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Vorrichtung zur uberführung von Gemischen fester Substanzen mit flüssigen,
gas oder dampfförmigen Bestandteilen bzw. von gasentwickelnden festen Stoffen aus
einem Raum beliebigen Druckes in einen solchen höheren oder niederen Druckes Eine
besondere Aufgabe bei der Technik des Arbeitens unter Druckverhältnissen, die oberhalb
oder unterhalb des normalen barometrischen Druckes liegen, bildet die Überführung
der verschiedensten, nicht ohne-weiteres pumpbaren Materialien aus einem Raum beliebigen
Druckes in einen solchen höheren oder tieferen Druckes. Vor allem sind beim Ein-
und Austrag von Gemischen fester Materialien mit flüssigen oder gasförmigen Bestandteilen
besondere Schwierigkeiten gegeben, wenn z. B. mit der Druckentlastung eine Dampf-
oder Gasentwicklung und eine Expansion dieser Medien verbunden ist.
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Die bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen, die zum Teil den Austrag
aus Druckgefäßen, zum anderen Teil nur den Eintrag in unter beliebiger Spannung
stehende Räume betreffen, befriedigen in den wenigsten Fällen oder sind nur für
spezielle Zwecke anwendbar. Der wesentlichste Nachteil fast aller dieser Verfahren
bzw. Vorrichtungen ist in der Diskontinuität des mit der Entleerung oder Füllung
des Druckbehälters verbundenen Vorgangs zu erblicken. Daneben bedeutet der gewöhnlich
unkontrollierbare Austritt von Gasen und Dämpfen aus dem mehr oder weniger lange
geöffneten Druckraum des öfteren einen Verlust, eine Gefahr für die Gesundheit des
Bedienungspersonals oder eine allgemeine Verringerung der Betriebssicherheit.
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Es sind aber auch Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, bei denen
beispielsweise das aus der Atmosphäre in den Druckraum einzutragende Material zuerst
in einen Vorraum eingegeben wird. Nach seinem Abschluß gegen die Atmosphäre wird
der Vorraum unter den Druck des Hauptraumes gesetzt und das Material alsdann in
diesen hineingedrängt. Es. wurde auch schon die zu transportierende Substanz durch
mehrere hintereinandergeschaltete Räume unter stufenweiser Zu- bzw. Abnahme des
Druckes geführt, wobei der Abschluß bzw. die Verbindung der Räume ganz oder zum
Teil unter Benutzung von elastischem Material erfolgt und dieses durch Gegendruck
völlig oder weitgehend druckentlastet wird. Auch die Förderung von pumpbaren Gemischen
in pumpenartig ausgestalteten Vorrichtungen mit Saug- und Druckventil ist bekannt,
jedoch ist dieses Verfahren auf die liegende Anordnung der Pumpvorrichtung beschränkt.
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Ferner sind Vorrichtungen zur Einführung von Material in Druckbehälter
bekannt, bei denen das Material mittels Druckstempel in
Strangform
gepreßt dem Behälter zugeführt wird, wobei der-gepreßte Materialstrang infolge seiner~
Reibung an der begrenzenden Wand einen genügenden Abschluß zwischen den unter verschiedenen
Drücken stehenden Räumen bildet.
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Die Vorrichtung gemäß Erfindung besteht nun aus einer zwischen den
beiden Räumen verschiedenen Drucks liegenden Zwischenvorrichtung, in welcher ein
senkrecht stehender Zylinder angeordnet ist, dessen Kolben im wesentlichen nicht
mit den festen Bestandteilen der zu verarbeitenden Mischung in Berührung kommt und
dessen Boden schräg ausgebildet ist, so daß auf der Bodeuflädre, durch Schieber
geregelt, Ein- und Austrag, der Schwere folgend, durch Abrutschen des Gutes erfolgt
und in der Einrichtungen vorgesehen sind, die sämtliche Phasen des Prozesses zwangsläufig
und automatisch regeln, gegebenenfalls unter Ausnutzung der anfallenden Übers chuß
energie. Gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zeigt die vorliegende
Erfindung einen völlig neuen Weg für den Transport nicht ohne weiteres pumpbarer
Medien, wie von stückigem Gut mit Flüssigkeiten gemischt, zwischen zwei Räumen verschiedenen
Drucks. Die Eigenart solcher Medien bedingt eine entsprechende Ausgestaltung der
Apparatur.
