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Mit durchlochtem Boden versehener Behälter zum Mischen fester Stoffe
mit Flüssigkeiten, insbesondere zum Kristallisieren in Bewegung.
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In vielen Gewerben werden Vorrichtungen angewendet, in denen ein
Flüssigkeitsstrom von unten nach oben durch eine Schicht irgendeines körnigen Stoffes
getrieben wird, z. B. um diesen zu lösen oder auszulatl gen oder um Kristalle zum
Wachsen zu bringen.
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Die beste Wirkung wird dabei erzielt, wenn möglichst alle Körner
in der Schwebe erhalten werden. Dies ist aber schwierig zu
erreichen,
weil der Zustand ausgeprägt labil ist; denn der feste Stoff hat fast immer ein größeres
spezifisches Gewicht als die Flüs sigkeit.
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In allen bisher bekannten Mischungsvorrichtungen zu diesem Zwecke
stellt sich daher leicht ein Zustand ein, wo die Strömung an einigen Stellen zu
schwadl ist, so daß die Körner dort tot aufeinander liegenbleiben.
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Die vorliegende Erfindung geht nun darauf hinaus, die Körner nicht
wie bisher durch den Antrieb der Strömung, sondern durch statischen Flüssigkeitsdruck
zu tragen.
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Denlot man sich ein flüssigkeitsdurchströmtes zylindrisches Gefäß
mit senkrechter Achse bis zu einer gewissen Höhe mit körnige gem Gut gefüllt und
nimmt man der Einfachheit halber an, daß die Körner kugelförmig sind, so ist der
freie Querschnitt zwischen den Körnern, so lange sie sich nicht nennenswert voneinander
entfernen, ungefähr 1110 des ganzen Gefäßquerschnittes. Die Geschwindigkeit der
Flüssigkeit in einem solchen Querschnitt wird also ungefähr 10mal so groß, wie wenn
keine Materialkörner vorhanden wären, und die mitreißende Kraft des Stromes infolgedessen
ungefähr 100mal so groß.
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Diese mitreißende Kraft kommt ausschließlich in der Form Statischer
Druck unterschiede zwischen den einzelnen Schichten der Körner zur Wirkung, solange
diese nicht weit auseinandergerissen werden.
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Denn da die Ablenkungen, denen der Flüssigkeitsstrom dadurch ausgesetzt
ist, daß er sich in dünnen Strahlen zwischen den Kör -nern hindurchschlängelt, ebensooft
von senkrechter nach wagerechter wie umgekehrt von wagerechter nach senkrechter
Strömung richtung erfolgen, und da die Geschwindigkeitsänderungen ebensooft negativ
wie positiv sind, so ist es nicht die ursprüngliche Bewegungsgröße des Flüssigkeitsstromes,
die hebend auf die Materialansammlung wirkt.
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Im Gegenteil, die Flüssigl ; eit verläßt die Materialansammlung mit
derselben ursprünglichen Geschwindigkeit und in derselben Richtung, in der sie hineingekommen
ist.
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Wie dieser Gedanke in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt ist,
geht aus den Abbildungen der Zeichnung hervor.
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Abb. I zeigt die Erfindung schematisch in ihrer allereinfachsten
Form. In einem Bekälter a liegt eine Schicht b eines körnigen Stoffes auf einer
gelochten Platte c. Die Flüssigkeit strömt bei d zu und bei e weg.
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Das Neue besteht nun darin, daß die Ouerbehnittssumme aller Öffnungen
in der Platte c viel kleiner gehalten ist im Verhältnis zum Querschnitt des Suspensionsbehälters
als bei den bis jetzt bekannten Anordnungen.
