DE3210523C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Fertigsäuren aus einer Ausgangssäure, insbesondere konzentrierter Schwefelsäure, und demineralisiertem Wasser, mit Vorratstanks für die Ausgangssäure und das Wasser, mit mehreren Lagerbehältern für die Fertigsäuren, und mit einer Mischeinrichtung, die über Rohrleitungen einerseits mit den Vorratstanks und andererseits mit den Lagerbehältern verbunden ist.

Derartige Säuremischanlagen werden insbesondere in Betrieben eingesetzt, in denen Batterien hergestellt und/oder aufgerüstet werden. Dabei wird aus konzentrierter Ausgangssäure, d. h. vor allem Schwefelsäure, und Wasser, das vorher aufbereitet worden ist, durch Zumischen eine Fertigsäure hergestellt, die je nach Verwendungs- und Ein­ satzzweck unterschiedliche Säurekonzentrationen aufweist. Da mehrere unterschiedliche Säurekonzentrationen und damit unterschiedliche Fertigsäuren benötigt werden, ist es er­ forderlich, derartige Fertigsäuren auch jeweils getrennt herzustellen und zu lagern. Aus Umweltschutz- und sonstigen Sicherheitsgründen müssen derartige Herstellungsverfahren mit besonderer Sorgfalt betrieben und in entsprechend ge­ sicherten Anlagen durchgeführt werden. Solche zur Erzeugung einer bestimmten Mischung vorgesehene Anlagen sind aus der DD-1 11 624, der DE-PS 8 84 638 und der DE-OS 27 26 223 bekannt, wobei beispielsweise im Mischgefäß die Dichte kontinuierlich gemessen wird, um auch Flüssigkeiten ver­ schiedener Dichte sicher mischen zu können. Aus der US-PS 33 08 991 und der US-PS 38 77 682 sind Anlagen bekannt, bei denen verschiedene Stoffe in einem vorgegebenen Verhält­ nis in einen Mischbehälter eingeführt werden, um nach dem Mischvorgang als Mischung einem Lagertank zugeführt zu werden. Der Mischvorgang läuft unter Einsatz eines elektro­ nischen Überwachungssystems ab. Nachteilig bei den bekannten Anlagen ist der große Platzbedarf aufgrund der zahlreichen benötigten Behälter für unterschiedliche Ausgangs- und Fertigsäuren, insbesondere auch wegen unterschiedlich benötigter Mischbehälter. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, jeweils die notwendigen genau eingestellten Fertigsäuren herzustellen, weil die einzelnen Komponenten mengenmäßig und zu erheblich unterschiedlichen Mengen beige­ mischt werden. Dabei wird in der Regel zuerst das Wasser und dann die Säure in den jeweiligen Mischbehälter einge­ füllt und dann miteinander gemischt. Da dabei sofort Wärme freigesetzt wird, kann es leicht zu Fehlmessungen kommen, die anschließend zu in der Qualität differierenden Fertig­ säuren führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umwelt­ freundlich arbeitende Mischanlage zu schaffen, mit der die Herstellung von Fertigsäure soweit zweckmäßig zu auto­ matisieren ist und in engen Grenzen stabile Mischungen zu gewährleisten sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischeinrichung nur einen Mischbehälter aufweist, der über Zulaufventile gefüllt und über Abförderventile entleert werden kann, daß zwischen den Mischbehälter und die Lagerbehälter eine Sortenverstellstation geschaltet ist, die eine Batterie von Förderwegventilen zur wahlweisen Verbindung des Mischbehälters mit den Lagerbehältern auf­ weist, und daß dem Mischbehälter und dem Vorratstank für die Ausgangssäure jeweils eine automatische Dichtenwaage zugeordnet ist.

Mit einer derart ausgebauten und zugeschnittenen Anlage zur Herstellung von Fertigsäuren können in vorteilhafter Weise genau in engen Grenzen eingestellte stabile Fertig­ säuren hergestellt werden, wobei in vorteilhafter Weise lediglich noch ein einziger Mischbehälter benötigt wird. Jeweils nach Abschluß der Herstellung einer bestimmten Fertigsäure wird diese in den zugeordneten Lagerbehälter abgepumpt und die neue Fertigsäuremischung kann im gleichen Mischbehälter hergestellt werden. Die genaue Einhaltung der Säurekonzentration wird dadurch gewährleistet, daß die Dichte der Fertigsäure im Mischbehälter über Dichtewaagen überwacht wird. Dabei kann mit Hilfe der Dichtewaagen jeweils die Dichte auf eine bestimmte Temperatur umgerechnet und so dem Bedienungsmann genau angegeben werden, welche Dichte seine im Mischbehälter befindliche Säure hat. Eine genaue Überwachung und ggf. Nachregulierung ist somit ohne weiteres möglich. Über die Batterie von Förderwegventilen in der Sortenverstellstation kann der einzelne Lagerbehälter ohne weiteres und den Erfordernissen entsprechend mit dem Mischbehälter in Verbindung gebracht und nach fertigge­ stellter Mischung mit ihr befüllt werden.

