus einem statistischen Mischer oder aus mehreren hintereinandergeschalteten Venturidüsen.

Die weitgehend ausreagierte Kalkmilch ist gemäß einer weiterer, vorteilhaften Ausfühpjngsart aus dem Kreislaufsystem in einen zweistufigen Intensivmischer überleitbar, in dessen erster Mischkammer die Suspension nochmals geschert wird, während in dessen zweiter Mischkammer Wasser zur Verdünnung der Suspension — je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck — eingeleitet werden kann.

Als zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist noch zu erwähnen, daß sich alle Teile in einem kompakten und daher leicht transportablen Aufbau zusammenfassen lassen. Günstig ist ferner, daß nur bekannte, wenig anfällige Bauteile zum Aufbau des Kreislaufsystems und des anschließenden Mischers benötigt werden. Bei Verwendung einer Wiegeeinrichtung für das Aufgabegefäß und fester Einstellung der zugeführten Komponenten läßt sich mit herkömmlichen Komponenten eine einfache, zuverlässige Steuerung verwirklichen, die eine gleichmäßige Qualität und Konsistenz der ausgetragenen Kalkmilch gewährleistet und für einen kontinuierlichen Herstellungsprozeß Sorge trägt

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Abbildungen hervor. Es zeigt in schematischer Vereinfachung

F i g. 1 in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 2 in Aufsicht die Vorrichtung nach F i g. 1.

In der Anordnung nach F i g. 1 wird aus einem Silo 1 mit einer Dosierschnecke 2 (oder einem anderen herkömmlichen Zuteilorgan) gemahlener Branntkalk in das Aufgabegefäß 3 der hier dargestellten Vorrichtung gefördert Da die im Kreislauf zurückgeführte Suspension tangential in das Aufgabegefäß 3 eintritt, bildet sich in diesem zylinderförmigen Gefäß 3 ein Flüssigkeitsrotationstrichter, in dessen Mitte der gebrannte Kalk eingetragen wird. Aus dem AufgabegefäB 3 wird Kalk und Wasser durch eine unmittelbar am Auslaß angeordnete Umwälzpumpe 4 angesaugt, wodurch im Bruchteil einer Sekunde, also sehr schnell im Vergleich zu üblichen Verfahren, eine Benetzung und Suspendierung des eingetragenen Kalkes erreicht wird. In dem Mischelement 5, einem statischen, z. B. aus mehreren Lochscheiben bestehenden Mischer, der sich an die Umwälzpumpe 4 anschließt, wird der suspendierte Kalk während der fortschreitenden Reaktion mit dem Wasser einem hohen SchergefäUe unterworfen, wobei gleichzeitig ein wesentlicher Teil des statischen Pumpendruckes abgebaut wird. Danach gelangt die Suspension in ein Zyklongefäß 6, das einerseits die Verweilzeit der Suspension in dem Kreislauf auf die zur Reaktion notwendige Zeit ausdehnt und andererseits die Trennung und Entnahme bereits weitgehend ausreagierter Kalkmilch aus dem Kreislauf ermöglicht Hierzu ragt in das zylinderförmige Zyklongefäß 6 axial

b das gestrichelt angedeutete Rohr hinein, das nach oben zu dem Regelventil 7 und von dort zu einem Mischer und einer Entnahmevorrichtung führt Die weitgehend ausreagierte Kalkmilch gelangt bevorzugt zu dem axialen Entnahmerohr, während die gröberen Teilchen

ίο der übrigen Suspension eher zur Wandung des Zyklongefäßes gedrängt werden und in Richtung des in F i g. 1 oberen Pfeiles in dem Kreislaufsystem zurück zum AufgabegefäB 3 gelangen. Nur ca, 5-20% der im Kreislauf umgewälzten Kalk-Wasser-Suspension wird

is aus dem Zyklongefäß 6 über das Regelventil 7 ausgetragen, während die übrige, vielfach größere Suspensionsmenge zunächst im Kreislauf verbleibt Auf diese Weise wird eine ausreichende Verweilzeit der Suspension im Kreislaufsystem bis zur nahezu vollständigen Reaktion sichergestellt

Auch der Wasserzulauf 8 im AufgabegefäB 3 wird hier tangential in das Aufgabegefäß 3 eingeführt, damit etwaige Anbackungen von Kalk an den Wänden abgespült und die Mischlings- sowie Benetzungsvorgänge beschleunigt werden.

