DE2934363A1

DE2934363A1 - Verfahren und vorrichtung, um feste und fluessige stoffe in einer entgegengesetzten richtung zu transportieren

Info

Publication number: DE2934363A1
Application number: DE19792934363
Authority: DE
Inventors: Robert Ferguson Muir
Original assignee: Union Carbide Australia Ltd
Current assignee: Union Carbide Australia Ltd
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-03-13
Also published as: BE878456A; NL7906438A; FR2434646A1; GB2031297A; IT1121647B; IT7909521A0; JPS5561509A; AU5002179A; SE7907129L

Description

Patentanwälte
Ing. Hans-Jürgen Müller
Sr rernat. Thomas Berendt

Dr.Lh/We

UNION CARBIDE AUSTRALIA LIMITED 157-167 Liverpool Street, Sydney New South Wales, 2000, Australia

Verfahren und Vorrichtung, um feste und flüssige Stoffe in einer entgegengesetzten Richtung zu transportieren.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um ein festes Material und ein flüssiges Material im Gegenstromverfahren zu transportieren. Sie betrifft insbesondere Förderer in der Form einer archimedischen Schraube, bei der die Schraubenlinie die Form eines schraubenlinienförmigen Bandes oder Bänder hat, die koaxial zu, jedoch im Abstand von der Achse angeordnet sind (wobei beide Formen nachfolgend als archimedische Schrauben bezeichnet werden), und die dazu dienen, ein festes Material und ein flüssiges Material im Gegenstromverfahren zu bewegen.

In der Industrie ist es häufig erwünscht oder erforderlich, einen Feststoff und ein flüssiges Mittel im Gegenstromverfahren zu bewegen. Beispielsweise bei der Aufbereitung von Erzen kann es erwünscht sein, gemahlenes Erz im Gegenstrom zu einem flüssigen Lösungsmittel oder einem flüssigen Reaktionsmittel zu transportieren. Andere Prozesse, wie Kristallisierung oder Ausfällung, werden gewöhnlich in der Weise vorgenommen, daß ein fester Stoff im Gegenstrom zu einer flüssigen Phase transportiert wird.

Bisher wurden Schraubenförderer oder Schneckenförderer dieser Art nicht speziell für die Bewegung eines festen Stoffes im Gegenstrom zu einem flüssigen Medium gebaut. Solche Förderer wurden so gebaut, daß sie ein Material in einer Richtung bewegen oder ein festes Material in einer Flüssigkeit suspendieren, die durch die Vorrichtung gepumpt wird und den suspendierten Feststoff im Gegenstrom mit sich führt.

Die Erfindung befaßt sich nun mit einem Schraubenförderer, der speziell geeignet ist, um einen Feststoff im Gegenstrom zu einem flüssigen Medium zu führen. Die Gegenbewegung der

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Flüssigkeit kann allein durc'o die '/irkung der Schraube erzeugt v/erden oder durch eine unabhängige Kraftquelle, wie z. B. eine Pumpe oder durch eine Ivombination beider Möglichkeiten.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, um einen Feststoff im Gegenstrom zu einer Flüssigkeit zu führen, wobei diese Vorrichtung einen Förderer mit einer archimedischen Schraube oder einem archimedischen Band aufweist, die bzw. das einen Steigungswinkel hat, der den Reibungswinkel bzw. Schüttwinkel des festen Stoffes in dem flüssigen Medium übersteigt, wobei der Steigungswinkel immer kleiner als ist.

Der Reibungswinkel oder Schüttt^inkel für einen gegebenen festen Stoff in einem gegebenen flüssigen Medium ist als der Winkel der Neigung definiert, in der sich der feste Brei selbst relativ zur Horizontalen unter dem Einfluß der Schwerkraft einstellt, wobei dieser Winkel leicht in einem Versuchsapparat gemessen werden kann. Dieser Schüttwinkel oder auch Ruhewinkel variiert für jedes feste Material abhängig von der Form und der Größe des .jeweiligen Feststoffes und der Menge und der Hatur des flüssigen Mittels.

