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Miteco AG
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Lindenplatz 9 4800 Zofingen (Schweiz) Angelo Cadeo Fichtenweg 24
4852 Rothrist (Schweiz) Einrichtung zurr; kontinuierlichen Auflösen von partikelartigen
Feststoffen in einer Flüssigkeit
Einrichtung zum kontinuierlichen
Auflösen von partikelartigen Feststoffen in einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum kontinuierlichen Auflösen von partikelartigen Feststoffen in
einer Flüssigkeit, mit einer Zirkulierleitung zum Rezirkulieren eines ersten Teiles
des Strömungs-Mediums, und mit einer Entnahmeleitung zum Wegführen eines zweiten
Teils des Strömungs-Mediums als Lösung, wobei sich in der Zirkulierleitung eine
Mischvorrichtung und zumindest eine Pumpe zum Mischen und Lösen der Feststoffe in
der Flüssigkeit und zum Fördern des Strömungs-Mediums befindet.
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Eine solche Einrichtung ist durch die CH-PS 590 076 bekannt. Bei
dieser bekannten Einrichtung besteht die Mischvorrichtung aus zwei Mischkammern.
Eine erste Mischkammer ist als Mischbottich ausgebildet, dem die Feststoffe und
die Flüssigkeit sowie das zirkulierende Strömungs-Medium beigegeben werden. In diesem
Mischbottich wird ein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durch Rezirkulieren des ersten
Teiles des Strömungs-Mediums ständig umgewälzt, wobei die Zirkulierleitung eine
Austrittsdüse aufweist, die als Treibdüse für das umzuwälzende Gemisch dient. In
diesem Mischbottich wird der grösste Teil (z.B. bO%) der zugeführten Feststoffe
in der Flüssigkeit gelöst. Die restliche Lösung findet in einer zweiten Mischkemmer
statt, die dem vorer>hnten Mischbottich über einen Teil der Zirkulierleitung
nachgeschaltet ist. Zwischen dem Mischbottich und der zweiten Mischkammer befindet
sich die von aussen, also fremd angetriebene Pumpe. Der Misch-
bottich
(erste Mischkammer) stellt einen drucklosen Behälter dar, ist also Teil eines offenen
Leitungssystems, steht also nicht unter Druck, so dass besondere konstruktive Vorkehrungen
getroffen werden müssen, damit vom Mischbottich aufsteigende Feuchtigkeit von einem
die Feststoffe zuführenden Silo mit der Feststoff-Zufuhrleitung fern gehalten wird,
damit letztere nicht verstopfen kann.
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Des weiteren wird für die Umwälzung des im Mischbottich befindlichen
Feststoff-Flüssigkeit-Gemischs (Strömungs-Medium) eine beträchtliche Energie bei
gegebener Ausbeute der Einrichtung benötigt. Dies rührt daher, dass zum Erreichen
der nahezu vollständigen Lösung der Feststoffe in der Flüssigkeit ein sehr häufiges
Zirkulieren des gesamten Inhalts dieses Mischbottichs in seinem Innern notwendig
ist, um diesen Lösungsgrad zu erhalten. Dieser Mischbottich (erste Mischkammer)
stellt in der Praxis einen sehr grossen Bauteil im Verhältnis zur gesamten Einrichtung
dar, und erfordert einen grossen konstruktiven Aufwand sowie einen grossen Platzbedarf.
Hinzu kommt die schon erwähnte hohe zu installierende motorische Leistung zum Antrieb
der Pumpe.
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Es wird die Schaffung einer Einrichtung bezweckt, mit der die erwähnten
Nachteile vermieden werden können.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
sich in der Zirkulierleitung ein als Auf,abevorrichtung für den Feststoffeintrag
dienender Injektor befindet, dessen Saugrohr mit einer Feststoff-Zufuhrleitung in
Verbindung steht, und dass sich in der Zirkulierleitung eine Mischkammer befindet.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt bei der bekannten Einrichtung der Feststoffeintrag
in den Mischbottich (erste Mischkammer). Durch die erfindungsgemässe Massnahme erfolgt
nunmehr der Feststoffeintrag durch den Injektor in die Zirkulierleitung, so dass
also auf den Mischbottich verzichtet worden ist. Letzterer ist durch den Injektor
ersetzt worden. Dies bringt nunmehr verschiedene Vorteile mit sich. Da der Feststoffeintrag
über das Saugrohr des Injektors erfolgt, kann die Zirkulierleitung unter geringem
Ueberdruck behalten werden, so dass also ein geschlossenes Leitungssystem erzielt
wird. Hierdurch kann keine Feuchtigkeit nach aussen, das bedeutet zu einem Vorratssilo
gelangen, das den Feststoff enthält. Auch die zum Saugrohr des Injektors führende
Feststoff-Zufuhrleitung wird von Feuchtigkeit des Strömungs-Mediums der Einrichtung
ferngehalten. Es kann kein Verstopfen zwischen dem Silo und dem Injektor eintreten.
