DE3423058A1 - Vorrichtung zum dosieren und mischen von feststoffen und fluessigkeiten zu einer suspension niedriger viskositaet - Google Patents

Vorrichtung zum dosieren und mischen von feststoffen und fluessigkeiten zu einer suspension niedriger viskositaet

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Description

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU D1PL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAt*
VNR Io6984 Nürnberg, 2o.06.1984
R/S/St
Werner & Pfleiderer, Theodorstraße Io, 7ooo Stuttgart 3o
Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von Feststoffen und Flüssigkeiten zu einer Suspension niedriger Viskosität
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von Feststoffen und Flüssigkeiten zu einer Suspension niedriger Viskosität gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung soll insbesondere auch die Erstellung einer solchen Suspension unter Einsatz abrasiver, pulverförmiger Feststoffe ermöglichen, welche unter Druck ausgetragen wird.
Für die Herstellung derartig niedrigviskoser Suspensionen werden axial geschlossene, einzelne Kammern bildende Pumpensysteme, z.B. zweiwellige Gegendrallschnecken, wie Schraubenspindelpumpen, verwendet. Derartige Pumpbzw. Mischsysteme können bei sehr geringen Kamm-Gehäuse-Spielen hohe Drucke aufbauen, verursachen aber aufgrund
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ihrer Kinematik einen hohen Verschleiß, welcher einerseits die Wartungskosten erhöht und andererseits das Druckaufbauvermögen mit der Zeit sinken läßt. Bei einem erforderlichen, bestimmten zu erzielenden Druckaufbauvermögen ist das Misch- und Homogenisiervermögen derartiger Gegendrallschnecken allerdings unbefriedigend. Darüber hinaus sind die Drehzahlen bei Gegendrallschnecken-Anordnungen verhältnismäßig niedrig und damit der bezogen auf die Maschinengröße erzielbare Durchsatz.
Demgegenüber weisen Pumpen ohne Zwangsförderung, wie Gleichdrallschnecken, eine hohe Mischleistung auf und unterliegen einem geringeren Verschleiß, eignen sich aber in herkömmlicher Weise eingesetzt nicht dazu, für gewisse Verfahren erforderliche Ausgangsdrucke bei niederviskosen Suspensionen aufzubauen, da das Druckaufbauvermögen dieser Pumpen neben der Schneckengeometrie und -länge von der Viskosität des zu fördernden Mediums abhängt.
Lösungen mit diskontinuierlich arbeitenden Mischern und einer zusätzlichen Druckerhöhungspumpe sind unrationell und unterliegen erheblichen Beschränkungen hinsichtlich verschiedener auftretender verfahrenstechnischer Forderungen bzw. Probleme.
Aus der DE-PS 972 895 und der DE-PS 28 5o 121 ist es an sich bekannt, Förderschnecken dazu zu verwenden, einem unter Druck ablaufenden Prozeß Feststoffe mittels einer Förderschnecke zuzuführen. Hierbei stellt jedoch aufgrund der 'festen Konsistenz der zuzuführenden Stoffe
der Druckaufbau kein Problem dar. Eine Gasabdichtung zwischen Fördereinrichtung bzw. Mischeinrichtung und dem Reaktionsraum wird durch einen sich am Ende der Förderschnecke ausbildenden Massepfropfen erreicht, welcher kontinuierlich in den Reaktionsraum ausgestoßen und dort wieder dispergiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß sie einen zur Einbringung einer niedrigviskosen Suspension in einen Verfahrensbereich notwendigen Druckaufbau ermöglicht, wobei ein hoher Durchsatz unter Beibehaltung einer kontinuierlichen Arbeitsweise ermöglicht werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst. Unter den dort angesprochenen Schleppströmungspumpen werden solche Systeme verstanden, mit denen viskose oder pastöse Medien durch den Schleppeffekt einer vom Medium benetzten Rotorfläche unter Überwindung eines äußeren Widerstandes kontinuierlich gefördert werden, d.h. also solche Systeme, bei welchen keine Zwangsförderung erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Kombination wenigstens einer solchen Schleppströmungspumpe mit einer kontinuierlich arbeitenden Mischeinrichtung wird es ermöglicht, einen erforderlichen Druckaufbau zu erreichen, wie dies herkömmlicherweise nicht möglich war, und dabei andererseits die Verschleiß erscheinungen, wie sie bei zwangsfördernden Systemen auftreten, zu reduzieren. Durch die Verwendung eines geschlossenen, kontinuierlich arbeitenden Systems
können die gewünschten verfahrenstechnischen Parameter und Maßnahmen vorteilhaft realisiert bzw. einbezogen werden. So ist problemlos das Be- und Entgasen, das Einmischen mehrerer Additive, das gezielte Einleiten von Energie, das Aufheizen und Abkühlen sowie eine vollständige oder teilweise Rückführung der Suspension in das System bei schwankender Abnahme oder bei Störungen in den Folgeaggregaten möglich.