Der Steigungswinkel ist als der './inkel definiert, den das Blatt der Schraube mit der Längsachse der Schraube bildet und der ist in Fig. 1 der Zeichnung mit λ bezeichnet, wobei der Pfeil 1 die Bewegungsrichtung des festen Materials anzeigt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung von Materialien, wobei ein Feststoff und eine Flüssigkeit im Gegenstrom zueinander transportiert werden, wobei ein Förderer mit einer archimedischen Schraube oder einem archi-

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medischen Band verwendet wird, dessen Anstellwinkel (angle of flight) den Ruhewinkel des Peststoffes in dem flüssigen Mittel übersteigt, v/obei der Anstel.lv/inkel immer kleiner als 90° ist, um einen gewünschten Vorwärtsfluß des festen Mediums relativ zu dem Gegenstrom des flüssigen Mediums zu erzielen. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit des Förderers derart, daP ias Material in einem sedimentierten oder beginnend fluidisierten Zustand gehalten wird, um den Rückfluß an festem Material auf einem Minimum zu halten.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufbau eines Förderers zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, um einen Feststoff und eine Flüssigkeit im Gegenstromverfahren zu bev/egen, wobei dieser Förderer eine archimedische Schraube oder ein Band aufweist, wobei der Schüttwinkel oder Ruhewinkel des Feststoffes in der Flüssigkeit gemessen wird und der Anstellwinkel der Schraube oder des Bandes in bezug auf den Schüttwinkel so bestimmt wird, daß der Anstellwinkel den Schüttwinkel übersteigt, v/obei der Anstellwinkel kleiner ist als 90°.

Die Erfindung macht daher Gebrauch von dem Zusammenhang des Anstellwinkels des Blattes einer archimedischen Schraube mit dem Schutt- oder Ruhewinkel eines Feststoffes in einem flüssigen Medium.

Die Vorteile der Erfindung können an einer Anzahl von praktischen Beispielen von kommerziellen Verfahren dargestellt werden. Ein solches Beispiel für ein Verfahren ist die Kristallisation eines festen Materials aus einer Mutterlauge unter bestimmten Bedingungen, wobei die Kristalle im Gegenstrom zu der Mutterlauge transportiert werden. Wenn in einem solchen Verfahren als Förderer eine archimedische Schraube verwendet wird, bei der der Anstellwinkel oder Flugwinkel ( angle of

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flight) des Blottes kleiner ist als der Schüttwinkel oder Ruhewinkel des kristallisierenden IIaterials an einem gegebenen Punkt im Förderer, kann sich eine unerwünschte Ringbildung aus kristallinem Material entwickeln aufgrund einer radialen Bewegung des kristallinen Materials in dem Rohr der Vorrichtung während der Längsbewegung durch die letztere.

Gemäß der Erfindung kann dies verhindert werden, indem der Schüttwinkel des kristallinen Materials in der Mutterlauge gemessen und dem Blatt der Schraube ein entsprechender Anstellwinkel gegeben wird.

Der Anstellwinkel kann sich über die Länge des Förderers verändern, um unterschiedliche Prozeßbedingungen an verschiedenen Punkten des Förderers zu berücksichtigen.

Die Vorteile der Erfindung können weiter bei Anwendung auf eine Vorrichtung dargelegt werden, die einen Abschnitt oder Abschnitte hat, durch welche die Feststoffe transportiert werden müssen. Solch ein Abschnitt kann beispielsweise zwischen dem Feststoff-Austragende des Förderers und einem anderen Teil der Vorrichtung angeordnet sein, um einen anderen Arbeitsschritt auszuführen. Bei manchen Typen der Vorrichtung kann die Schraube oder das Blatt des Förderers auch diskontinuierlich ausgebildet sein aufgrund solcher Zwischenabschnitte längs der Fördereinrichtung.

Bei einer Vorrichtung mit solch einem Lagerabschnitt oder Abschnitten taucht das Problem eines geeigneten Transportes des Feststoffmaterials über diesen Abschnitt oder Zwischenraum auf. Obwohl ein beträchtlicher Teil des Feststoffmateriales längs der Fördereinrichtung transportiert werden kann, wenn der Anstellwinkel kleiner ist als der Ruhewinkel, wird in Be-

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reichen, in denen der Ströraungsquerschnitt verengt ist, das feste Material nicht ausreichend durch einen solchen Zwischenraum oder Lagerabschnitt transportiert.

Gemäß der Erfindung kann dieses Problem gelöst werden, indem der Schüttwinkel oder Ruhewinkel des festen Materials in dem flüssigen Medium bestimmt wird und der Anstellwinkel des Blattes der Schraube so gewählt wird, daß ein resultierender Vektor entsteht, der durch diesen Zwischenabschnitt verläuft, so daß das Material durch diesen Abschnitt transportiert wird. Bei manchen Vorrichtungen wird zweckmäßigerweise der Anstellwinkel beträchtlich erhöht im Bereich oder bei Annäherung an einen solchen Lagerabschnitt.