Weiterhin wird durch den Injektor nur soviel Feststoff angesaugt und mit der Flüssigkeit
im Injektor benetzt, wie sofort in die Zirkulierleitung eingebracht wird, wenn der
an die Treibdüse des Injektors anschliessende Rohrabschnitt Teil der Zirkulierleitung
ist. Hierfür wird, bei gegebener Ausbeute der Einrichtung, nur wenig installierte
Leistung benötigt.
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Im Injektor findet aber auch nur eine geringe Lösung der Feststoffe
in der Flüssigkeit statt, z.B. nur 10%, so dass also der grösste Teil der übrigen
Lösung der Feststoffe in der Flüssigkeit in der in der irkulierleitung liegenden
Mischkammer stattfinden muss. Die Verlagerung der grössten Lösungsarbeit weg von
der Stelle beim Feststoffeintrag hin zu einer anderen Mischkammer hat noch
das
überraschende Ergebnis gebracht, dass, bei gegebener Ausbeute der Einrichtung, die
gesamte zu installierende elektrische Leistung wesentlich verringert werden kann
gegenüber der eingangs erwähnten bekannten Einrichtung.
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Da weiterhin der bekannte Mischbottich durch einen wesentlich kleineren
Injektor innerhalb der Zirkulierleitung ersetzt wird, ist auch der konstruktive
Aufwand und der Platzbedarf der erfindungsgemässen Einrichtung wesentlich geringer.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in schematischer Darstellung gezeigt.
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Die Einrichtung zum kontinuierlichen Auflösen von partikelartigen
Feststoffen in einer Flüssigkeit hat eine Zirkulierleitung 1 und Entnahmeleitung
2. In einem Silo 3 befindet sich ein zu lösender partikelartiger Feststoff, wie
z.B. Zucker. In einem Behälter 4 befindet sich eine Flüssigkeit, in der die Feststoffe
gelöst werden sollen. Der Behälter 4 dient sowohl zur Aufnahme der Flüssigkeit bis
zu einem Niveau 5 und auch noch zusätzlich als Ausgleichsgefäss, wie später noch
erläutert werden wird.
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Zum Behälter 4 führt eine Zufuhrleitung 6 für die Flüssigkeit. Die
im Silo 3 befindlichen Feststoffe und die im Behälter 4 befindliche Flüssigkeit
werden der Zirkulierleitung 1 zugeführt. Hierfür ist das Silo 3 mit einer Feststoff-Zufuhrleitung
7 versehen, innerhalb der sich eine Förderschne ke 8 befindet. Weiterhin ist eine
Zufuhrleitung 9 für die Flüssigkeit vorhanden.
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Innerhalb der Zirkulierleitung 1 befindet sich eine Mischvorrichtung,
die aus einer Mischkammer 10 be-
steht. In der Zirkulierleitung
1 befindet sich weiterhin eine Pumpe 11. Die Mischkammer 10 dient zum Mischen und
Lösen der Feststoffe in der Flüssigkeit, und die Pumpe 11 dient zum Fördern des
Strömungs-Mediums in den Leitungen 1,2 sowie in zwei weiteren Leitungen 12 und 13.
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Wie bereits erwähnt, ist die Leitung 7 eine Zufuhrleitung für die
Feststoffe zur Zirkulierleitung 1.
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Die Leitung 9 stellt eine zweite Zufuhrleitung für die vom Behälter
4 erhaltene Flüssigkeit für die Zirkulierleitung 1 dar. Die Leitung 12 stellt eine
dritte Zufuhrleitung für das in der Einrichtung zirkulierende Strömungs-Medium dar.
