DE3518833C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einführen einer Suspension in einen flüssigkeitsgefüllten Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen zum Einführen einer Suspension in einen flüssig­ keitsgefüllten Behälter sind aus der US-PS 43 09 283, der US-PS 33 99 770 und der US-PS 43 33 499 bekannt.

Weiter ist aus der US-PS 29 83 331 eine in Flugzeugen verwendete Vorrichtung zum Entgasen von Öl bekannt, die auch unter extremen Flugbedingungen einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten soll. Bei der bekannten Einrichtung wird das zu entgasende Öl tangential in eine zylindrische Kammer geleitet, so daß sich in dieser eine Wirbelströmung bildet, wobei sich im achsnahen Bereich die gasförmigen Bestandteile sammeln und durch einen axial angeordneten Auslaß entfernt werden, während sich das entgaste Öl im Bereich des Mantels sammelt und von dort ent­ fernt wird.

Aus der US-PS 33 49 548 schließlich ist eine Vorrichtung zum Trennen von Dampf und Wasser bekannt, bei welcher das zu trennen­ de Gemisch wiederum tangential in eine zylindrische Kammer geleitet wird, in der zur Verlangsamung der Rotation der Strömung Leitschaufeln angebracht sind. Auch hier sammeln sich die gas­ förmigen Bestandteile des Gemischs im achsnahen Bereich der Vorrichtung, während sich die Flüssigkeit am Mantel sammelt und von dort in einen Behälter an der Unterseite der Kammer entfernt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Suspensions­ einführvorrichtung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß beim Einbringen einer feststoffbeladenen Suspension in den Sammelbehälter die Bildung von Turbulenzen verlängert, eine Schaumbildung an der Oberfläche des Sammelbehälters vermieden und der Absatzgrad erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Suspensionseinführvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung taucht eine Kammer im wesentlichen vollständig in eine Flüssigkeit in einem Tank oder Behälter ein. Die Kammer ist zylindrisch und ihre Achse fluchtet mit der Vertikalachse des Behälters. Die Pipeline tritt am Umfang der zylindrischen Kammer tan­ gential so in die Kammer ein, daß die aus Flüssigkeit und Feststoffen bestehende Suspension in der Kammer einen Wir­ bel bildet. Durch die Zentrifugalkräfte werden die schwere­ ren Feststoffe nach außen zur Kammerwand gefördert und fal­ len dann unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten zu einem Auslaß am Boden der Kammer. Gleichzeitig wird durch die Zentripetalkraft die eingeschlossene leichtere Luft zur Mittelachse der Kammer transportiert, von wo aus sie nach oben entweichen kann. An einer niedrigeren Stelle sind in dem Rotationsweg des Wirbels mehrere vertikale Platten oder Schaufeln angeordnet. Die Rotation des Wirbels wird durch die vertikalen Schaufeln abgebremst, was die Störung durch die Flüssigkeit und die Feststoffe, die durch den Boden der Kammer austreten, reduziert. Da die eingefangene Luft schon entfernt worden ist, wird das Feststoffbett am Boden des Behälters durch die herabsinkenden Feststoffe kaum gestört.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Entfernung der eingefangenen und mitgeführten Luft vor dem Eintritt der Suspension in den Behälter. Gelangt die Luft zusammen mit der Suspension in den Behälter, dann wäre die Turbulenz wesentlich stärker. Die Luftblasen würden zuerst mit dem Material oder den Feststoffen bis zum Boden mitgerissen oder mitgeschwemmt werden, um dann anschließend in der Flüssigkeit aufzusteigen, wobei die Luftblasen kleine Feststoffteile eben mitnehmen würden. Die Feststoffe gelangten dann über das Randwehr in den Überlauf, was die Menge und Größe der Feststoffteilchen im Überlauf des Be­ hälters erhöhen würde.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Behälters mit einer in ihm angeordneten Suspensionseinführvorrichtung, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Suspensionseinlaßvorrich­ tung nach Fig. 1.

Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung enthält einen Tank oder Behälter 10 mit einer Seitenwand 11 und einem Boden 12. Die Seitenwand 11 und der Boden 12 können aus Metall, Zement oder irgendeinem anderen üblichen Ma­ terial bestehen. Praktisch wird das verwendete Material davon abhängen, wo die Installation stattfindet und wie leicht das spezielle Material dort verfügbar ist. Ein ver­ breiterter Behälterteil 13, der eine Überlaufsteuereinrich­ tung bildet, umgibt einen oberen Rand 14 (oder ein oberes Endteil) des eigentlichen Behälters 10 und hat einen oberen Rand 15 (oder Endteil) der höher als der obere Rand 14 des Behälters 10 ist. Das Teil 13 hat zum Auffangen von Flüssigkeit einen Boden 16, an den ein Überlaufrohr 17 an­ geschlossen ist, welches über ein Absperrventil 18 zu einem nachfolgenden Rohr 19 führt, das mit einem Sumpf 20 ver­ bunden ist. Die Suspension wird von einem Abbauort bei­ spielsweise durch ein Suspensionsförderrohr 21 einer als Ganzes mit 22 bezeichneten Einlaß- oder Einführvorrichtung oder Kammer zugeführt. Die Einlaßvorrichtung 22 ist an der Behälterseitenwand 11, dem verbreiterten Teil 13, der (nicht gezeigten) Grubendecke oder einer anderen passenden Konstruktion mit geeigneten Befestigungsmitteln wie bei­ spielsweise Klammerglieder (nicht gezeigt) befestigt. Die Einlaßvorrichtung 22, deren Aufgabe im wesentlichen die Beseitigung der Turbulenz in einer in einen Behälter führenden Schnellflußleitung ist, enthält im wesentlichen einen zylindrischen Teil 23 und einen konischen Teil 24 mit einem Auslaß 25. Die aus dem Rohr 21 in die Einlaßvorrichtung 22 eintretende Flüssigkeit wird mittels eines Auslasses 26 des Rohres 21 zu einem Wirbel in der Einlaßvorrichtung 22 umge­ lenkt. Nach Eintritt in die durch die Einlaßvorrichtung 22 gebildete Kammer bildet das Material einen sich um die ver­ tikale Achse der Kammer 22 drehenden Wirbel 28. Die Zentri­ fugalkraft der Wirbelbewegung schleudert die schweren Fest­ stoffe zur äußeren Wand 23 der Kammer 22. Gleichzeitig wird die leichtere eingeschlossene und mitgeführte Luft von der Zentripetalkraft zur Wirbelachse hin gefördert. Die Entfernung der eingeschlossenen Luft ist äußerst wichtig für den Betrieb der gesamten in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Die eingeschlossene Luft entweicht dann durch eine Öffnung in der Suspensionseinlaßvorrichtung 22. Das restliche Material fällt dann unter dem Einfluß der Schwerkraft in Richtung der Pfeile 8 in einen zweiten Bereich,der Leitplatten oder -schaufeln 27 enthält. Durch das folgende Aufprallen der Feststoffe und der rotierenden Flüssigkeit gegen diese Leitschaufeln 27 wird die Rotationsbewegung sowohl der Feststoffe wie auch der Flüssigkeit abgebremst. Nach Verlangsamung der Rotation fällt das restliche Material durch die Öffnung 25 in Richtung des Pfeils 31 in ein Bett 32 im Behälter 10.