In der ersten Schleppströmungspumpe werden die Feststoffe dosiert und homogen mit einer solchen Flüssigkeitsmenge vermischt, wie sie aus Viskositätsgründen für einen gewünschten Druck am Ausgang der ersten Schleppströmung spumpe erforderlich ist. Die dort austretende, bereits unter Druck stehende Suspension wird der nachgeschalteten Mischeinrichtung zugeführt, wo weitere Flüssigkeit zum Erreichen der gewünschten Viskosität bzw. Zusammensetzung eingemischt wird. Am Ausgang dieser Mischeinrichtung steht dann eine Suspension zur Verfügung, welche sowohl die erforderliche Konsistenz als auch den notwendigen Druck aufweist.
Die der Schleppströmungspumpe nachgeschaltete kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung kann grundsätzlich beliebig aufgebaut sein; es kann sich im Grenzfall sogar um einen statischen Mischer ohne drehende Teile handeln. Die Aufgabe dieser nachgeschalteten Mischeinrichtung besteht primär im Einmischen der noch fehlenden Flüssigkeit zum Erreichen der gewünschten End-Viskosität. Vorteilhaft ist es nach Anspruch 2 aber, auch diese nachgeschaltete Mischeinrichtung als Schleppströmungspumpe auszubilden, in der dann auch noch ein Druckaufbau vorgenommen werden kann.
Die gemäß Anspruch 3 vorgesehene Verwendung einer zweiwelligen, gleichsinnig drehenden, kämmenden Schnecken maschine als Schleppströmungspumpe ist besonders vorteilhaft. Grundsätzlich kommen aber im Rahmen der Erfindung sowohl einwellige als auch zweiwellige, ein- und mehrgängige und dabei erforderlichenfalls solche mit kämmenden Profilen in Betracht.
Anspruch 4 gibt bevorzugte Möglichkeiten für die Zuführung der in der nachgeschalteten Mischeinrichtung einzumischenden Flüssigkeit wieder. Insbesondere wenn ein Teil oder die gesamte zusätzlich zuzugebende Flüssigkeit statt in die nachgeschaltete Mischeinrichtung in die die Schleppströmungspumpe und die nachgeschaltete Mischeinrichtung verbindende Druck-Leitung durch Düsen eingespritzt wird, ergibt sich dort eine - wenn auch inhomogene - VorVermischung mit der aus der Schleppströmungspumpe austretenden Suspension, wodurch der Druckverlust in dieser Druck-Leitung deutlich gesenkt wird. Es erfolgt nämlich eine Schmierung gegenüber der Wand der Druck-Leitung und außerdem bereits eine Senkung der Viskosität der Suspension. Zusätzlich kann dadurch die Druck-Leitung und ein gegebenenfalls dort vorhandenes Absperrorgan nach Abschalten der als Zuführeinrichtung dienenden Schleppströmungspumpe bespült werden.