Letzteres besteht also aus den Feststoffen plus der Flüssigkeit, wobei diese Bestandteile
anfänglich als Mischung vorliegen und dann mehr oder weniger in eine Lösung übergeben.
In den Leitungen 1,12 und 13 zirkuliert und rezirkuliert also ein Strömungs-Medium,
bei dem die Feststoffe mehr oder weniger in der Flüssigkeit gelöst sind. Die fertige
Lösung mit z.B. einem Anreicherungsgrad von 60 bis 70% wird an der Entnahmeleitung
2 weggeführt. Die Leitung 12 stellt also eine dritte Zufuhrleitung für das Strömungs-Medium
dar, wobei diese dritte Zufuhrleitung ein Bypass ist, da sie wieder zur Zirkulierleitung
1 zurückführt. In dieser dritten Zufuhrleitung 12 befindet sich z.B. eine Dichte-Messvorrichtung
14 zum Messen des Anreicherungsgrades des Strömungs-Mediums. Die Leitung 13 stellt
eine vierte Zufuhrleitung für das Strömungs-Medium dar, wobei diese Leitung 15 ebenfalls
ein Bypass ist, der zwischen der Entnahmeleitung 2 und dem Behälter 4 für die Flüssigkeit
liegt. Da die im Behälter 4 befindliche Flüssigkeit aber wiederum über die
Leitung
9 der Zirkulierleitung 1 zugeführt wird, kann man auch sagen, dass die einen Bypass
darstellende Leitung 13 zwischen der Entnahmeleitung 2 und der Zirkulierleitung
1 liegt.
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In der Zirkulierleitung 1 befindet sich ein Injektor 15, der als
Aufgabevorrichtung (Gutaufgabe) für den Feststoffeintrag dient. Der Injektor 15
hat ein Saugrohr 16, eine Treibdüse 17 und ein Expansionsrohr 18. Das Saugrohr 16
steht mit der Feststoff-Zufuhrleitung 7 in Verbindung. Die zweite Zufuhrleitung
9 für die Flüssigkeit aus dem Behälter 4 und die dritte Zufuhrleitung 12 für das
Strömungs-Medium aus einer Abströmleitung 19 nach der Mischkammer 10 sind an das
Saugrohr 16 angeschlossen.
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Der Injektor 15 hat nach seiner Treibdüse 17 eine sprunghafte Querschnittsvergrösserung,
also keinen Diffusor, so dass im Rohr 18 ein Verwirbelungsbereich entsteht mit einer
turbulenten Strömung des Strömungs-Mediums.
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Um dies zu erreichen, ragt die Mündung der Düse 17 des Injektors über
das stirnseitige Ende 20 des Rohrabschnittes hinaus ins Innere dieses Rohrabschnittes
18.
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Die Mischkammer 10 erstreckt sich über einen Abschnitt der Zirkulierleitung
1, in dem sich Schikanen im Weg des Strömungs-Mediums befinden, um dieses umzulenken,
hierdurch die Feststoffe und die Flüssigkeit innig zu vermischen um eine Lösung
zu erzielen. Die Mischkammer 10 hat einen Aussendurchmesser, der den Aussendurchmesser
der eintretenden und austretenden übrigen Zirkulierleitung 1 um ein Mehrfaches übersteigt.
Die Mischkammer 10 ist in mehrere hintereinander geschaltete Aggregate 21,22 und
23 unterteilt, wobei die Anzahl der Aggregate nach den Be-
dürfnissen
der Einrichtung wählbar ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind also drei Aggregate
vorhanden.
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Jedes Aggregat hat Siebeinsätze 24,25 und 26 sowie Düseneinsätze 27,28
und 29. Diese Siebeinsätze und Düseneinsätze stellen Schikanen im Weg des Strömungs-Mediums
dar, um die Feststoffe in der Flüssigkeit zu lösen. Wie schon eingangs erwähnt,
kann die Einrichtung z.B. so ausgelegt sein, dass im Injektor 15 etwa 10% der Feststoffe
in der Flüssigkeit gelöst werden, wogegen 90% der Feststoffe in der Mischkammer
10 gelöst werden.