Obwohl die vorstehende Beschreibung hauptsächlich waagrechte Förderer betrifft, soll betont werden, daß die Erfindung sich auch für zur Horizontalen geneigte Förderer eignet. Die Neigung des Förderers erhöht oder vermindert die Aufenthaltszeit des Feststoffes in der Fördereinrichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Laborbestimmung des Ruhewinkels oder Schüttwinkels.

Die Ruhewinkel oder Schüttwinkel für jedes Material werden in einem horizontalen Labor-Kristallisator gemessen. Die Anlage besteht aus einem zylindrischen Glaskristallisator mit 25 cm Länge und 10 cm Durchmesser, der von einem rechteckigen Behälter ummantelt ist, der die Durchleitung eines Kühlmittels mit der erforderlichen Temperatur ermöglicht. Ein Blatt-Rührer

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mit einer Breite von 12 mm und der Steigung Hull, d. h. mit einem Anstellwinkel von O⁰ sowie einem 2'wischenraum von 3 mm wird von einem Kotor mit variabler Drehzahl angetrieben, die von 0,5 bis 10 Umdrehungen je Hinute verändert v/erden kann. Die ganze Anlage kann um einer Drehzapfen gedreht werden, so daß die Schüttwinkel der Kristalle in ihren Mutterflüssigkeiten oder geeigneten Lösungsmitteln gemessen werden kann. Man erhält folgende Ergebnisse.

Material Schutt- oder Ruhewinkel

Paradichlorbenzen in liutterflüssigkeit

90 % rein 35

93 % rein 35

68 % rein 40

25 % rein 20

Naphthalen in Ilutterflüssigkeit

95 5' rein 35

85 % rein 40

70 % rein 55

35

60 J: rein j-j

Beispiel 2

Untersuchungen an einer Pilotanlage

Um den Gegenstromtransport zu simulieren wurde eine Pilotanlage gebaut. Die Anlage bestand aus einem zylindrischen Glasrohr mit etwa 2 m Länge und 10 cm Durchmesser, das mit Übergangsbereichen verseben war, um Zufuhr und Austrag eines Feststoffes zu ermöglichen, der aus Partikeln unterschiedlicher Größen aus Polyäthylen in Größen von etwa 0,4 bis 4,5 mm be-

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stand. Die Partikel wurden durch doppelt schraubenförmige Bänder mit einer Blattbreite von 1,1 cm und variierenden Anstellwinkeln von 8,5 und 31,0° transportiert. Kerosen wurde im Gegenstrom in Mengen zwischen stwa 4,5 1 und 22,5 1 je Stunde durchgepumpt. Die Drehzahl der Bänder konnte zwischen 0,5 und 5 Umdrehungen je Minute variiert werden. Bei Partikeln mit einer mittleren Größe von 2,5 mm und einem Gegenstrom von etwa 10 1 je Stande ergaben sich folgende Ergebnisse:

<* -Anstell- Partikel- Feststoffaustrag winkel menge in in kg je Stunde kg

1 Umdrehung 2,5 Umdrehungen

je Minute je Minute

31,0 2,0 3,73 7,32

8,5 2,6 2,06 4,64

Der Schüttwinkel oder Ruhewinkel des Feststoffes in Kerosin wurde mit annähernd 15° gemessen.

Beispiel 3

Um die Erfindung in einem echten Kristallisationsverfahren darzustellen, wurde im Labor eine Pilot-Kristallisationsanlage gebaut, wie in Fig. 2 gezeigt. Diese Anlage umfaßt ein Kristallisationsrohr 2 mit einem schraubenlinienförmigen Bandförderer 3, der sich um die Längsachse des Rohres dreht. Das Rohr 2 ist mit einem Kühlmantel 4 versehen, einer Zufuhröffnung 5 für das zu kristallisierende Material und einem Überlauf 6. Das Ende des Kristallisationsrohres 1 öffnet sich in ein Sammelrohr 7, das mit einem Auslaß 8 und einem Schmelzelement 9 an oder nahe von dessen Boden versehen ist. Im Betrieb wird das zu kristallisierende und zu reinigende Material durch den Ein-

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laß 3 eingeführt in einer Form, die die Verbindung umfaßt, die in ihrer iiutterflüssigkeit bei einer Temperatur über der Kristallisationstemperatur der Verbindung gelöst ist. Der Kühlmantel 4 liefert einen Temperaturgradienten längs des Rohres 2. Die Verbindung kristallisiert in dem Rohr und v/ird in Richtung des Sammelrohres 7 entgegen der Strömung der Flüssigkeit transportiert, die in Richtung des Überlaufs 6 fließt. Die kristallisierte Verbindung wird zu dem Sammelrofir 7 geführt, wo sie am Boden durch das Schmelzelement 9 geschmolzen und in geschmolzener Form durch den Auslaß 8 abgezogen wird.