Die gemäß den Ansprüchen 5 und 6 vorgesehenen Absperrorgane ermöglichen ein An- und Abfahren des Fördersystems gegen Druck. Darüber hinaus kommt dem Absperrorgan gemäß Anspruch 5 eine Sicherheitsfunktion zu, da der Prozeßdruck häufig durch den Gasdruck brennbarer, heißer und umweltschädlicher Gase, wie z.B. Kohlenwasser-
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stoffe, gebildet wird, wobei diese Gase sich nicht unkontrolliert rückwärts durch die Schneckenmaschine entspannen dürfen, was vor allem dann verhindert werden muß, wenn das stromaufwärts zur Verfügung stehende Gasvolumen, welches durch Behälter, Reaktoren od. dgl. gebildet wird, sehr groß ist. Durch das Absperrorgan wird auch verhindert, daß bei Störungen, d.h. Unterbrechungen der Feststoffzufuhr und der daraus resultierenden Verhinderung eines Druckaufbaus ein Gasdurchbruch erfolgt. Hierzu trägt auch ein sich zwischen dem Ende der Schleppströmungspumpe und dem Absperrorgan ausbildender Massepfropfen bei.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ermöglicht beim Abfahren des Systems ein Leerfahren der Schleppströmungspumpe .
Bei gewissen Anwendungszwecken eignet sich das erfindungsgemäße System auch für die Realisierung der Maßnahmen nach Anspruch 7. Wird als Schleppströmungspumpe z.B. eine gleichsinnig drehende, zweiwellige, kämmende Schneckenmaschine verwendet, beträgt die Druckaufbaulänge ausgehend vom Ende nur wenige Schneckendurchmesser, d.h. der Großteil der Schnecke ist weitgehend drucklos. Dementsprechend ist über eine verhältnismäßig kurze Rückstaulänge die Schnecke ganz gefüllt und im überwiegenden Teil ihrer Arbeitslänge lediglich teilgefüllt. In diesem Abschnitt lassen sich dann problemlos mehrere Einführeinrichtungen hintereinander für feste oder flüssige Komponenten unterbringen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Diese zeigt schaltbildartig-schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung umfaßt eine erste Schleppströmungspumpe 1, welche als zweiwellige, gleichsinnig drehende, kämmende Schneckenpumpe ausgebildet ist. Diese Pumpe umfaßt einen Antriebsmotor 2, ein Getriebe 3 und ein die Schnecken aufnehmendes Fördergehäuse 4, welches durch einen Stützrahmen getragen wird.
Entsprechend aufgebaut ist eine zweite Schleppströmungspumpe 6, welche einen Antriebsmotor 7, ein Getriebe 8 und ein Fördergehäuse 9 aufweist, welches durch einen Abstützrahmen Io getragen wird.
Der Ausgang 11 des Gehäuses 4 ist mit dem Eingang 12 des Gehäuses 9 der zweiten Pumpe 6 über eine Druck-Leitung 13 verbunden. In der Leitung 13 ist ein Absperrorgan 14 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel münden in das Gehäuse 4 der Pumpe 1 nacheinander eine Einführeinrichtung 15 für Feststoffe, eine Einführeinrichtung 16 für eine flüssige Komponente, eine Einführeinrichtung 17 für einen weiteren Feststoff und eine Einführeinrichtung 18 für eine weitere flüssige Komponente. Die Einführeinrichtungen für die flüssigen Komponenten können herkömmliche Pumpen umfassen. Die Einführeinrichtungen für die Zuführung und Dosierung der Feststoffe sind ebenfalls
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in bekannter Weise aufgebaut und umfassen jeweils im wesentlichen einen Vorratsbehälter 19 bzw. 2o, eine nachgeordnete Bandwaage 21 bzw. 22 und einen Einführstutzen 23 bzw. 24.
Am Ende des Gehäuses 4 ist neben dem Ausgang 11 noch eine Austragsleitung 25 vorgesehen, welche durch ein Absperrorgan 26 absperrbar ist.
Eine weitere Einführeinrichtung 27 für eine flüssige Komponente führt zu der Druck-Leitung 13 und zum Gehäuse der Pumpe 6, in welches eine Rückführleitung 28 mündet. Der Ausgang 29 des Gehäuses 9 mündet in eine Prozeßleitung 3o, welche unmittelbar zu dem unter Druck stehenden Reaktions- bzw. Prozeßraum führt. Die Rückführleitung 28 stellt eine Rückführung des über die Prozeßleitung abgegebenen Produkts, falls aufgrund von Störungen eine Produktabnahme ganz oder teilweise unmöglich ist, sicher.