Zur Reduzierung des Gewichtes, insbesondere der Mischbehälter aber auch der Rohrleitungen bei gleich­ zeitiger Verbesserung der Stabilität und der Säure­ beständigkeit ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zur Gewichtsüberwachung auf Kraftmeßdosen ruhende Mischbehälter und die Rohrleitungen aus Polyvinylidenfluorid hergestellt sind. Ein derartiger Kunststoff ist ein hochkristalliner Thermoplast mit sehr guter chemischer Beständigkeit, der sich insbesondere für den Rohrleitungsbau besonders gut eignet. Dieser Kunststoff und damit derartige Behälter weisen eine sehr gute Alterungsbeständigkeit auf, wobei er zusätzlich gegen bei der Säureherstellung auftretende Temperaturen beständig, schwer entflammbar und selbstverlöschend ist. Ein derartiger Kunststoff eignet sich somit besonders gut für den hier vorgesehenen Einsatzzweck.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Reduzierung der Kosten bei Erhaltung der beschriebenen Vorteile vorteilhafterweise der Mischbehälter aus Polypropylen bestehen sollte, das innen mit Polyvinylidenfluorid ausgekleidet ist.

Eine fehlerhafte Mischung kann in den Lagerbehältern durch Zuförderung der noch in den Rohrleitungen von der vorherigen Charge anstehenden Säure entstehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch sicher verhindert, daß die der Sortenverstellstation zugeordneten Förderwegventile einen kombinierten Magnet- und Membranantrieb aufweisen. Damit ist eine verzögerte Schaltung möglich, die sicher stellt, daß zunächst die noch in der entsprechenden Förderleitung anstehende Säure in den vorher beschickten Lagerbehältern bzw. bis zum zugehörigen Ventil gefördert wird, bevor das jeweilige Ventil schaltet bzw. das neue Förderweg­ ventil freigibt.

Die beschriebene Freiförderung der Rohrleitungen von Fertigsäure der vorherigen Charge wird dadurch sicher erreicht, daß die Förderwegventile zum Abfördern der in der Rohrleitung jeweils anstehenden Restmenge gewichtsmäßig steuerbar sind.

Eine genaue Dosierung des Mischbehälterzulaufes wird über die Kraftmeßdosen und gemäß einer Ausbildung der Erfindung dadurch sichergestellt, daß in den die Vorratstanks mit dem Mischbehälter verbindenden Rohrleitungen jeweils in parallelen Rohrsträngen Grobstrom- und Feinstromventile angeordnet sind. Über diese Grobstrom- und Feinstrom­ ventile kann zunächst das Wasser bis zur annähernden Zielmenge in entsprechend kurzer Zeit eingefüllt werden, wobei die genaue Menge dann nach Schließen des Grobstromventils und Öffnen des Feinstromventils nachge­ füllt wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich dann beim Einfüllen der Ausgangssäure, wobei zunächst die annähernde Zielsäuremenge über das Grobstromventil zugefördert und dann die restliche Feinmenge über das Feinstromventil nachgefördert wird. Durch diese Anordnung wird außerdem der Durchmischungsvorgang von Wasser und Ausgangssäure begünstigt, da entsprechend große Mengen in den Mischbehälter eingefüllt und dabei Strudel und ähnliches im Mischbehälter erreicht werden.

Der Mischvorgang wird darüber hinaus optimiert, bzw. der Abfördervorgang abgesichert, daß gemäß der Erfindung das Grobstromventil für die Ausgangssäure an ein Magnetventil für Druckluft und das Abförderventil an einen die abgehende Rohrleitung überwachenden Temperaturfühler gekoppelt ist. Damit ist es möglich, mit dem Befüllvorgang der Ausgangssäure gleichzeitig die Druckluftzufuhr freizugeben, so daß der Mischvorgang sehr schnell abläuft. Zur Sicherung der Sortenverstell­ station und der nachfolgenden Einrichtungen wird die Temperatur in der abgehenden Rohrleitung jeweils durch einen Temperaturfühler überwacht. Übersteigt diese Fertigsäure eine vorgegebene Temperatur, so erfolgt automatisch die Unterbrechung des Abfördervorganges.

