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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zum Befüllen
eines Großraumbehälters.
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Auf
industriellen Gebieten, auf denen große Mengen an fluidisierbarem
Material beispielsweise Oxid für
die Aluminiumindustrie gehandhabt werden, treten Entmischungsprobleme
bei den gegenwärtigen
Systemen auf. Eine derartige Entmischung bedeutet, dass örtliche
Veränderungen
bezüglich
der Ansammlung von Materialien niedriger Fraktionen (feiner) und
höherer
Fraktionen (gröber)
auftreten können.
Die Entmischung wird während
des Füllvorgangs
ausgelöst,
bei dem es leicht zu großen
Luftbewegungen im Großraumbehälter kommt,
was die Ansammlung von feineren Fraktionen in Abhängigkeit von
der Geometrie des Großraumbehälters insbesondere
außen
an den Wänden
des Großraumbehälters zur
Folge hat. Während
der Entleerung oder Entnahme von Massen aus dem Großraumbehälter können anschließend Probleme
mit den variierenden Fraktionen auftreten, die wiederum zu Betriebsstörungen stromabwärts vom
Großraumbehälter, beispielsweise
Blockierungen im Großraumbehälter und in
den zugehörigen
Transportsystemen führen
können.
Betriebsstörungen
im Großraumbehälter selbst oder
stromabwärts
vom Großraumbehälter können dazu
führen,
dass die Wahrscheinlichkeit der Entladung von feinem Staub in die
Außenumgebung
zunimmt. In Verbindung mit der Herstellung von Aluminium können derartige
Betriebsstörungen
zu unerwünschten
Situationen in den Zellen führen,
bei denen eine Breibildung, einen Anodenbeschädigung, eine Blockierung der
Punktzuführer
usw. auftreten, so dass die Zellen „geöffnet" werden müssen, um verschiedene Maßnahmen
zu treffen, was das Risiko der Emission von Wärme und Fluoridgasen zur Außenumgebung
erhöht.
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Die
DE-U1-9408840 beschreibt einen Speichergroßraumbehälter mit einem Materialverteiler, der
zentral am oberen Teil des Großraumbehälters angeordnet
ist. Der Verteiler umfasst einen Behälter mit einem oben zentral
angeordneten Einlass, durch den Material in den Behälter gegeben
wird, einem zentral angeordneten Auslass im Boden und Auslässen in
seinen Seiten. Die Auslässe
in den Seiten des Behälters
sind mit Luftrinnen für
den Transport der Materialien zu Einlassöffnungen verbunden, die im oberen
Teil des Großraumbehälters angeordnet
sind. Im Inneren des Behälters
ist ein Ringelement unter dem oben zentral angebrachten Einlass
angeordnet. Das Ringelement hat eine begrenzte vertikale Ausdehnung,
die es erlaubt, dass die Materialien sowohl vom Bereich unter seiner
Unterkante als auch über seiner
Oberkante zu den Auslässen
in den Seiten des Behälters
strömt.
Der zentral angeordnete Auslass wird durch ein Schließventil
betätigt,
wobei der Transport aus den Auslässen
dadurch erfolgen kann, dass die Luftrinnen durch fluidisierendes
Gas aktiviert werden. Wenn der Großraumbehälter entweder durch den zentral
angeordneten Auslass des Behälters
oder durch die Auslässe
in den Seiten des Behälters über die
Luftrinnen zu den Einlassöffnungen
im oberen Teil des Großraumbehälters gefüllt wird,
können
abgeteilte Materialmengen mit verschiedenen Qualitäten über die
Querschnittsfläche
des Großraumbehälters verteilt
werden, was zu einer Mischung von verschiedenen Fraktionsgrößen beim Füllvorgang
des Großraumbehälters führt. Probleme bezüglich der
durch die Luft bewirkten Entmischung bleiben dennoch bei dieser
Lösung
insbesondere bei Füllvorgängen mit
niedrigen Materialpegeln im Großraumbehälter, d.h.
unter Bedingungen, in denen die Fallhöhe des Materials groß ist.
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Es
werden gewöhnlich
Versuche unternommen, Betriebsstörungen
als Folge der durch die Luft bewirkten Entmischung in einem Großraumbehälter zu
vermeiden ohne den Großraumbehälter vollständig zu
entleeren. Während
des Betriebs bedeuten derartige Maßnahmen, dass die Probleme
in Verbindung mit der Entmischung zurückgestellt werden, da der Großraumbehälter allmählich soviel
feines Material ansammelt, dass das in irgendeiner Weise sich bemerkbar
machen wird. Die Optionen, das zu beseitigen, bestehen entweder
darin, den Großraumbehälter vollständig zu
entleeren und das feine Material zu entfernen oder ihn im Arbeitsprozess
mit der Gefahr von Betriebsproblemen zu benutzen.