Die Rückförderung der Suspension erfolgt mittels einer Vor­ richtung, die eine trichter- oder glockenförmige Mündung oder Ansaugvorrichtung 35 aufweist, die über einen 90-Grad-Krümmer 36 mit einem horizontalen Rohr 37 verbunden ist, das durch eine Öffnung 38 in der Seitenwand 11 und über ein Ab­ sperrventil 39 zu einer Suspensionspumpe 40 führt. Der Aus­ laß der Pumpe 40 ist mit einem Rohr 41 verbunden, das mit einer Hebe- oder Aufwärtsfördervorrichtung 42 verbunden ist, falls sich der Behälter 10 in einer größeren Tiefe als der endgültige Bestimmungsort der Suspension befindet. Die Fördervorrichtung ist mit einem Rohr 43 verbunden, das zu dem endgültigen Bestimmungsort führt, der bei einem Wasser- Kohle-Gemisch ("Trübe") als Suspension eine Aufbereitungs­ anlage sein kann. Selbstverständlich ist die Fördervorrich­ tung 42 überflüssig, wenn sich der Behälter 10 an der Ober­ fläche befindet. Dann wäre die Pumpe 40 direkt mit dem Rohr 41 verbunden, das wiederum mit der Endverwendungsvorrichtung der Suspension und nicht mit einer Fördervorrichtung ver­ bunden wäre.

Eine Pumpe 52 pumpt Flüssigkeit aus dem Sumpf 20 durch das Rohr 53 hinauf an den Einlaß 54 der Pumpe 52. Der Auslaß 57 der Pumpe 52 ist mit einem Rohr 62 gekoppelt.

Es ist wünschenswert, daß die Suspension in der Umgebung der Ansaugvorrichtung 35 im Behälter 10 in einem fließ­ fähigen (fluiden) Zustand gehalten wird. Außerdem sollte ein fließfähiger Zustand im gesamten Bodenbereich des Be­ hälters 10 während seiner Leerung aufrechterhalten bleiben, insbesondere, wenn er, wie gezeigt, einen flachen Boden aufzeigt. Um den fließfähigen Zustand zu erhalten, sind ver­ schiedene Flüssigkeitsstrahldüsen (Jets) vorgesehen. Die erste Reihe umfaßt einen Verteiler 71 mit mehreren Düsen 72, die um diesen nach unten gerichtet, wie durch die Linien 73 gezeigt, angeordnet sind. Der Verteiler 71 ist über ein Rohr 74 mit einer Pumpe 77 gekoppelt. Die Pumpe 77 erhält Flüssigkeit vom Sumpf 20 über ein Rohr 78. Eine zweite Düse 80 ist so angebracht, daß ihr Strahl in die Ansaugvorrichtung 35 gerichtet ist, um Feststoffe der Suspension zu zerteilen und den Fluß der Suspension in die Ansaugvorrichtung hinein zu unterstützen. Die Düse 80 ist über ein Rohr 81, über ein Absperrventil und ein Rückschlag­ ventil (nicht gezeigt) mit einer Pumpe 84 gekoppelt. Die Pumpe 84 erhält Flüssigkeit aus dem Sumpf 20, mit den sie über ein Rohr 85 verbunden ist. Eine dritte Reihe von Fluidisierungsdüsen, die das Ausräumen des Behälters 10 unterstützen, ist mit einem die Außenseite des Behälters 10 umgebenden kreisförmigen Rohres oder Verteilers 86 verbunden, an dem mehrere, durch die Seitenwand des Behälters 10 füh­ rende und, wie durch die Linien 88 dargestellt, längs des Bodens gerichtete Düsen 87 angebracht sind. Der kreisförmi­ ge Verteiler 86 ist in entsprechender Weise über ein Rohr 89, über ein Absperrventil und ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) mit einer Pumpe 92 gekoppelt. Die Pumpe 92 erhält Flüssigkeit vom Sumpf 20, mit den sie über ein Rohr 93 ver­ bunden ist. Eine Wasserversorgung 95 ist über ein Rohr 96 an den Sumpf 20 angeschlossen.