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In der Abb. I bezeichnet I einen Behälter, in dem ein Prozeß beispielsweise
unter 20 Atm. Druck abläuft. Der Behälterinhalt ist z. B. eine kristallisierende,
heiße Lösung im Siedezustand. Das Gemisch aus Kristallisat und anhaftender Lauge,
das sich im Spitzboden des Behälters befindet, soll in den Raum 3, der unter niedrigerem
Druck als Raum I - z. B. unter Atmosphärenspannung - gefördert werden. Die eigentliche
Transport-, in diesem Fall die Austragsvorrichtung, die in der Verbindung 2 angeordnet
ist, besteht aus einem zylindrischen Gefäß 4, in dem sich ein Kolben 5 g bewegt,
den beiden Absperrorganen 6 und 7. Die Bewegung des Kolbens wird auf die Getriebevorrichtung
8 übertragen, durch die auch die Steuer- und Antriebsorgane 9 und 10 betätigt werden,
welche die Offnung und Schließung der Vorrichtungen 6 und 7 bewirken.
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Die Arbeitsweise ist die folgende.: Bei geschlossenem Absperrorgan
7 und geöffneter Vorrichtung 6 gelangt aus dem Behälter I so lange Material in den
Hubraum der Zwischenvorrichtung bei aufwärts bewegtem Kolben, bis- die Absperrung
6 bei einer dem Punkte c der Abb. 2 entsprechenden Kolbenstellung geschlossen wird.
In der Abb. 2 sind die Druckverhältnisse in der Eintragsvorrichtung über den jeweiligen
Kolbenstellungen bei der aus zwei Kolben bewegungen bestehenden Arbeitsperiode schematisch
aufgetragen. Im Punkte c ist die Vorrichtung 6 geschlossen; unter dem Kolben herrscht
annähernd der gleiche Druck wie im Behälter I. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung
des Kolbens entwickelt sich aus der dem Kristallisat anhaftenden Flüssigkeit Dampf,
dessen Druck infolge Expansion einen etwa der Linie c-d ähnlichen Verlauf nimmt.
.Wird im Punkte d bereits das Organ 7 geöffnet, so fällt der Druck rasch ab -und
erreicht die Höhe der Spannung im Behälter 3, wenn der Kolben etwa in seiner oberen
Totpunktlage steht (Linie d-e). Während des ersten Teils seines Rückweges -(Linie
e-f) drückt der Kolben den Zylinderinhalt durch die offene Absperrung 7 in den Behälter
3. Im Punkte f wird 7 geschlossen.
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Durch Kompression auf dem Wege t-a steigt der Druck des im Zylinder
nach Schließung von 7 verbliebenen Inhalts auf einen Wert, der von dem Zeitpunkt
der Schließung, von dem unterhalb des Kolbens nach Erreichen der unteren Totpunktlage
verbleibenden Raumes u. a. abhängt. Noch bevor der Kolben seine tiefste Stellung
erreicht hat, beginnt die Öffnung der Absperrung 6. Der Zeitpunkt der Voreröffnung
und die Zeitdauer bis zu ihrer vollständigen Offnung ist abhängig von dem bei der
vorhergegangenen Kompression f-a erzielten Enddruck, von der Beschaffenheit des
auszutragenden Materials, von dem im Raum I herrschenden Druck u. a. m. -In gleicher
Weise ist auch die Dauer der Ventilöffnung, die die Lage des Punktes c bestimmt,
neben anderem auch von diesen Komponenten abhängig.
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Statt des beschriebenen einen Kolbenhin-und -rückgang umfassenden
Arbeitsspieles kann auch eine aus 4 Kolbenbewegungen bestehende Arbeitsweise zur
Anwendung kommen. In der Abb. 3 ist hierfür ein Beispiel gegeben. Während die Füllung
und Expansion wie bei dem ersten Verfahren während eines Kolbenweges etwa nach der
Druckkurve Ei-c-d-e verläuft, erfolgt auf dem ganzen Wege e-f Austrag des Gefäßinhaltes
bei geöffnetem Ventil 7. Beim Rückgang des Kolbens, Linie f-g, wird Luft, Gas oder
Dampf aus dem Raum 3 angesaugt und - nachdem das Organ 7 nach erfolgter Kolhenumkehrung
bei h geschlossen wird - komprimiert (Linie h a). Die der Druckkurve a-b-c entsprechende
Arbeitsweise ist identisch dem in der Abb. 2 durch a-b-c bezeichneten Abschnitt.
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Der Energieüberschuß, der gegebenenfalls aus der Füllungs- und Expansionsperiode
resultiert, kann zum Betreiben der Getriebevorrichtung 8 und der Steuerungen g und
10 sowie der erforderlichen Abschlußvorrichtungen 6 und -7 u. a. dienen.
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In der Abb. 4 ist eine Abänderung dargestellt, welche eine mehr oder
weniger starke Erweiterung des vom Kolben nicht bestrichenen, für die Aufnahme der
zu fördernden Substanz bestimmten Raumes 11 zeigt. Die Anordnung eines derartigen
Raumes, dessen Volumen zu dem Hubvolumen des Kolbens in beliebigem Verhältnis stehen
kann, kann verschiedene Aufgaben haben. Einmal dient er bei gegebenem Kolbenvolumen
zur Regulierung der Höhe des Kompressionsdruckes.