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In
dem Aufsatz „An
anti-segregation tube to counteract air current segregation" von Are Durøy und
Gisle G. Enstad, S. 27 -30,
POSTEC Newsletter Nr. 16, Dezember 1997, wird ein Verfahren der
Entgegenwirkung der Entmischung während der Füllung eines Großraumbehälters vorgeschlagen,
bei dem ein zentrales Rohr (Füllrohr)
verwandt wird, das von der Oberseite des Großraumbehälters nach unten zu seinem
Boden verläuft.
Das Rohr ist längs
seiner gesamten Länge
mit Ventilen versehen, die bis zum Beginn der Füllung geschlossen sind. Wenn
der Großraumbehälter gefüllt wird, öffnet sich
das unterste Ventil, da der Druck im Inneren des Rohres größer als
der Druck außerhalb
des Rohres ist. In Verbindung mit dem oberen Teil des Rohres ist
es möglich, eine
Einlasssperre anzubringen, um zu verhindern, dass Luft das Material
begleitet, mit dem das Rohr befüllt
wird, und die in das Rohr eingeführte
Menge zu regulieren. Diese Lösung
hat sich als wirksam bei der Entgegenwirkung einer Entmischung beim
Füllen eines
Großraumbehälters herausgestellt.
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Ein
Vorbehalt bei der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, dass
das Rohr, das im Behälter
in der Mitte angeordnet ist, großen Kräften von dem Material ausgesetzt
ist, mit dem der Großraumbehälter gefüllt wird.
Ein weiterer Vorbehalt besteht darin, dass es schwierig ist, die
volle Kapazität
des Großraumbehälters mit
dieser Anordnung auszunutzen, da der Gleitwinkel des Materials eine
vollständige
Ausfüllung
zu den Wänden
des Großraumbehälters verhindert.
Darüber
hinaus kann die Notwendigkeit einer zusätzlichen Entlüftung bei
dem vorgeschlagenen System bestehen, um eine Entmischung aufgrund
der hohen Luftgeschwindigkeiten während der Füllung insbesondere in Verbindung
mit der Handhabung eines Materials zu verhindern, das vorher fluidisiert
wurde, d.h. das Luft vom vorhergehenden Transport stromaufwärts enthält.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die obigen Probleme zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung basiert darauf, dass die Luftmenge, die
in den Großraumbehälter während des
Füllvorgangs eingeführt wird,
auf einem kontrollierten minimalen Wert gehalten wird. Die vorliegende
Erfindung bewirkt auch, dass das tatsächliche Material, dass in den
Großraumbehälter eingeführt wird,
in günstiger Weise
darin verteilt wird, und erlaubt es, den Großraumbehälter schneller zu füllen. Die
vorliegende Erfindung bildet gleichfalls eine Anordnung, die bezüglich der
Beanspruchungen robuster ist, die durch große Materialbewegungen beispielsweise
Rutschvorgänge
im Großraumbehälter hervorgerufen
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden mehr im Einzelnen anhand
von Figuren und Beispielen beschrieben, wobei
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1 eine
Anordnung zum Füllen
eines Großraumbehälters gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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2 eine
Schnittansicht (gesehen von oben) durch einen Großraumbehälter mit
einer Anordnung zum Füllen
eines Großraumbehälters gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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1 zeigt
einen Großraumbehälter 1 mit
einem Boden 2 und Seitenwänden 3. Eine Anordnung 4 zum
Füllen
des Großraumbehälters ist
im oberen Teil des Großraumbehälters angebracht.
Ein Vertikalförderer 5 bringt
das Material von einem Vorrat 6 nach oben zu einer Entlüftungsbox 7,
von der ein Entlüftungsrohr 8 zum
Vorrat zurückführt. Von
der Entlüftungsbox 7 wird
das Material über
einen Förderer 9 beispielsweise
einen fluidisierten Kanal oder einen Horizontalförderer irgendeiner Art zu einem
zentralen Materialverteiler 10 befördert. Mehrere (2 sind
in der Figur dargestellt) Zufuhreinheiten 11, 11', die einen Einlassregler
oder eine Einlasssperre 12, 12' und ein Füllrohr 13, 13' umfassen, können mit
dem Materialverteiler verbunden sein. Die Einlasssperre und das Füllrohr können vom
gleichen Typ sein, wie es in dem obigen Artikel in „POSTEC" angegeben ist, müssen aber
nicht von diesem Typ sein. In der Figur umfasst die Einlasssperre
ein fluidisierendes Element 14, 14', einen Auslass 15, 15', einen Einlass 16, 16' und eine Entlüftung 17, 17'. Das Füllrohr 13 kann
ein oder mehrere Ventile 18, 19 umfassen und irgendeine Querschnittsform,
quadratisch, kreisförmig
usw. haben.