In Betrieb werden der ersten Pumpe 1 über die Einführeinrichtungen 15, 17 Feststoffe (z.B. abrasive Pulver, Kohlestaub) und durch die Einführeinrichtungen 16, 18 Flüssigkeiten (z.B. Wasser, Öl) zugeführt, wobei eine dosierte Zuführung derart erfolgt, daß sich am Ausgang des Gehäuses 4 ein erhöhter Druck P1 gegenüber dem am Anfang bestehenden Ausgangsdruck P einstellt. Dieser Druck P entspricht mindestens dem Prozeßdruck einschließlich der Druckverluste in den nachfolgenden Aggregaten eingestellt werden. Über die Druck-Leitung 13 gelangt di.e in der ersten Pumpe 1 erzeugte Suspension dann in das Gehäuse 9 der zweiten Pumpe 6. Diese steht unter Prozeßdruck. Die über die Einführeinrichtung 27
zugeführte Restflüssigkeit zum Erreichen der gewünschten Viskosität und/oder Zusammensetzung wird entweder in die Druck-Leitung 13 über Düsen und/oder in das Gehäuse 9 der zweiten Pumpe 6 zugegeben. Zur entsprechen den Aufteilung dieser Restflüssigkeit in der geschilderten Weise sind zwei Absperrorgane 31, 32 vorgesehen.
Am Ausgang 29 der zweiten Pumpe 6 steht dann eine Suspension mit niedriger Viskosität und dem erforderlichen Druck zur Verfügung.
Im Störungsfall kann das Absperrorgan 14 geschlossen werden, um ein Zurückströmen von Gasen zu unterbinden.
Das Absperrorgan 26 am Ende des Gehäuses 4 der ersten Pumpe 1 ist im Regelfall geschlossen. Zum Entleeren des Gehäuses 1 über die Leitung 25 kann dieses Absperrorgan 26 geöffnet werden.
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Claims (7)

RAU & SCHNECK DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAM VNR 1O6984 Nürnberg, 2o.06.1984 R/S/St Werner & Pfleiderer, Theodorstraße Io, 7ooo Stuttgart 3o Ansprüc'he
1. Vorrichtung zum Dosieren und Mischen von Feststoffen und Flüssigkeiten zu einer Suspension niedriger Viskosität umfassend wenigstens eine kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung und eine Zuführeinrichtung zur Zuführung der Komponenten zu der Mischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung als Schleppströmungspumpe (1) ausgebildet ist, daß die Schleppströmungspumpe (l) und die Mischeinrichtung über eine Druck-Leitung (13) hintereinander geschaltet sind, daß längs der Schleppströmungspumpe (l) wenigstens je eine Feststoff- und Flüssigkeits-Einführeinrichtung (15, 17 bzw. 16, 18) vorgesehen ist, und daß der Schleppströmungspumpe (1) wenigstens eine Flüssigkeits-Einführeinrichtung (27) nachgeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung ebenfalls als Schleppströmungspumpe (6) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleppströmungspumpe (1 und/oder 6) eine zweiwellige gleichsinnig drehende, kämmende Schneckenpumpe vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schleppströmungspumpe (1) nachgeordnete Flüssigkeits-Einführeinrichtung (27) in die Druck-Leitung (13) und/oder die kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung einmündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Schleppströmungspumpe (1) und die kontinuierlich arbeitende Mischeinrichtung verbindenden Druck-Leitung (13) ein Absperrorgan (14) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Schleppströmungspumpe (l) eine Austragsleitung (25) mit einem Absperrorgan (26) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Schleppströmungspumpe
(1) und/oder längs der kontinuierlich arbeitenden Mischeinrichtung jeweils eine Mehrzahl von Einführeinrichtungen (15, 16, 17, 18, 27, 28) vorgesehen ist.
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