DE3940118A1 - Schlammverteilungsapparat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Herbeiführung einer beliebigen gewünschten Verteilung eines Schlamms zu einem Punkt außerhalb des Apparats. Der Apparat ist insbesondere für den Einsatz bei der Behandlung von Schlämmen geeignet, bei denen eine Trennung zwischen den einzelnen Komponenten erwünscht ist.

Die traditionellen, in der Praxis der Verteilung ange­ wandten Methoden lassen sich in drei Typen kategorisie­ ren: Kapillaren, Wehre und Öffnungen.

Kapillaren erfordern sehr saubere Flüssigkeiten und eignen sich nicht für Schlämme, da sie sofort ver­ stopfen.

Wehre und Öffnungen werden in einem breiten Bereich geometrischer Konfigurationen eingesetzt. Die populären Konstruktionen von Wehren eignen sich nicht für den Einsatz bei Schlämmen, da die Tendenz besteht, daß sich die groben Teilchen vor dem Wehr absetzen. Auch ist für bestimmte Nicht-Newton′sche Flüssigkeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten und niedriger Scherung die scheinbare Viskosität sehr hoch, und der Strömungswiderstand ist beträchtlich, was eine ungleichmäßige Verteilung vom einen Ende zum anderen Ende des Wehrs zur Folge hat.

Öffnungen, beispielsweise Sprühdüsen, sind ebenfalls ungeeignet wegen der Erosion der Löcher, die durch die mit hohen Geschwindigkeiten wandernden feineren Teilchen verursacht wird, was zu ungleichmäßigen Löchern mit zufallsbedingter Größe führt, und wegen der Tendenz der gröberen Teilchen, die Löcher zu verstopfen. Gewöhnliche Geometrien wie Sprenger-Rohre oder Sammelleitungs- Systeme beruhen auf dem Prinzip, daß nur ein geringer Druckabfall über die Sammelleitung und ein relativ hoher Druckabfall über die Öffnungen vorliegt, um eine gleich­ mäßige Verteilung zu erhalten. Im Fall von Potenzgesetz- Fließmedien ist der Druckabfall in dem Sammelleitungs- System wegen der hohen Viskosität infolge der niedrigen Geschwindigkeit und niedrigen Schergeschwindigkeit unge­ wöhnlich hoch. Gleichzeitig erfolgt über die Öffnungen ein relativ niedrigerer Druckabfall und den damit ein­ hergehenden, in den Öffnungen auftretenden höheren Schergeschwindigkeiten. Somit sind die gewöhnlichen Kon­ struktionsprinzipien für Newton′sche Flüssigkeiten bei diesem Typ spezieller Fließmedien völlig unangebracht.

In der Technik bekannt sind Schlammverteiler, die Humphreys-Spiral-Generatoren enthalten, deren Bauweise und Betrieb sich von denjenigen der vorliegenden Erfin­ dung unterscheidet; siehe Bulletin No. 31 "Humphreys Stationary Slurry Distributors" und "A Simple Device That Does a Big Processing Job", veröffentlicht von Humphreys Mineral Industries, Inc., Denver, Colorado.

Bei einigen industriellen Verfahren besteht die Notwendigkeit, einen Schlamm gleichmäßig über eine Fläche zu verteilen. Hierzu gehören die Gewinnung von Ethanol aus Maismaische oder Cellulose-Abfällen, die Abtrennung der Komponenten von Erdöl in Türmen unter Atmosphärendruck oder Vakuum oder die Herstellung von Aminen durch die Reduktion von Nitro-Verbindungen mit Eisen. In diesen Verfahren kann es notwendig sein, mit einem Schlamm zu arbeiten und aus ihm bestimmte Kompo­ nenten zu extrahieren. Bei solchen Arbeiten kann es erforderlich sein, den Schlamm in gleichmäßiger Weise über einen Querschnitt, beispielsweise denjenigen einer Destillationsvorrichtung, zu verteilen.

In einem der Verfahren zur Herstellung synthetischer Eisenoxide wird beispielsweise das Produkt gemeinsam mit Anilin produziert. Am Ende der chargenweise erfolgten Reaktion verbleibt im Reaktor ein Gemisch aus Anilin, Wasser, Salzen, Eisenoxid und unumgesetztem überschüssi­ gen Eisen. Wenngleich ein Teil des Anilins durch Einsatz mechanischer Mittel abgetrennt werden kann, muß das ver­ bleibende Anilin durch Destillation entfernt werden. Bei der derzeitigen Praxis erfolgt die Destillation des Anilins aus den verbleibenden Feststoffen und Wasser durch direktes Einleiten von Dampf in den Chargen- Reaktor. Diese Arbeitsweise ist ineffizient.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung erlaubt jedoch das wirksame Abstreifen von Anilin aus einem Eisenoxid- Schlamm in einer kontinuierlichen Abstreif-Kolonne, wobei die gleichmäßige Verteilung des Schlammes über die Querschnittsfläche der Kolonne wesentlich ist.