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Die
Einlässe 16, 16' stehen in Verbindung
mit Verteilerrohren 26, 26' jeweils. Die Verteilerrohre können aus
leicht schräg
verlaufenden Kanälen
beispielsweise mit einem Winkel von 1 bis 3° bestehen und ein oder mehrere
fluidisierende Elemente umfassen, zu deren Boden Druckluft oder
Druckgas geführt wird
(nicht dargestellt). Die Verteilerrohre 26, 26' sind mit Auslässen 27, 27' am Materialverteiler 10 verbunden.
Der in der Figur dargestellte Materialverteiler besteht aus einem
Behälter 29,
der vorzugsweise zylindrisch ist. Andere geometrische Formen, beispielsweise
eine Parallelepipedform können
jedoch gleichfalls verwandt werden. Der Behälter 29 umfasst einen Einlass 28 in
seinem oberen Teil, durch den Material vom Horizontalförderer 9 eingeführt werden
kann. An seinem unteren Teil oder am Boden 20 umfasst der dargestellte
Behälter
ein fluidisierendes Element 30, das vollständig oder
teilweise den Boden überdeckt. Das
fluidisierende Element ist mit einer Druckluft- oder Druckgasquelle
(nicht dargestellt) verbunden. Der Boden des Behälters ist mit einem zentralen
Auslass 32 versehen, der zweckmäßigerweise ein Ventil 31 zum
Entleeren des Behälters,
zur Prüfung,
zur Wartung usw. aufweist. Der Boden kann zweckmäßigerweise konisch zum Auslass
verlaufen und einen Winkel von 7° haben.
Zur Entlüftung
(Entfernen der Luft) des Materials, das in den Behälter 29 eintritt,
ist der Behälter
zweckmäßigerweise
mit einem oder mehreren Entlüftungsrohren 37, 38 versehen.
Diese Rohre sind vorzugsweise im oberen Teil des Behälters angeordnet
und stehen mit der Umgebungsluft in Verbindung. Die Rohre sind an
ihren Enden offen und können
nach unten zum Boden des Großraumbehälters verlaufen.
Alternativ können
die Rohre auch mit dem Vorrat 6 verbunden sein.
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Wie
es in der Figur dargestellt ist, ist ein zentrales Element 36 im
Behälter 29 angebracht,
um zur gleichmäßigen Verteilung
des Materials beizutragen, wenn dieses in den Behälter eingeführt wird.
Das Element 36 kann eine obere konische Trichtereinrichtung 33 umfassen,
die so ausgelegt ist, dass sie das Material in ein Rohr 34 nach
unten führt,
das vorzugsweise ein zylindrisches Rohr ist. Wie es in der Figur dargestellt
ist, endet das Rohr 34 etwas oberhalb des Bodens 20 des
Behälters,
so dass eine Ringöffnung zwischen
dem Ende des Rohres und dem Boden 20 gebildet ist. Die
Ringöffnung
ist so ausgelegt, dass sie das Material, das in dem Behälter über die
Trichtereinrichtung 23 und das Rohr 34 eintritt,
dazu bringt, sich gleichmäßig nach
außen
sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung und nach oben
vom Boden des Behälters
aus zu verteilen. Der Materialstrom in dem Bereich zwischen dem
Rohr 34 und dem Boden 20 ist mit Linien 35 in
der Figur angegeben.
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Die
Arbeitsweise des Materialverteilers 10 ist folgende:
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Das
Material wird in den Materialverteiler 10 am Einlass 28 des
Behälters 29 über den
Förderer 9 eingegeben.
Das Material wird in dem Behälter über die
Trichtereinrichtung 33 und das Rohr 34 befördert und über den
Boden 20 nach außen
verteilt. Das Material wird fluidisiert (dazu gebracht, dass es
sich wie ein Fluid verhält)
und zwar mittels des fluidisierenden Elementes 30 und der
Materialpegel im Behälter 29 wird
gleichmäßig über den
Ringraum ansteigen, der zwischen der Innenwand des Behälters 29 und
der Außenwand
des Rohres 34 gebildet ist. Wenn der Pegel die Auslässe 27, 27' erreicht, wird
das Material in die Verteilerrohre 26, 26' in grob gleichen
Mengen und daraus in die Zufuhreinheiten 11, 11' strömen.