Für Paradichlorbenzol und Naphthalin wurden je vier Kristallisations-Durchgänge durchgeführt. Vor den Durchgängen wurde der Schüttwinkel des Materials bestimmt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Zwei Durchgänge oder Läufe wurden für jedes Material unter Verwendung eines Förderer 3 durchgeführt, dessen Anstellwinkel kleiner als der Schüttwinkel war und für zwei Läufe bei jedem Material wurde ein Förderer 3 verwendet, dessen Anstellwinkel größer als der Schüttwinkel war. Alle anderen Parameter wie Geschwindigkeit des Förderers, eingespeiste Menge und Temperaturgradient längs des Kristallisationsrohres wurden für jede Gruppe der vier Durchgänge des betreffenden Materials konstant gebalten. Die Ergebnisse sind die folgenden:

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Versuchs material	Materialan teil in % in der Mut- terflüssiix- keit	Schüttwin kel	Anstellwin kel c<	Förderrate oder Produktaustrag in kg ,je Stunde
PDCB	93	35	64,5	12,7
Il	ti	tt	ti	11,6
Il	It	It	32,0	1,3
Il	Il	ti	It	1,3
Ι,ΛΡΓ	85	40	32,0	liull
Il	ti	Il	Il	i-;uii
Il	Il	ti	64,5	1,0
Il	Il	Il	Il	1,0

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Verwendung eines Förderers, dessen Blatt-Anstellwinkel den Schüttwinkel oder Ruhewinkel des Materials übersteigt, einen wesentlich besseren Fördereffekt bewirkt und eine wesentlich bessere Produktaustragsrate zur Folge hat als ein Förderer, dessen Anstellwinkel kleiner als der Schüttwinkel ist.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung in einer Vorrichtung vrie sie in der Patentanmeldung P 19 47 251.6-43 beschrieben ist. Beim Betrieb dieser Vorrichtung wurde festgestellt, daß ein wirkungsvollerer Transport des Materials in der Reinigungszone und der Rückgewinnungszone erreichbar ist, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird, v/eil der Anstellwinkel den Ruhewinkel oder Schüttwinkel übersteigt.

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Claims

η t a η s υ r ü c h e

1. Verfahren zum Bebandeln von Materialien, wobei ein Feststoff und eine Flüssigkeit im Gegenstrom zueinander bewegt v/erden, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Vorrichtung mit einem Förderer verwendet wird, der eine archimedische Schraube oder ein archimedisches Band aufweist mit einem Anstellwinkel, der den Schüttoder Ruhewinkel des Feststoffes in der Flüssigkeit übersteigt, daß ferner der Anstellwinkel immer kleiner als 90° ist, um eine Vorwärtsströmung des Feststoffes relativ zur Gegenströmung der Flüssigkeit zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit des Förderers derart eingestellt ist, daß das Material in einem sedimentierten oder angehend fluidischen Zustand gehalten wird, um den Rückfluß an Feststoffen zu minimalisieren.

3. Verfahren zum Aufbau eines Förderers zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Förderer eine archimedische Schraube oder ein archimedisches Band aufweist, daß ferner der Schüttoder Ruhewinkel des Feststoffes in der Flüssigkeit gemessen und der Anstellwinkel der Schraube oder des Bandes in bezug auf den Ruhewinkel derart bestimmt wird, dai3

der Anstellwinkel den Ruhewinkel übersteigt, daß der Anstellwinkel ,jedoch ständig kleiner als 90° ist.

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-Z-

4. Verfahren nach Anspruch 3, zur Verwendung in Verbindung mit einer kontinuierlich arbeitenden Gegenstrom-Reinigungsanlage, dadurch gekennzeichnet , daß der Ruhewinkel des körnigen Feststoffmaterials in der Flüssigkeit in den Reinigungs- und l/iedergewinnungsabschnitten der Vorrichtung gemessen und der Anstellwinkel der Schraube oder des Bandes des Förderers in jedem dieser Abschnitte in be-ag auf den Ruhewinkel derart bestimmt wird, daß der Anstellwinkel den Ruhewinkel oder Schüttwinkel übersteigt, wobei der Anstellwinkel jedoch immer kleiner als 90 ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Förderer mit einer archimedischen Schraube oder einem archimedischen Band mit einem Anstellwinkel, der den Schutt- oder Ruhewinkel des Feststoffmaterials in der Flüssigkeit übersteigt, wobei der Anstellwinkel jedoch immer kleiner als 90° ist.

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