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Einlaßvorrichtung 22 soll die Rückförderungsvorrichtung als Ganzes erörtert werden. Die Rückförderungsvorrichtung umfaßt im wesentlichen den Behälter 10, dessen Größe so ausgelegt ist, daß er die für den vorgesehenen Abbau erforderliche Suspensionsmenge aufnehmen kann, d.h. der Behälter muß so ausgelegt sein, daß bei sich ändernden Mengen einfließender Suspension ein stetiger Abfluß von Suspension gleichmäßiger Dichte auf­ rechterhalten werden kann. Die Suspensionsquelle 29 kann ein untertägiger oder übertägiger Abbauort sein und irgend­ ein Material, wie beispielsweise Phosphate, Kohle, Eisen­ erz oder irgendein anderes Erzeugnis oder Schüttgut liefern. Im folgenden wird nur Kohle in Betracht gezogen, die er­ findungsgemäße Vorrichtung ist aber nicht hierauf be­ schränkt.

Nach Gewinnung oder Bildung des Materials am Ursprungsort 29 der Suspension wird diese durch die Rohre 21 oder 30 zur Einlaßvorrichtung 22 geleitet. Im allgemeinen sind die Ein­ lässe 26 so ausgebildet, daß das Material im Inneren der Einlaßvorrichtung 22 herumwirbelt. Die Turbulenz an dem Einlaß wird von den Leitschaufeln 27, die die Rotation abbremsen, verringert, worauf das Material vom Boden des konischen Teils 24 durch den Auslaß 25 in das Innere des Behälters 10 fällt. Feststoffe im Behälter 10 setzen sich in Richtung der Pfeile 33 ab. Nachdem sich einmal eine ausreichende Suspensionsmenge im Inneren des Behälters 10 angesammelt hat, werden die Pumpe 40 und die Pumpe 52 zusam­ men mit der Pumpe 77, die Wasser aus dem Sumpf 20 an den das Äußere der Ansaugvorrichtung 35 umgebenden Verteiler liefert, gestartet. Die Flüssigkeit fließt dann durch die Düsen 72, die dann auf die Suspension nahe der Ansaugvor­ richtung 35 einzuwirken beginnen. Zusätzliche Fluidisierungs­ düsen 87 und 80 können durch Inbetriebnahme der Pumpen 92 bzw. 84 zugeschaltet werden, die die Flüssigkeit aus dem Sumpf 20 über die Rohre 93 bzw. 85 abziehen und durch die Rohre 89 bzw. 81 den Düsen zuleiten. Mit oder ohne Fluidi­ sierung der Suspension im Bereich der Ansaugvorrichtung 35 kann die Pumpe 40 die Suspension in die Ansaugvorrichtung 35 und durch den Krümmer 36 und das Rohr 37 ansaugen.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine exakte Steuerung der durch das Rohr 37 zur Pum­ pe 40 geförderten Suspension erlaubt. Das Merkmal ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, jedoch sei erwähnt, daß die Dichte der Suspension durch Erhöhung oder Verrin­ gerung der durch den Einlaßanschluß 64 zugeführten Flüs­ sigkeit, die dem Sumpf 20 durch das Rohr 53, den Einlaß 54 und die Pumpe 52 entnommen ist, sehr genau gesteuert werden kann. Diese Flüssigkeit wird durch den Auslaß 57 der Pumpe 52 und das Rohr 62 dem Anschluß 64 zugeführt.