Um die erforderliche Temperatur für den Reaktionsprozeß im Kreislaufsystem zu erreichen, wird die Konzentration knapp unter der Grenze der Pumpfähigkeit der Suspension gehalten. Außerdem erhöht der Abbau von statischem Druck infolge der Strömungsverluste im Mischers die Temperatur im Kreislaufsystem.

Die über das Regelventil 7 dem Kreislauf entnommene, hochkonzentrierte Suspension fließt zunächst in die untere Kammer 10 des zweistufigen Intensivmischers 9, wo sie nochmals in unverdünntem Zustand geschert wird. Entsprechend dem Zufluß in den Intensivmischer 9 tritt die Suspension in die obere Mischkammer 11 des Mischers über, wird dort durch Zufluß von Wasser aus dem Ventil 12 auf die gewünschte Konzentration

verdünnt und kann schließlich am Oberlauf 13 der erfindungsgemäßen Vorrichtung entnommen werden. Der zweistufige Mischer besteht im wesentlichen aus je einem Rührorgan 15 bzw. 16 in den beiden Mischkammern, die über den Elektromotor und über die gemeinsame Achse angetrieben werden.

Die erfindungsgemäß hergestellte Kalkmilch ist in ihrer Reaktionsgeschwindigkeit einer völlig disoziierten Lauge — z. B. Natronlauge — sehr ähnlich, wie mittels der nachstehend beschriebenen Prüfmethode nachgewiesen wurde:

In einem Becherglas mit 250 ecm Inhalt wurden 100 ccnWlO-normale Schwefelsäure vorgelegt Unter intensivem Rühren wurden 0,4 g in 8 ecm Wasser suspendiertes Hydroxid zugegeben und mittels einer Glas- bzw. Einstab-Bektrode, wie sie zur Messung des pH-Wertes eingesetzt wird, und mit Hilfe eines Lichtpunktlinienschreibers die Zeitspannen bis zum Erreichen des Neutralpunktes bestimmt Nachstehende Tabelle gibt einen OberbGck Ober die Reaktionsge-

schwindigkeiten verschiedener Hydroxide im Vergleich zu dem erfindungsgemäB hergestellten Produkt:

suspendierte Trockenhydrate 3£ -17 see Kalkmflch aus herkömmlichen

es Löschanlagen 33-10,0 see Kalkmilch aus erfindungsgemäßer

Vorrichtung 0£5 - 0J9 see

äquivalente Menge Natronlauge 055—0,68 see

Die erfindungsgemäß hergestellte Kalkmilch übertrifft also entsprechende, herkömmliche Suspensionen in der Reaktionsgeschwindigkeit um etwa eine Zehnerpotenz.

Bei Unterbrechung des Herstellungsprozesses wird statt Branntkalk und Löschwasser verdünnte Kalkmilch aus der oberen Mischkammer 11 oder aus einem (hier nicht dargestellten) VoirratsgefäB in das Aufgabegefäß 3 und von dort in das Kreislaufsystem eingetragen. In diesem Betriebszustand, bei dem sich nur dünnflüssige Kalkmilch in dem Kreislaufsystem befindet, genügt eine erheblich z. B. auf 15 — 30% ihrer Nennleistung gedrosselte Leistung für die Umwälzpumpe 4. Eine automatische Steuerung aller dieser Vorgänge IaBt sich ohne Schwierigkeiten mit herkömmlichen Mitteln erreichen.

Zur Zurückschaltung und Fortsetzung des Herstellungsprozesses wird lediglich die Zufuhr von Branntkalk

und Löschwasser wieder in Gang gesetzt und bei ansteigender Viskosität der umgewälzten Kalk-Wasser-Suspension die Leistung der Umwälzpumpe 4 wieder erhöhl und das Produkt, die verdünnte Kalkmilch, über den Überlaufstutzen 13 oder aus dem Vorratsgefäß entnommen.