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Arbeitet die Einrichtung im Warm-Betrieb, kann die im Behälter 4
befindliche Flüssigkeit oder das in den Leitungen 1,12,13 und 19 strömende Strömungs-Medium
erwärmt werden. Im letztgenannten Fall kann ein Wärmetauscher 30 vorgesehen werden,
der sich in der Zirkulierleitung 1 befindet, wobei es aus verschiedenen Gründen
zweckmässig ist, den Wärmetauscher an der Druckseite der Pumpe 11 vorzusehen.
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Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnte
die Mischkammer 10 durch einen genügend langen Abschnitt der Zirkulierleitung 1
ersetzt werden, wobei in diesem Abschnitt wiederum Schikanen für das Strömungs-Medium
vorhanden sind, um dieses umzulenken, hierdurch die Feststoffe und die Flüssigkeit
zu vermischen, um eine Lösung zu erzielen. In diesem Fall hat dann die Mischkammer
von aussen im wesentlichen das Aussehen der übrigen Zirkulierleitung, hat also im
wesentlichen den gleichen Aussendurchmesser wie die übrige Zirkulierleitung 1, wobei
aber der mit den Schikanen versehene Abschnitt der Zirkulierleitung eine solche
Länge hat, die
die Länge der übrigen Zirkulierleitung 1 um ein
Mehrfaches -übersteigt.
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Das Arbeiten mit der dargestellten Einrichtung geht folgendermassen
vor sich. Die Feststoffe werden kontinuierlich über die Förderschnecke 8 dem Saugrohr
16 des Injektors 15 zugeführt. Ebenso wird die im Behälter 4 befindliche Flüssigkeit
über die Leitung 9 dem Saugrohr 16 zugeführt. Die zugeführte Feststoffmenge kann
hierbei konstant gehalten werden. Das Flüssigkeitsniveau 5 im Behälter 4 wird durch
eine Schwimmervorrichtung konstant gehalten. Ein in der Leitung 9 vorhandenes Regelventil
31 kann die Menge der zufliessenden Flüssigkeit steuern. Im Rohr 18 des Injektors
werden die zugeführten Feststoffe intensiv von der Flüssigkeit benetzt und es findet
eine erste grobe Mischung zwischen Feststoffen und Flüssigkeit statt.
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Hierzu dient ein aus der Treibdüse 17 des Injektors austretender Strahl
des in der Zirkulierleitung 1 strömenden Mediums. Dieses Strömungs-Medium strömt
in Richtung der Pfeile durch die Zirkulierleitung 1. Hierzu dient die Pumpe 11.
Nach dem Injektor 15 und einer durch die Zirkulierleitung 1 gegebenen Mischstrecke
gelangt das Feststoff-Flüssigkeit-Gemisch durch die Saugseite in die Pumpe 11 und
wird hier dem Mischwirkungsfeld der Pumpe ausgesetzt. Danach gelangt das Feststoff-Flüssigkeit-Gemisch
in die Mischkammer 10. Dank dem grossen Misch- und Turbulenzfeld, das beim Durchströmen
der Aggregate 21,22 und 23 der Mischkammer 10 entsteht, werden sämtLiche Feststoffteile
vollständig gelöst. Am Ende der Mischkammer 10 wird ein erster Teil des Strömungsmediums
rezirkuliert, wobei dieser erste Teilstrom den Treibstrahl für den Injektor
15
bildet. Ein zweiter Teilstrom fliesst über den Leitungsabschnitt 19 zur Entnahmeleitung
2, wenn dieser zweite Teilstrom als geeignete Lösung vorliegt. Ueber die Leitung
12 fliesst ein kleiner Anteil des erwähnten zweiten Teilstromes über die Messvorrichtung
14 zum Injektor 15 zurück. Die Messvorrichtung 14 (Refraktometer, Dichtemesser,
Viskosimeter oder Konzentrationsmesser) misst kontinuierlich die jeweilige charakteristische
Grösse.
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Durch einen lediglich durch einen Linienzug 32 dargestellten Regelkreis
wird das Ventil 31 stetig derart eingestellt, dass die gewünschte Konzentration
(Anreicherungsgrad der Lösung) konstant bleibt. Die Anlageleistung (Ausbeute der
Einrichtung) wird durch Wählen der zuzuführenden Feststoffmenge und der Soll-Konzentration
bestimmt, da sich dabei die Flüssigkeitsmenge, welche notwendig ist, um die gewählte
Konzentration konstant zu halten, automatisch einstellt.