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Wenn
mehr Material in den Verteiler 10 befördert wird als aufgrund der
Kapazität
die Zufuhreinheiten 11 und 11' in den Großraumbehälter befördern können oder wenn der Großraumbehälter soweit
gefüllt
ist, dass die Zufuhreinheiten 11, 11' voll sind, werden
die Verteilerrohre 26, 26' durch das Material blockiert.
Im Behälter
wird dann der Pegel im Innenraum zwischen dem Rohr 34 und
der Wand des Behälters
ansteigen, bis der Pegel im Gleichgewicht zu dem Pegel im Inneren
des Rohres 34 steht. Diese beiden Pegel können verschieden
sein. Der Unterschied im Pegel wird insbesondere von den geometrischen
Abmessungen, die den Ringraum zwischen dem Rohr 34 und
der Wand des Behälters
bestimmen, der Öffnung
zwischen dem unteren Teil des Rohres 34 und dem Boden 20 und
den Abmessungen des Rohres abhängen.
Diese Abmessungen sollten zweckmäßigerweise
so gewählt
sein, dass der Pegel im Ringraum nicht über die Höhe ansteigen kann, auf der
die Lüftungsrohre 37, 38 angebracht sind.
In dieser Situation wird das Rohr 34 genau bis zum Einlass 38 gefüllt. Als
Sicherheitsmaßnahme können die
Lüftungsrohre
als Überläufe dienen,
was bedeutet, dass dann, wenn die Füllhöhe die Auslegungskriterien überschreiten
sollte, das Material über die
Lüftungsrohre 37, 38 abgeführt werden
kann.
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In
Abhängigkeit
von der Art des gewählten Förderers 9 wird
sich auch dieser allmählich
füllen.
In dieser Situation wird der Vertikalförderer beginnen, soviel Material
nach unten zu fördern,
wie er nach oben fördert
oder anhalten. Ein derartiges Anhalten kann bewirkt werden, wenn
beispielsweise ein Vertikalförderer
benutzt wird, der von einem Elektromotor angetrieben wird, in dem
jede Zunahme in der Motorlast überwacht
wird und ein Anhalteschalter betätigt wird,
wenn die Last die Nennlast überschreitet.
Der Fachmann ist in der Lage, derartige Maßnahmen auszuführen, so
dass diese folglich nicht weiter im Folgenden im Einzelnen beschrieben
sind. Der Horizontalförderer
kann mit ei ner Ausrüstung
versehen sein, die Last, die Füllhöhe usw.
zu überwachen.
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Wie
es in der Figur dargestellt ist, kann auch der Großraumbehälter selbst
Einrichtungen zu gesteuerten Entlüftung versehen sein. Der Großraumbehälter kann
beispielsweise Einlässe 40, 40' für die Umgebungsluft
und Auslässe 41, 41' für die Abführung der
Luft vom Großraumbehälter versehen
sein. Die Auslässe
können
mit dem Vorrat 6 verbunden sein und Saugeinrichtungen wie
beispielsweise Gebläse
aufweisen (nicht dargestellt). Ein Zyklon oder eine ähnliche
Einrichtung (nicht dargestellt) kann in Verbindung mit dem Materialverteiler
angebracht sein, um das Material weiter zu entlüften, das in den Großraumbehälter eingeführt wird.
Die Einlässe
und Auslässe
können
Ventile umfassen, die in Relation zu gemessenen Druckverhältnissen
im Großraumbehälter gesteuert
werden können
und die auch über
eine vorprogrammierte Steuereinheit gesteuert werden können. Wenn
das Zufuhrprinzip benutzt wird, auf dem vorliegende Erfindung basiert,
ist es wichtig, die Druckverhältnisse
zu steuern und die Materialzuführung
so luftdicht wie möglich
zu gestalten, so dass die durch Luft hervorgerufene Entmischung
optimal beschränkt
werden kann. Obwohl bei dem beschriebenen Beispiel zwei Verteilerrohre
und zwei Zufuhreinheiten dargestellt sind, ist die vorliegende Erfindung auf
diese Zahlen nicht beschränkt.