Während das Abstreifen des Anilins bei der Herstellung von Eisenoxid als Beispiel für die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung dient, können viele andere Ver­ fahren, in denen Flüssigkeiten oder Aufschlämmungen mit Nicht-Newton′schen rheologischen Eigenschaften für einen Flüssigkeit/Flüssigkeits-Kontakt verteilt werden müssen, ebenfalls mit Vorteil in dem Apparat der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.

Die primären Vorteile des Apparats sind:

• a. Er ermöglicht die Umwandlung mancher diskontinuier­ licher Verfahren in eine kontinuierliche Arbeits­ weise
• b. er ermöglicht eine Flexibilität der Verteilung, je nach der Zielsetzung des Verteilers;
• c. er erzielt einen hohen Grad der Gleichmäßigkeit der Verteilung
• d. seine Konstruktion ist weitgehend unabhängig von der Dichte und Teilchengrößen-Verteilung der Fest­ stoffe oder den rheologischen Eigenschaften der Fließmedien, die sämtlich das Fließen beeinflussen;
• e. er ist einsetzbar für Newton′sche und Nicht- Newton′sche Fließmedien; und
• f. er vermeidet Verstopfungen, da sämtliche Strömungs- Maße größer als eine vorher festgelegte Teilchen­ größe gewählt werden können.

In der Praxis der vorliegenden Erfindung wird ein Schlamm oder eine Flüssigkeit mittels einer rotierenden Aufgabeeinrichtung auf die Innenwand eines zylindrisch geformten Behälters gegeben. Der Schlamm oder die Flüssigkeit gleitet dann die Wand hinab in einige oder sämtliche der Zellen, die am Umfang des Behälters ange­ ordnet sind. Aus jeder der Zellen wird der Schlamm durch ein Rohr, einen Schlauch oder eine Rinne (Schütte) zu einer Austragsöffnung an einem gewünschten Ort geführt.

Die mehreren Austragsöffnungen können in jedem zweck­ mäßigen oder gewünschten Muster angeordnet sein, bei­ spielsweise in einem Muster zur Erzielung einer gleich­ mäßigen Verteilung über eine Fläche. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung bestimmter Merkmale des Apparats in der Draufsicht. Fig. 2 zeigt eine Seiten­ ansicht im Schnitt der Geraden A-A.

Der Apparat der vorliegenden Erfindung ist brauchbar zur Erzielung jeder gewünschten Verteilung, einschließlich einer praktisch gleichmäßigen Verteilung, eines Schlamms über eine Fläche. Der Apparat erlaubt die gleichmäßige und verstopfungsfreie Zuteilung von Flüssigkeiten oder Schlämmen unabhängig von deren rheologischen Eigenschaf­ ten und ist von Nutzen bei der Destillation oder in Verbindung mit anderen Einrichtungen des Herstellens von Kontakt Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit.

Insbesondere ist die vorliegende Erfindung geeignet zur Verwendung bei der Verteilung von Schlämmen, darunter solchen Schlämmen, die grobe Teilchen enthalten, oder von Nicht-Newton′schen Flüssigkeiten quer über eine Kolonne bzw. Säule oder andere Vorrichtungen, die eine praktisch gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeiten be­ nötigen.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht des Apparats der Erfin­ dung dargestellt. Ein zylindrisch geformter Behälter 1 hat auf seiner Innenwand befestigt eine Anzahl oben offener Zellen 2 von gleicher Größe. Ein Arm einer Auf­ gabeeinrichtung 4 und ein gegebenenfalls vorhandener Arm zum Gewichtsausgleich 3 sind so angeordnet, daß sie um eine Achse 5 rotieren. Das Einsatzmaterial läuft unter Druck und/oder dem Einfluß der Zentrifugalkraft von dem rotierenden Aufgeber-Arm ab und spritzt gegen die Innen­ wand des Behälters 1. Der Schlamm oder die Flüssigkeit gleitet die Wand hinunter und tritt in die Zellen 2 ein.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht entlang A-A darge­ stellt. In der Figur rotiert der oberhalb der Zellen 2 angebrachte Aufgeber-Arm 4 um die Achse 5 und wird durch den wahlweise vorhandenen Arm 3 im Gleichgewicht gehal­ ten. Die Rotationsgeschwindigkeit des Aufgeber-Arms steuert die an jede Zelle abgegebene Menge Material und ist so einstellbar, daß als Austrag aus der Vorrichtung ein quasi-stationärer Strom erhalten wird. Wenn bei­ spielsweise der Aufgeber-Arm mit 120 Umdrehungen pro Minute rotiert, erhält jede Zelle zweimal pro Sekunde einen aliquoten Anteil des Schlamms. Als Beispiel wurde der Umfang einer Säule von 91 cm (3 foot) Durchmesser in 49 Zellen mit jeweils einer Weite von 2 cm (2 inch) eingeteilt. Rohre 6 mit einem Innendurchmesser von 3,8 cm (1,5 inch) wurden so angeordnet, daß die minimale Neigung etwa 75° betrug, um ein leichtes Gleiten des Schlamms sicherzustellen und die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung zu minimieren. Die Weite der Zellen und der Röhren wurden so geplant, daß grobe Teilchen mit einer Größe bis zu 1,3 mm (0,5 inch) in Richtung ihrer größten Abmessung ohne Auftreten einer Verstopfung ver­ arbeitet werden können.