Zur weiteren Absicherung der nachgeschalteten Ein­ richtungen ist es von Vorteil, der Sortenverstellstation einen Wärmetauscher mit zwei parallel geschalteten Pumpen vorzuordnen. Die Zuordnung von zwei Pumpen hat den Vor­ teil, daß immer eine Reservepumpe vorhanden ist und darüber hinaus die durch den Wärmetauscher geschickte Menge bzw. deren Geschwindigkeit variiert werden kann. Auch auf diese Weise kann somit die hinter dem Wärme­ tauscher gewünschte Temperatur abgesichert und eingestellt werden. Die Anlage weist eine dem Mischbehälter und eine dem Vorratstank für die Ausgangssäure zugeordnete Dichte­ waage auf. Diese Dichtewaagen sind nach einer Ausbildung kombiniert geschaltet, indem beide Dichtewaagen über Filter- und Regulierstationen miteinander und mit einem Druckluft­ versorger zu verbinden sind. Über eine derartige Schaltung können die Dichtewaagen genau justiert werden. Im Bedarfs­ fall können Reservewaagen vorgesehen werden, so daß bei Aus­ fall einer Waage sofort Ersatz zur Verfügung steht.

Zur Automatisierung der Anlage ist es zweckmäßig, wenn jeder der Lagerbehälter einen Niveauschalter aufweist, der ebenso wie die übrigen Meß- und Regelvorrichtungen mit einem zentralen Steuerstand verbunden ist. Dabei ist die Anlage dann nur soweit automatisiert, daß der Bedienungsmann jeweils den einzelnen Vorgang freigeben muß, bevor die Automatik die Mischung und Förderung der einzelnen Komponenten und der Fertigsäure durchführt und überwacht. Vorteilhaft ist es, wenn dem Vorratstank für die Ausgangssäure eine aus Vorratsbehälter, Mischer und diesem nachgeschaltetem Wärmetauscher bestehende Vormischeinrichtung vorgeordnet ist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine einfache und sicher zu überwachende Säuremisch­ anlage geschaffen ist, die aufgrund ihrer weitgehenden Automatisierung sehr sicher zu betreiben ist, wobei aber jeweils die einzelnen Mischvorgänge nur nach vorheriger Freigabe durch einen Bedienungsmann ablaufen können. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht. Darüber hinaus ist eine Anlage vorgegeben, mit der die unterschiedlichsten Fertig­ säuren nacheinander hergestellt werden können, ohne daß bei der Herstellung der einzelnen Fertigsäuren noch bei ihrem Abpumpen eine Gefahr für die Umwelt oder die Qualität der einzelnen Fertigsäuren auftreten kann. Die Sicherheit bzw. die Umweltfreundlichkeit sind dadurch er­ höht, daß Behälter und Rohrleitungen eingesetzt werden, die sich durch vorzügliche Säure-, Temperatur- und Alterungs­ beständigkeit auszeichnen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung der Fertigsäuremischanlage und

Fig. 2 eine Sortenverstellstation in Teilansicht.

Die konzentrierte Schwefelsäure wird im Vorratstank 1 und das demineralisierte Wasser im Vorratstank 2 auf­ bewahrt. Die konzentrierte Schwefelsäure weist eine Dichte von 1,72 bis 1,8 g/m³ auf, wobei diese Konzentration vor jeder Mischung über die Dichtwaage 4 kontrolliert wird. Der dafür benötigte geringe Förderstrom wird aus dem Vorlauf 7 über die Pumpe 5 abgezweigt, durch die Dichte­ waage 4 geführt und dann über den Rücklauf 6 wieder in den Vorratstank 1 eingegeben.

Der Vorratstank 1 ist über die Rohrleitung 9, in der eine Pumpe 10 und Ventile 11 im Bereich des Vorrats­ tanks 1 angeordnet sind, zu entleeren bzw. die konzentrierte Schwefelsäure wird über diese Rohrleitung dem Mischvorgang zugeführt. Diese Rohrleitung 9 ist in die Rohrstränge 13, 14 aufgezweigt, in denen jeweils ein Grobstromventil 15 und ein Feinstromventil 16 angeordnet ist. Über dieses Grobstromventil 15 bzw. Feinstromventil 16 kann der Zulauf 17 zum Mischbehälter 20 soweit notwendig und gewünscht reguliert werden.