Die Anordnung von irgendeiner Anzahl von Zufuhreinheiten wird daher
in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen. Der Materialverteiler
kann beispielsweise 6 Verteilerrohre aufweisen, die gleichmäßig im Großraumbehälter, vorzugsweise
an seiner Wand, und gleichmäßig entlang
seines Außenumfangs
unter gleichen Winkelabständen
(60°) verteilt
sind. Unabhängig
von der Wahl der Anzahl von Zufuhreinheiten sollten diese symmetrisch
um die Mitte des Großraumbehälters herum
angeordnet sein. Der Grund dafür
besteht darin, dass die Bildung von Häufungen im Großraumbehälter symmetrisch
stattfinden sollte, um die Last gleichmäßig (unter anderem auf dem Boden
des Großraumbehälters) zu
verteilen, und Rutschungen oder Gleitungen zu vermeiden, die den
Großraumbehälter oder
die Zufuhreinheiten beschädigen
können. Für einen
maximalen Schutz sollten die Zufuhreinheiten außen an der Wand des Großraumbehälters oder so
nahe daran wie es praktisch möglich
ist, angeordnet sein. In dieser Weise werden sich Rutschungen von
den Zufuhreinheiten weg und zur Mitte des Großraumbehälters hin bewegen, was bedeutet,
dass die Zufuhreinheiten für
eine niedrigere maximale Beanspruchung bemessen werden können, als
wenn sie mehr zentral im Großraumbehälter angeordnet
wären.
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2 zeigt
eine Schnittansicht (gesehen von oben) durch einen Großraumbehälter 1 mit
einer Anordnung zum Füllen
des Großraumbehälters gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind sechs Zufuhreinheiten 11, 11', 11", 11''', 11"", 11''''' mit
zugehörigen
Verteilerrohren 26, 26', 26", 26''', 26"", 26''''' angebracht,
die mit dem Materialverteiler 10 verbunden sind. Wie es
in der Figur dargestellt ist, kann jedes Verteilerrohr 26 eine Abzweigung 50 aufweisen,
die aus einem Kanal oder einem Rohr besteht, der zum Innenraum des
Großraumbehälters etwas
außerhalb
vom Verteilerrohr mündet.
Die Funktion der Abzweigung 50 besteht darin, Material
direkt nach unten in den Großraumbehälter zu
lenken, wenn das erforderlich ist, beispielsweise wenn die Zufuhreinheit
für das
zugehörige
Verteilerrohr ausfallen sollte, oder der Großraumbehälter im Bereich der Zufuhreinheit
voll ist. Die Abzweigung ist vorzugsweise so angebracht, dass sie
sich annähernd
auf dem halben Radius von der Mitte befindet. Die Abzweigung kann
weiterhin ein fluidisierendes Element aufweisen, dass durch einen
Pegelmonitor aktiviert wird, der an einer passenden Stelle in der angrenzenden
Zufuhreinheit angebracht ist. Wenn der Pegelmonitor in der Zufuhreinheit
ein Signal ausgibt, das anzeigt, dass die Zufuhreinheit voll ist,
wird das fluidisierende Element in der Abzweigung 50 aktiviert,
so dass Material von der Abzweigung nach un ten in den Großraumbehälter befördert wird.
In diesem Zustand bleibt das fluidisierende Element in der Einlasssperre 12 weiter
aktiv, während
ein fluidisierendes Element (nicht dargestellt), das sich im Verteilerrohr
zwischen der Abzweigung und der Einlasssperre befindet, inaktiv
gehalten wird, bis der Pegelmonitor nicht mehr anzeigt, dass die
Zufuhreinheit voll ist. Bei dieser Art der Steuerung wird der Großraumbehälter in
kontrollierter Weise gefüllt
und ist die Ausnutzung des Volumens hoch. Jede Entmischung, die
durch die Beförderung
des Materials in den Großraumbehälter von
der Abzweigung auftreten könnte, ist
bei Verwendung dieses Verfahrens insbesondere unter Berücksichtigung
der niedrigen Fallhöhe
so gering, dass sie vernachlässigt
werden kann.
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Die
beschriebene Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise in alle Großraumbehälter und
sogar Großraumbehälter mit
ungünstiger
Geometrie bezüglich
der Möglichkeit
einer durch Luft hervorgerufenen Entmischung eingebaut werden, so
dass diese Großraumbehälter daher
mit einem niedrigeren Maß an
Entmischung als vorher betrieben werden können.
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Es
versteht sich, dass der Materialverteiler 10 mehrere Großraumbehälter bedienen
kann. Bei einer derartigen Anordnung kann sich der Verteiler in der
Nähe der
Großraumbehälter auf
einer passenden Höhe
dort befinden, wo die Verteilerrohre 26 das Material in
jeden Großraumbehälter befördern.