Es besteht auch die Möglichkeit, wie bereits erläutert wurde, das gesamte Löschwasser über die Verdünnungsphase und insbesondere über die zweite Kammer 11 des Mischers 9 in den Herstellungsprozeß einzutragen. Die (nicht gezeigte) Leitung zur Zurückführung verdünnter Kalkmilch in das Aufgabegefäß 3 wird bei dieser Betriebsweise ständig — und nicht nur während der Unterbrechung der Produktion — durchflossen, wodurch Ablagerungen in dieser Leitung verhindert werden. Die Steuerung des Herstellungsprozesses wird durch diese Maßnahme ebenfalls vereinfacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hydration von Branntkalk zu einer Kalkhydrat-Wasser-Suspension in einem Kreislaufsystem, in das Branntkalk und Wasser dosiert eingetragen und während der fortdauernden Reaktion umgewälzt werden und bei dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch als Suspension abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gemahlener Branntkalk und Wasser kontinuierlich in das Aufgabegefäß eingetragen, anschließend der in Wasser suspendierte Kalk vermittels einer Fördereinrichtung mit an sich bekannten Intensivmischern einem hohen Schergefälle ausgesetzt und einem Zyklongefäß als Reaktionsraum zugeführt wird, aus dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch über ein Dosierventil abgeleitet und Wasser-Kalk-Suspension in das Aufgabegefäß tangential rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kreislaufsystem ausgetragene Suspension nur einem kleinen Anteil, vorzugsweise 5-20%, der im Kreislauf umgewälzten Kalk-Wasser-Suspension entspricht

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Branntkalk und Wasser fest eingestellt und die Entnahme der weitgehend ausreagierten Kalkmilch über eine Wiegeeinrichtung am Eintrag gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzgeschwindigkeit im Kreislaufsystem im turbulenten Gebiet gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kreislaufsystem ausgetragene Suspension in einer zusätzlichen Mischstufe nochmals geschert wird, wonach die Suspension auf die erforderliche Konzentration verdünnt und entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterbrechung des Herstellungsprozesses die Zufuhr von Branntkalk und Wasser unterbrochen und statt dessen Kalkmilch aus der zusätzlichen Mischstufe nach Verdünnung in das Kreislaufsystem zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung bzw. Rückführung der verdünnten Kalkmilch in Abhängigkeit von der Kalkmilch in einem Vorratsgefäß, in dem die produzierte Kalkmilch aufgefangen wird, automatisch gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Löschprozesses frei werdende Wärmeenergie und/oder die mechanisch eingebrachte Energie teilweise zur Vorwärmung des Löschwassers verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in einem Kreislauf mit einer Umwälzpumpe und mit Vorrichtungen zur dosierten Zuführung von Branntkalk und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislaufsystem ein an sich bekannter Intensivmischer (5), als Reaktionsraum ein Zyklongefäß (6) mit Dosierventil (7), aus dem die weitgehend ausreagierte Kalkmilch ableitbar ist, sowie ein Aufgabegefäß (3) für die gleichzeitige Aufgabe von Flüssigkeit und Branntkalk angeordnet sind, wobei das Aufgabegefäß Zuführungen für tangential Einleitung von Frischwasser und aus dem Zyklongetäß (6) im Kreislauf zurückgeführte Suspension enthält und die Zugabevorrichtung für Branntkalk so angeordnet ist, daß der Branntkalk in den sich ausbildenden Flüssigkeitsrotationstrichter fällt

1OL Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensivmischer (5) im Kreislaufsystem aus einem statistischen Mischer oder aus mehreren hintereinandergeschalteten Ventundüsen besteht

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen zweistufigen Intensivmischer (9) zur Aufnahme der weitgehend ausreagierten Kalkmilch aus dem Kreislaufsystem, in dessen zweite Mischkammer (11) Wasser zur Verdünnung der Suspension einleitbar ist