Offensichtlich trägt die Flüssigkeit die durch die Rohre 21 und 30 und Fluidisierungsdüsen 72, 87 und 80 zugeführt wird, zur Flüssigkeitsmenge des Behälters 10 bei. Daher muß für einen gewissen Überlauf vorgesorgt werden. In der beschrie­ benen Ausführungsform dient als Überlaufvorrichtung der kreisförmige äußere vergrößerte Teil 13, dessen oberer Rand 15 höher als der obere Behälterrand 14 ist. Der Überlauf fließt also über den Rand 14 in das aus dem vergrößerten Teil 13 und der Seitenwand 11 gebildete Auffangbecken. Der Überlauf wird dann durch das Ablaufrohr 17 und das Rohr 19 in den Sumpf 20 geleitet. Hierdurch wird die zusätzliche Flüssigkeit, die zum Betrieb der verschiedenen Fluidisie­ rungsdüsen erforderlich ist, in den Sumpf 20 geleitet. Das Wasser 49 wird also über das vom Rand 14 des Behälters 10 gebildete Wehr, die Rohrleitung 19 und den Sumpf 20 in einer Art Kreislauf umlaufen gelassen. Das erforderliche Er­ satzwasser kann dem Sumpf 20 von einer Wasserversorgung 95 über ein Rohr 96 zugeführt werden. Der Sumpf 20 muß mit einigen Vorrichtungen ausgestattet sein, um die in Richtung des Pfeils 48 über den Rand 14 des Behälters 10 gelangten und angesammelten Feststoffe wieder zu entfernen. Wie in der praktischen Erprobung festgestellt wurde, hängen die Menge und die maximale Größe der über den Rand 14 gelangenden Feststoffe direkt von der Strömungsgeschwindigkeit der über den Rand 14 fließenden Flüssigkeit ab.

Überschüssiges teilchenförmiges Material, das sich im Sumpf 20 ansammelt, kann mittels bekannter Vorrichtungen entfernt werden. Die zu entfernende Menge ist jedoch im allgemeinen nur ein kleiner Prozentsatz der gesamten von der hier offen­ barten Rückfördervorrichtung erfaßten Menge.

Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält das Suspensionsförderrohr 21 Feststoffe, ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit und eingefangene Luft. Die eingefangene Luft wirkt sich aus ver­ schiedenen Gründen äußerst nachteilig auf den Bereich der oben beschriebenen Vorrichtung aus. Der Hauptgrund ist, daß ohne die Suspensionseinlaßvorrichtung die eingefangene Luft eine zusätzliche Ursache für Turbulenzen im oberen Randbe­ reich des Behälters 10 bildet. Die Turbulenz erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß eine größere Menge und größere Stücke von Feststoffen in den Überlauf gelangen werden. Die Blasen der mitgeführten Luft können zusätzliche Fest­ stoffe aus dem Bett 32 mitreißen und außerdem die Feststoffe aus der Suspensionsquelle 29 in Suspensionszustand halten. Dann werden natürlich wegen dieser eingeschlossenen Luft große Mengen an Material aus dem Bett 32 in den Sumpf 20 transportiert. Als zweiter Nachteil kann die eingefangene Luft zur Bildung von Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche 50 des Behälters 10 führen. Die Schaumentwicklung kann so stark sein, daß der Schaum über den Rand 15 des verbrei­ terten Teils 13 übertreten und dann in dem Bereich außerhalb der Seitenwand 11 des Behälters 10 zu vielen unerwünschten Erscheinungen führen kann. Um die eingefangene Luft zu entfernen ist das Suspensionsförderrohr 21 tangential am zylindrischen Wandteil 23 so angebracht, daß die Suspension innerhalb der zylindrischen Wand 23 einen Wirbel bildet. Die Zentrifugalkraft der Wirbelbewegung transportiert das schwerere feste Material in Richtung des Pfeiles 55, so daß die Feststoffe 56 gegen die Wand gedrückt werden. Durch ihr Gewicht werden die Feststoffe dann entlang der zylindri­ schen Wand 23 nach unten zu einem konischen Teil 24 ge­ fördert. Der konische Teil 24 weist einen Abschnitt mit vielen Leitschaufeln 27 auf. Bei Aufprall von rotierenden Material auf diese Leitschaufeln 27 wird die Rotation ab­ gebremst. Die Flüssigkeit, die sich in einer ähnlichen Rotationsbewegung im Inneren der Einlaßvorrichtung 22 be­ findet, trifft ebenfalls auf die Leitschaufeln 27 auf und wird in ihrer Rotationsbewegung abgebremst.