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Die Öffnungen werden so ausgefiihrt, daß sie der Formel
entsprechen, wobei S den Querschnitt irgendeines an einem beliebigen Gefäß angebrachten
kreisförmigen Loches mit gut abgerundeten Kanten bedeutet, das denselben Durchströmungswiderstand
hat, wie ihn sämtliche Bodenöffnungen des hier zur Verwendung gelangenden Behälters
hervorrufen, während F der größte Querschnitt des Suspensionsbehalters, senkrecht
zur Strömungsrichtung gemessen, b die urchschnittliche Breite, I die durchschnittliche
Länge der Öffnungen und a der mittlere Abstand zwischen den Öffnungen ist (Längen
in Zentimetern gemessenj.
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Der Abstand a ist bei runden Öffnungen von NIittelpunkt zu Mittelpunkt
ihrer Querschnitte, bei Spalten von Längsachse zu Längsachse gemessen.
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Wenn bei den bisher bekannten Anordnungen der feste Stoff auf der
Bodenfläche tot liegenbleibt und eine kleine Vergrößerung der Fläche zwischen den
Löchern diese Erscheinung nur noch verschlimmert, so war es durchaus kein naheliegender
Gedanke, sondern im Gegenteil ein scheinbarer Widerspruch, daß dieser Fehler dadurch
sollte entfernt werden können, daß man die Bodenflächen zwischen den Löchern noch
erheblich größer machte, worauf vorliegende Erfindung ja hinausläuft.
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Es handelt sich hier eben um etwas grundsätzlich Neues. Wenn die
Materialschicht nur auf einem Drahtgewebe oder einer gewöhnlichen gelochten Platte
mit einem großen Gesamtquerschnitt der Löcher liegt und sich, wie bekannt, sofort
einzelne Löcher oder Kanäle durch die Materialschicht bilden, durch welche die Hauptmenge
der Flüssigkeit strömt, so ist die Ursache dieser Labilität die, daß der Widerstand
dieser Kanäle viel geringer ist als der der kompakten Teile der Schicht. Aber dadurch,
daß der Gesamtqucrschnitt aller Plattenlöcher so klein gemacht wird, wie oben angegeben,
entsteht ein verhältnismäßig großer Widerstand gegen die Strömung, schon bevor die
Flüssigkeit in die Materialschicht hineinkommt.
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Selbst wenn also vorübergehend der Ailfang einer Kanalbildung in
der Materialschicht entstehen sollte, so ist die Widerstandsminderung, die dadurch
an dieser Steile eintritt, jetzt prozentual wesentlich geringer, da ja der verhältnismäßig
große NGiderstand in der gelochten Platte dadurch nicht vermindert wird. Ein großer
Teil der Flüssigkeit kann daher nicht durch die entstehenden
Kanäle
strömen, sondern wird gezwungen, immer noch durch die andern Teile der Materialschicht
zu gehen, und zwar um so mehr, als eine verstärkte Strömung durch diejenigeil Plattenlöcller,
die unter einem Kanal in der Materialschicht liegen, den schon von vornherein großen
Widerstand der Löcher proportional mit dem Quadrate der Geschwindigkeit vergrößert.
Der statische Überdruck in den unteren Materialschichten hält sich daher in einer
stabilen Form. Denn auf diese Weise ist einerseits dafür gesorgt, daß nirgends so
große Flüssigkeitsmengen durchströmen können, daß die Körner sich stark voneinander
entfernen, und anderseits, daß überall so große Flüssigkeitsmengen durchströmen
müssen, daß die Körner nicht fest aufeinander liegenbleiben.
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Die in Abb. 1 angedeutete Anordnung kann noch verbessert werden.
Aus praktischen Gründen ist es oft wünschenswert, den Durchmesser der einzelnen
Löcher in der Platte c verhältnismäßig groß zu halten, um Verstopfungen derselben
leichter zu vermeiden, und eine Folge dieses größeren Durchmessers ist dann, daß
die Löcher in verhältnißmäßig großem Abstand voneinander angebracht werden müssen,
damit der Gesamtquerschnitt so klein gehalten werden kann, wie oben angegeben. Trotz
der unmittelbar über dem Boden entstehenden Wirbel ist es dann bisweilen nicht ausgeschlossen,
daß Materialteile zwischen den Löchern längere Zeit tot liegenbleiben können, bevor
sie von dem nächstliegenden Flässigkeitsstrahl angesaugt werden.