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Bei der schematisch dargestellten Einrichtung sind noch verschiedene
Absperrhähne 33 bis 38 vorhanden, mit denen die jeweiligen Leitungen mehr oder weniger
geöffnet oder vollständig abgesperrt werden können. Diese Absperrhähne werden sowohl
zum Anfahren der Einrichtung, bevor also ein kontinuierlicher Betrieb erreicht worden
ist sowie bei Betriebsstörungen benutzt. So ist z.B. beim Anfahren der Einrichtung
und auch beim kontinuierlichen Betrieb der Einrichtung der in der Leitung 13 befindliche-Absperrhahn
36 geschlossen, so dass diese Leitung 13 also abgesperrt ist. Die Leitung 13 mit
Absperrhahn 36 wird bei einer noch zu erläuternden Betriebsstörung benutzt.
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Beim Anfahren der Einrichtung ist die Entnahmeleitung 2
durch
den Absperrhahn 37 geschlossen, da zuerst einmal beim in der Einrichtung strömenden
Strömungs-Medium der gewünschte Anreicherungsgrad erreicht werden muss, was durch
Rückkopplung der im Leitungsabschnitt 19 erzielten Lösung über die Messvorrichtung
14 ermittelt wird. Solange also der Absperrhahn 37 geschlossen ist, wird die mit
der Einrichtung erzielte Lösung über die Leitung 12 rezirkuliert. Hat die Messvorrichtung
14 den gewünschten Anreicherungsgrad der Lösung festgestellt, so wird der Absperrhahn
37 geöffnet und die fertige Lösung weggeführt.
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Nun wird kontinuierlich gearbeitet.
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Der Injektor 15 hat ein Saugrohr 16, in dem also ein Unterdruck herrscht,
so dass beim Betrieb der Einrichtung das über die Leitungen 1,9 und 12 fliessende
Strömungsmedium und kein Feuchtigkeitsnebel oder Dampf zur Feststoff-Zufuhrleitung
7 gelangen kann. Dies ist in noch verstärktem Masse wichtig, wenn die Einrichtung
im Warmbetrieb arbeitet, wobei also das Strömungs-Medium Temperaturen bis zu 950
C erreichen kann. Durch den Unterdruck im Saugrohr 16 findet die Mischung und Lösung
der Feststoffe in der Flüssigkeit in einem geschlossenen Leitungssystem statt, dass
also unter geringem Ueberdruck gegenüber der Aussenatmosphäre steht.
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Tritt eine Betriebsstörung ein, so dass z.B.
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der Anreicherungsgrad der Lösung zu gross oder zu klein wird, muss
in den kontinuierlichen Betrieb eingegriffen werden. Da das Mischen und Lösen der
Feststoffe in Rer Flüssigkeit in einem geschlossenen Leitungssystem abläuft, kann
dem geschlossenen Leitungssystem nicht mehr Feststoffe und Flüssigkeit zugeführt
werden, wie über die Ent-
nahmeleitung 2 weggeführt wird. Um hier
Abhilfe zu schaffen, wird die Leitung 13 über den Absperrhahn 36 geöffnet. Das Signal
hierfür wird von der Messvorrichtung 14 über den angedeuteten Leitungsstrang 39
gegeben. Der Absperrhahn 37 ist geschlossen worden. Die erhaltene aber fehlerhafte
Lösung wird somit über die Leitung 13 dem Behälter 4 zugeführt. Ist der Anreicherungsgrad
zu gross, so wird also verstärkt Flüssigkeit vom Behälter 4 über die Leitung 9 der
Zirkulierleitung 1 zugeführt. Dieses zusätzliche Zuführen an Strömungs-Medium, ohne
dass über die Entnahmeleitung 2 etwas weggeführt wird, hat ein Arbeiten des Behälters
4 als Ausgleichsgefäss zur Folge, d.h. das Niveau 5 steigt. Wenn der Anreicherungsgrad
zu klein ist, wird das Ventil 31 so betätigt, dass weniger Flüssigkeit über die
Leitung 9 zur Zirkulierleitung 1 strömt. Wahlweise hierzu könnte aber auch von der
Messvorrichtung über einen Leitungsstrang 40 auf die Förderschnecke 8 so eingewirkt
werden, dass anstelle einer Verringerung der Flüssigkeitszufuhr eine Erhöhung der
Feststoffzufuhr bewirkt wird.
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