Das nun aus dem Auslaß 25 austretende Material wird also viel weniger Turbulenzen in der den Behälter 10 füllenden Flüssigkeit und in den das Bett 32 bildenden Feststoffen verursachen. Die leichtere Luft, die in dem Suspensions­ förderrohr 21 eingeschlossen ist, wandert aufgrund der Zentripetalkräfte in Richtung des Pfeiles 59 zur Mitte des Wirbels. Anschließend entweicht sie durch die Öffnung 9 aus der Einlaßvorrichtung 22.

Aus der Suspension, die aufgrund ihres Gewichtes nach unten zu dem konischen Teil 24 transportiert wird, ist also die gesamte eingefangene Luft entfernt; daher verursacht sie in dem Bett 32 beim Absinken in das Bett 32 (in Richtung des Pfeiles 31) die geringstmögliche Störung oder Turbulenz. Außerdem ist die Rotationsbewegung des in den Behälter 10 eintretenden Materials verringert, so daß auch das die Störung an dem Bett 32 möglichst klein hält. Selbstver­ ständlich werden mit stärkerer Störung des Betts 32 auch mehr und größere Feststoffe über dem Bett 32 in Schwebe gebracht oder gehalten, wodurch sie leichter über den Rand 14 des Behälters 10 geschwemmt werden. Es ist die Haupt­ aufgabe der Erfindung, den Übertritt einer zu großen An­ zahl von Feststoffen über den Rand 14 des Behälters 10 zu verhindern und die Größe der übertretenden Feststoffe zu verringern, so daß möglichst selten eine Reinigung des Sumpfs 20 erforderlich wird.

In Fig. 2 sind zwei Rohre 21 und 30 gezeigt. Selbstverständ­ lich können aber auch nur ein Rohr oder mehrere Rohre in die Einlaßvorrichtung führen. Aus den oben erörterten Grün­ den sollten natürlich auch diese tangential angeordnet sein.

Claims (5)

1. Suspensionseinführungsvorrichtung für einen Behälter mit einem oberen Endteil, einer Seitenwand sowie einem Boden, ferner einer im Inneren des Behälters in der Nähe des Bodens angeordneten Einrichtung zur Entfernung von Fluid und Material, einer Einlaßrohranordnung, einer Einrichtung zur Verlangsamung der Rotation des Fluids und der Feststoffe sowie einer Einrichtung zur Entfernung eingeschlossener Luft, gekennzeichnet durch

• a) eine Überlaufeinrichtung (13), die im Bereich des oberen Endteils die Seitenwand (11) durchsetzt,
• b) eine Einlaßkammer (22) mit einem ersten Teil (23), welcher innerhalb des Behälters (10) derart angeordnet ist, daß der obere Endteil der Einlaßkammer (22) sich auf dem gleichen Niveau wie die Überlaufvorrichtung (13) befindet;
• c) einer Einrichtung (26) zur tangentialen Halterung der Einlaßrohranordnung (21) am ersten Teil (23) der Einlaßkammer (22),
• d) einem zweiten Teil (24) der Einlaßkammer (22), welcher unterhalb des ersten Teils (23) befestigt ist und einen Boden mit einer Öffnung (25) aufweist, die mit dem Inneren des Behälters (10) in Verbindung steht und Leitplatten oder -schaufeln (27) enthält, die die Rotationsbewegung sowohl der Feststoffe wie auch des Fluids abbremsen, wobei nach Verlangsamung das Material durch die Öffnung (25) in den Behälter (10) fällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27) zum Verlangsamen der Rotation eine Vielzahl von Leitschaufeln umfaßt, die im zweiten Teil (24) radial zur Rotationsachse der Rotations­ bewegung angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßrohranordnung (21) mehrere Rohre umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Teil (24) eine Kammer mit kegelstumpfförmiger Wand aufweist, die mit ihrer Grund­ fläche am ersten Teil (23) angeordnet ist und an der innen die Vorrichtung (27) zum Verlangsamen der Rotations­ bewegung befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entfernen der Luft aus dem ersten Teil (23) eine Öffnung (9) im oberen Endteil des ersten Teils (23) enthält.