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Dieser Nachteil kann durch das an und für sich bekannte Mittel beseitigt
werden, daß die ganze schwebende Materialmasse in kreisende Bewegung versetzt wird,
so daß die Flüssigkeitsstrahlen von den Plattenlöchern fortwährend in neue Teile
der Materialmasse hineinkommen und daher keine Gelegenheit erhalten, Kanäle darin
zu bilden. Die kreisende Bewegung kann entweder durch ein Rührwerk oder durch Schrägstellung
der Öffnungen in der Platte c hervorgerufen werden, so daß die Strahlen nicht nur
eine senkrechte, sonderii auch eine tangentiale (;escllrvindigkeitskomponente erhalten.
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Anstatt einer tangentialen Bewegung in einem zylindrischen Gefäß
kann man durch Schrägstellung der Öffnungen auch radiale oder eine Nerbindung von
radialen ünd tangentialen Bewegungen hervorrufen, um zu verhindern, daß die Materialmassen
sich infolge der zentrifugalkräfte überwiegend an den Gefäßwandungen anhäufen.
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Es ist bekannt, eine Drehung der Materialmasse dadurch hervorzurufen,
daß man die Flüssigkeit durch einen jalousieförmigen Boden führt. Aber wenn dieses
Mittel nicht mit der oben erläuterten Verkleinerung der Lochquerschnitte verknüpft
wird, ist es nicht imstande, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen. Denn führt
man so große Flüssigkeitsmengen dadurch, daß ihre Bewegungsgröße sicher imstande
ist, Horizontalbewegungen überall in der Materialschicht hervorzurufen trotz der
Materialreibung gegen den Boden und die Wände, so reißen die Strömungen schwebende
Materialkörner mit sich aus dem Behälter hinaus, und führt man kleinere Flüssigkeitsmengen
durch, so entstehen tote stellen in der Materialschicht.
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Wendet man dagegen Jalousien oder schräggestellte Öffnungen mit den
oben bezeichneten Merkmalen an, so ist die Neigung zur Kanalbildung so schwacll,
daß die Materialmasse praktisch überall im Behälterquerschnitt in der Schwebe gehalten
wird, so daß ein schwacher Antrieb genügt, um Horizontalbewegungen hervorzuru fen.
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Eine andere Art, die STeigung zur Kanalbildung in einer Anordnung
nach Abb. I zu beseitigen, ist in Abb. 2 gezeigt, die ein Stück einer bodenplatte
für ein Suspensionsgefäß darstellt. Die Löcher f erweitern sich stark und rasch
nach oben, so daß die Strahlen mit stark verminderter Geschwindigkeit aus der Bodenplatte
heraus- und in die Material schicht hineinströmen. Der Querschnitt dieser erweiterten
Löcher kann rund oder vieleckig sein Bei dieser Anordnung kommt es vor, daß das
körnige Material an den Wänden des Raumes u entlang in der Richtung nach Öffnung
f zurückfällt.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann man eine Anordnung, wie sie
in Abb. 3 gezeigt ist, benutzen.
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Jede Offnung erweitert sich hier wieder stark trichterförmig nach
oben. Um aber zu verhindein, daß das körnige Material in die Trichter hineinfallen
kann, ist eine Platte s angebracht, die über jeder Trichteröffnung jalousieförmige
Öffnungen t besitzt.
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Diese Offnungen können so groß gehalten werden, daß die Bewegungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit in ihnen erheblich kleiner als in f und außerdem die Bewegung fast
wagerecht ist, so daß die Neigung der Flüssigkeit zur Kanalbildung fast vollkommen
vermieden wird.