Ein signifikantes Merkmal der Vorrichtung ist ihre Fähigkeit, Schlämme mit großen Teilchen oder Schlämme mit hohen Sedimentationsraten zu verarbeiten. Der Betrieb der Vorrichtung erfordert eine gesteuerte stationäre Strömung des Schlamms durch das rotierende Rohr. Pulsierende Bewegungen in dem Aufgabe-Strom, die Verteilung beeinflussen würden, müssen vermieden werden.

Weiterhin muß, da in dem rotierenden Rohr und an der Säulenwand auf der Fläche des Aufprallens des Schlamms ein Potential für eine Erosion besteht, die Auswahl des Materials mit besonderer Sorgfalt vorgenommen werden. Das rotierende Rohr kann beispielsweise mit Hart­ kautschuk ausgekleidet oder aus einem extra dicken Material gefertigt werden, um den erwarteten Verschleiß auszugleichen. Die Wand der Säule bzw. Kolonne kann ebenfalls mit einer austauschbaren Verschleißplatte oder einem Metallfutter geschützt werden.

Das größte Teilchen des Schlammes ist maßgebend für die Konstruktion des Apparats der Erfindung. Dieses Maß ist kritisch für das gesamte System, einschließlich der Packung in der Kolonne, des Rohrsystems, der Steuer­ ventile sowie der angeschlossenen Apparate und Meßein­ richtungen. Unzweifelhaft muß die Größe der Zellen, der Rohre oder Schläuche so gewählt werden, daß die größten Teilchen hindurchzugehen vermögen, ohne eine Verstopfung zu bewirken. Der Schlamm muß unter dem Einfluß der Schwerkraft fließfähig sein. Ob das Einsatzmaterial unter Druck steht oder ob man ihm erlaubt, sich ver­ mittels der Schwerkraft zu bewegen, ist nicht kritisch. Für den optimalen Betrieb wird es bevorzugt, daß der Schlamm eine innerhalb vernünftiger Schwankungen kon­ stante Zusammensetzung hat und mit einer in angemessenem Maße konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird, so daß die Zellen bei jedem Durchgang des rotierenden Aufgeber- Arms gleiche Mengen des Einsatzmaterials empfangen. Die Geschwindigkeit des rotierenden Arms ist vorzugsweise konstant.

Eine gleiche Verteilung ist nicht immer das angestrebte Ziel. Anhand der Planung können die Zahl der Zellen und die relative Größe der Zellen so gewählt werden, daß sie jede gewünschte Material-Verteilung liefern.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Vorstehenden aus­ führlich zum Zwecke der Erläuterung beschrieben ist, ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, daß derartige Einzel­ heiten ausschließlich diesem Zweck dienen und daß Ver­ änderungen dabei von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne daß vom Gedanken und vom Umfang der vor­ liegenden Erfindung abgewichen wird, wie er durch die Ansprüche begrenzt sein mag.

Claims (11)

1. Verteilungsapparat, umfassend einen zylindrisch geform­ ten Behälter, einen Aufgeber-Arm, eine Mehrzahl oben offener, längs des inneren Umfangs des Behälters ange­ ordneter Zellen und eine entsprechende Mehrzahl von Abflußkanälen, die von den Zellen abwärts führen, wobei der Aufgeber-Arm zur Rotation um eine Aches im Zentrum des Behälters befähigt ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen gleiche Größe haben.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Zellen sich von anderen in ihren jeweiligen Größen unterscheiden.

4. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußkanäle Rinnen (Schütten) sind.

5. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußkanäle Schläuche sind.

6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußkanäle Rohre sind.

7. Verfahren zur Verteilung aliquoter Anteile, umfassend das Zuführen eines aliquoten Anteils zu einer Vorrich­ tung, die einen zylindrisch geformten Behälter, einen Aufgeber-Arm, eine Mehrzahl oben offener, längs des inneren Umfangs des Behälters angeordneter Zellen und eine entsprechende Mehrzahl von Abflußkanälen, die von den Zellen abwärts führen umfaßt, wobei der Aufgeber- Arm zur Rotation um eine Aches im Zentrum des Behälters befähigt ist und wobei die Abflußkanäle in einem vorher festgelegten Muster angeordnet sind, um eine Verteilung zu bewirken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung gleichmäßig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung ungleichmäßig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aliquote Anteil eine Nicht-Newton′sche Flüssigkeit umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aliquote Anteil eine Newton′sche Flüssigkeit umfaßt.