In den Mischbehälter 20 mündet auch die Druckluft­ leitung 21, die über das Magnetventil 22 zu öffnen und zu verschließen ist. Dieses Magnetventil 22 ist an das Grobstromventil 15 gekoppelt, so daß beide etwa im gleichen Zeitpunkt öffnen und auch schließen.

Ebenfalls in den Mischbehälter mündet die über das Regelventil 24 zu betätigende Rohrleitung 25. Auch diese den Vorratstank 2 mit dem Mischbehälter 20 ver­ bindende Rohrleitung ist in den Rohrstrang 26 und den Rohrstrang 27 aufgeteilt, in denen je ein Grobstrom­ ventil 28 und ein Feinstromventil 29 angeordnet sind, über die der Zulauf an Wasser zum Mischbehälter 20 eingestellt und reguliert werden kann. Der jeweilige Stand im Mischbehälter 20 wird über die Kraftmeßdosen 43 kontrolliert. Temperaturfühler 30, 31 kontrollieren die Temperatur.

Nach Abschluß des Mischvorganges wird die fertig­ gestellte Fertigsäure über die abgehende Rohrleitung 33 und die Pumpen 34, 35 abgefördert, sowie das Abförder­ ventil 36 geöffnet ist.

Auch dem Mischbehälter 20 ist eine Dichtewaage 38 zugeordnet, die über eine Verbindungsleitung 39 mit der benötigten Fertigsäure bzw. Mischung versorgt wird und über die diese Mischung dann wieder in den Mischbe­ hälter 20 zurückgeführt wird. Beide Dichtewaagen 4, 38 sind über die Verbindungsleitung 37 miteinander und mit dem Druckluftversorger 17 verbunden. Zwischengeschaltet sind Filter- und Regulierstationen 40, 41, 42, die der Regelung und Einstellung der Dichtewaagen 4, 38 dienen.

Das jeweilige Gewicht innerhalb des Mischbehälters 20 wird über die Kraftmeßdosen 43 überwacht, während die Temperatur der den Mischbehälter 20 verlassenden Fertigsäure nach Durchlaufen des Wärmetauschers 45 über einen Temperaturfühler 48 überwacht wird. Der Wärmetauscher 45 wird über den Wasserzulauf 46 bzw. den Wasserrück­ lauf 47 mit dem notwendigen Kühlwasser versorgt.

Die Sortenverstellstation 50, die in Fig. 2 in Einzelheit gezeigt ist, weist eine ganze Zahl von Förderwegventilen 51, 52 auf, über die die jeweilige Fertigsäure dem dafür vorgesehenen Lagerbehälter zuge­ führt wird. Dabei werden die Förderwegventile 51, 52 mit Hilfe eines kombinierten Magnet-Membranantriebes 53, 54 betätigt und so die jeweilige Rohrleitung 55 freige­ geben. Auf diese Weise kann dann die Fertigsäure sicher dem dafür vorgesehenen Lagerbehälter 57, 58, 59 zugeführt werden. Vor den einzelnen Lagerbehältern 57, 58, 59 sind Zulaufventile 60 angeordnet und in Fließrichtung dahinter Ablaufventile 61, die mit den Bedarfsstellen für die jeweilige Fertigsäure schaltungstechnisch in Verbindung sind.

Der Säurestand innerhalb der einzelnen Lagerbehälter 57, 58, 59 wird automatisch über die Niveauschalter 62, 63 überwacht. Bei zu weitem Absinken des Säurestandes wird die Information an den Steuerstand 65 weitergeleitet, von dem aus der Bedienungsmann den jeweiligen Misch­ vorgang für die entsprechende Fertigsäure einleiten kann.

Die in Fig. 2 gezeigte Sortenverstellstation 50 be­ steht wie gesagt aus einer ganzen Zahl von Förderweg­ ventilen 51, 52, 66, 67, 68, 69. Die Förderwegventile sind in der Regel gleich ausgebildet und mit gleichen Antrieben 53, 54 versehen und mit dem Steuerstand 65 in Verbindung. Über den Steuerstand und das dort eingespeicherte Programm kann jeweils nach Fertig­ stellung der Mischung das Abfördern der hergestellten Fertigsäure automatisch erfolgen, ohne daß der Bedienungsmann noch einmal eingreifen muß.

Auch eine automatische Zuschaltung bzw. Einleitung des Mischvorganges ist möglich. Es hat sich jedoch heraus­ gestellt, daß die Mitwirkung des Bedienungsmannes zweck­ mäßig ist, schon um ihn zur genauen Beobachtung des gesamten Verfahrensablaufes anzuhalten.