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Anstatt die Platte s jalousieförmig auszuführen, kaml man auch ein
Drahtgewebe oder ein gelochtes Blech anwenden, wenn entweder die Löcher darin so
klein sind oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in ihnen so groß ist,
daß das körnige Gut nicht durchfällt.
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Abb. 4 und 5 zeigen noch eine andere Bauart.
Uber
jedem Loch f in der Platte c ist eine kleine Platte g angebracht, die die Vertikalgeschwindigkeit
des Strahles in Horizontalgeschwindigkeiten umwandelt. Die Platten g können durch
Stege n s gehalten und gegenseitig zu einem Gitter über dem Boden c verbunden werden.
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Indem die Strahlen auf diese Weise gezwungen werden, wagerecht zu
strömen, wird ihr senkrechter Antrieb von den Platten g aufgenommen, anstatt Kanäle
in die Materialschicht zu bohren; zugleich wird die lebendige Kraft in den wagerechten
Strömungen sehr bald vernichtet unter gleichzeitiger gegenseitiger Aufhebung aller
wagerecht gerichteter Antriebe.
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Der senkrechte Antrieb der Strahlen kann auch aufgenommen und ihre
Strömungsenergie vernichtet werden durch eine Anordnung, wie sie in Abb. 6 und 7
dargestellt ist. über jedem Loch f ist eine Haube i angebracht, die über drei Metallstäbchen
k gestülpt ist. Die Strömungsenergie des Strahles wird durch die im Innern der Haube
erzeugten Wirbel fast vollkommen vernichtet, so daß die Flüssigkeit mit verhältnismäßig
sehr kleiner Horizontalgeschwindigkeit austritt.
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Um einen verhältnismäßig großen Widerstand gegen die Flüssigkeitsströmung
zu erzielen, kann man auf der Bodenplatte c auch Kugeln oder andere feste Körper
I von einem unlöslichen Stoff, der spezifisch schwerer als die Flüssigkeit ist,
anbringen, mit gleichzeitiger Benutzung von Hauben i oder ohne solche.
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Benutzt man eine solche Schicht fester Körper, so ist es nicht notwendig,
daß der Gesamtquerschnitt der Öffnungen f so klein gehalten wird, wie oben angegeben.
Denn macht man die Körper 1 so groß oder aus einem so schweren Stoff, daß sie sich
beim Durchströmen der Flüssigkeit nur unbedeutend heben, so kann schon dadurch die
obengenannte Bedingung erfüllt wird.
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Der gesamte Durchströmungsquerschnitt zwischen den Kugeln ist ja
dann auf ungefähr 5 des ganzen Behälterquerschnittes beschränkt.
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Anstatt den Vertikalantrieb der einzelnen Strahlen durch Platten
g aufzunehmen, wie in Abb. 4 und 5, kann man auch die Flüssigkeit durch ein Spiralrohr
o mit nach unten gerichteten Löchern p zuführen, wie in Abb. 8 angedeutet. Die Strahlen
stoßen hier von oben gegen die undurchlochte Platte r.
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Auch hier kann man natürlich eine Schicht fester Körper anwenden,
um den Flüssigkeitsstrom noch gleichmäßiger zu verteilen.
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PATENT-ANSPRÜCHE: 1. Mit durchlochtem Boden versehener Behälter zum
Mischen fester Stoffe mit Flüssigkeiten, insbesondere zum Kristallisieren in Bewegung,
dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zuführung der Flüssigkeit unter Druck dienenden
Bodenöffnungen in weitem Ab stande voneinander angebracht sind und derartige Ausdehnungen
besitzen, daß ihr Gesamtquerschnitt im Vergleich zu der undurchbrochenen Bodenfläche
verhältnismäßig klein ist, wobei zweckmäßig auf dem Boden eine Schicht fester, schwerer
Körper von beliebiger Gestalt gelagert ist.