Nicht überall ist es möglich, eine Ausgangssäure mit den o. g. Ausgangswerten vorzuhalten. Aufgrund der Aus­ kleidung des Mischbehälters 20 und der übrigen Gegeben­ heiten könnten höhere Mischtemperaturen zu zu häufigen Abschaltungen oder zu Schäden an der Apparatur führen. Aus diesem Grunde kann eine Vormischeinrichtung vorgesehen sein. Wird beispielsweise eine Ausgangssäure mit über 1,8 g/m³, z. B. 1,834 g/m³ angeliefert, so ist die Ein­ schaltung der Vormischeinrichtung zweckmäßig.

Die Vormischeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Vorratsbehälter 73 und einem Mischer 76. Die konzentrierte Säure wird vom Vorratsbehälter 73 über den Säurezulauf 75 im Mischer 76 mit dem Wasserzulauf 74 zusammengeführt. Die dabei auftretende Temperaturzunahme wird im nachge­ schalteten Wärmetauscher 77 ausgeglichen, so daß dem Vor­ ratstank 1 über den Rücklauf 78 normal temperierte Aus­ gangssäure zuläuft, aus der anschließend die genauen Mischungen hergestellt werden können. Die ungenaue Vor­ mischung ist unschädlich, weil Fehler mit Hilfe der genau arbeitenden Einrichtungen der nachgeschalteten Mischanlage ausgeglichen werden.

Claims (12)

1. Anlage zur Herstellung von Fertigsäuren aus einer Ausgangssäure, insbesondere konzentrierter Schwefelsäure, und demineralisiertem Wasser, mit Vorratstanks für die Ausgangssäure und das Wasser, mit mehreren Lagerbehältern für die Fertigsäuren, und mit einer Mischeinrichtung, die über Rohrleitungen einerseits mit den Vorratstanks und andererseits mit den Lagerbehältern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung nur einen Mischbehälter (20) auf­ weist, der über Zulaufventile (15, 16, 22, 28, 29) gefüllt und über Abförderventile (36) entleert werden kann, daß zwischen den Mischbehälter (20) und die Lagerbehälter (57, 58, 59) eine Sortenverstellstation (50) geschaltet ist, die eine Batterie von Förderwegventilen (51, 52) zur wahl­ weisen Verbindung des Mischbehälters (20) mit den Lager­ behältern (57, 58, 59) aufweist, und daß dem Mischbehälter (20) und dem Vorratstank (1) für die Ausgangssäure jeweils eine automatische Dichtewaage (38 bzw. 4) zugeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Gewichtsüberwachung auf Kraftmeßdosen (43) ruhende Mischbehälter (20) und die Rohrleitungen (9, 33, 39, 55) aus Polyvinylidenfluorid hergestellt sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (20) aus Polypropylen besteht, das innen mit Polyvinylidenfluorid ausgekleidet ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sortenverstellstation (50) zugeordneten Förder­ wegventile (51, 52) einen kombinierten Magnet-Membranantrieb (53, 54) aufweisen.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderwegventile (51, 52) zum Abfördern der in der Rohrleitung (33, 55) jeweils anstehenden Restmenge gewichtsmäßig steuerbar sind.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Vorratstanks (1, 2) mit dem Mischbehälter (20) verbindenden Rohrleitungen (9, 25) jeweils in parallelen Rohrsträngen (13, 14; 26, 27) Grobstrom- und Feinstromventile (15, 16; 28, 29) angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobstromventil (15) für die Ausgangssäure an ein Magnetventil (22) für Druckluft gekoppelt ist.

8. Anlage nach Anspruch 1 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abförderventil (36) an einen die abgehende Rohr­ leitung (33) überwachenden Temperaturfühler (48) gekoppelt ist.

9. Anlage nach Anspruch 1, Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sortenverstellstation (50) ein Wärmetauscher (45) mit zwei parallel geschalteten Pumpen (34, 35) vorgeordnet ist.

10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dichtewaagen (4, 38) über Filter- und Regulier­ stationen (40, 41, 42) miteinander und mit einem Druckluft­ versorger (71) verbunden sind.

11. Anlage nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Lagerbehälter (57, 58, 59) einen Niveau­ schalter (62, 63) aufweist, der ebenso wie die übrigen Meß- und Regelvorrichtungen (4, 11, 15, 16, 22, 24, 28, 29, 30, 31, 36, 38, 43, 48) mit einem zentralen Steuerstand (65) verbunden ist.

12. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorratstank (1) für die Ausgangssäure eine aus Vorratsbehälter (73), Mischer (76) und diesem nachge­ schaltetem Wärmetauscher (77) bestehende Vormischeinrichtung vorgeordnet ist.