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In manchen Fällen ist es von Vorteil, den am Ende des Kompressionsvorganges
vorhandenen Spannungsunterschied zwischen den Drücken in den Räumen I und II mehr
oder weniger groß zu halten, damit eine gewisse Vorexpansion der durch die Absperrung
6 durchtretenden Substanz erfolgen kann. Die weitere Druckerniedrigung auf die Spannung
im Raum 3 wird anschließend durch die durch die Kolbenbewegung erzielte Volumenvergrößerung
in der Vorrichtung erreicht. Außerdem wird durch die Anordnung des Raumes II eine
leichtere Trennung des festen und der gas- oder dampfförmigen Bestandteile erreicht,
derart, daß die ersteren zum weitaus größten Teil auf den Boden, die letzteren in
den vom Kolben bestrichenen Teil des Gesamtraumes gelangen. Durch Anordnung einer
die Gase und Dämpfe durchlassenden, die feste Substanz zurückhaltenlden Vorrichtung
I2, beispielsweise eines Siebes, kann die beabsichtigte Wirkung erhöht werden. Endlich
kann die erwähnte Erweiterung auch noch erforderlich sein, um eine Berieselung des
Inhalts, z. B. zum Zwecke der I Kühlung vor dem Austrag in den Behälter 3, vorzunehmen.
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In manchen Fällen ist es angebracht, die bei jedem geschlossenen
Kolbenspiel in die Austragsvorrichtung gelangende Teilmasse zwecks Dosierung zuerst
in eine Vorkammer I3 (Abb, 5) zu lassen. Die Teilmasse tritt in den Raum 13 aus
dem Behälter I ein, während die Absperrung 6 geschlossen ist, und aus I3 in das
Gefäß II ein, während 14 geschlossen ist. Die nach jeder Entleerung der Kammer 13
unter Umständen erforderliche Druckangleichung an die Spannung im Behälter I kann
z. B. durch eine sinngemäße Betätigung der Absperrung 15 in der zwischen der Kammer
I3 und dem Flüssigkeits oder Dampfraum des Behälters I angeordneten Verbindungsleitung
I6 erfolgen.
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Wenn der Unterschied der Drucke in den beiden Räumen, zwischen denen
das betreffende Material gefördert werden soll, so groß oder derart ist, daß ein
Aus- oder Eintrag in nur einer Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Verfahren nicht
möglich ist oder nicht geeignet erscheint, so kann eine stufenweise Förderung unter
stufenweiser Druckverminderung bzw. Steigerung nach Maßgabe der auf der Abb. 6 angedeuteten
Anordnung erfolgen. Dabei arbeitet jede der Vorrichtungen a, b> c wie die in
Abb. I erläuterte Zwischenvorrichtung.
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In der Abb. 7 sind Verbindungsleitungen I7 und I8 vorgesehen. Die
Verbindung I7, die das Gefäß II an den Raum 3 anschließt oder bei 19 endigt, besitzt
die Absperrvorrichtung 20, die in gleicher Weise wie die Organe 6, 7 usw. von der
Getriebevorrichtung 8 bedient werden kann. Auf gleiche Weise kann auch die Absperrvorrichtung
21 in der den Gas- oder Dampfraum des Behälters I mit dem Gefäß II verbindenden
Leitung 18 betätigt werden. Der Zweck der beschriebenen Rohrleitungen ist beispielsweise
folgender: Bleibt z. B. der in der Kompressionsphase (Abb. 2, Linie f-a) erzielte
Enddruck bei a mehr oder weniger weit unterhalb der Spannung im Behälter I, so besteht
besonders bei langsam fortschreitender Er öffnung des Absperrorgans 6 die Möglichkeit
einer Filterung, d. h. einer Trennung der flüssigen bzw. gasförmigen und festen
Bestandteile des Austragsgutes. Ihre Folge wäre u. amine den einwandfreien Durchtritt
der Substanz hemmende Verstopfung des Ventils 6. Diese Erscheinung wird unterbunden,
wenn man die im Anschluß an die Kompressionsphase erforderliche Drucksteigerung
und -angleichung durch eine Voreinströmung des gas- oder dampfförmigen Mediums aus
dem Raum I durch Betätigung des Ventils 21 in der Verbindungsleitung I8 einleitet.
Auf diese Weise kann man vor Öffnung des Ventils 6 jeden gewünschten und geeigneten
Druck herstellen und eine schnelle Eröffnung der Absperrung 6 vornehmen, wodurch
der Filterwirkung wirksam entgegengearbeitet wird. Durch Betätigung der Absperrung
20 in der Verbindungsleitung I7 hat man es in der Hand, die Vorausströmung und damit
den Beginn der Druckerniedrigung im Zylinder 4 unabhängig von dem Zeitpunkt der
Eröffnung des Austragsventils 7 in jedem Punkt der Expansionsphase (vgl. beispielsweise
in der Abb. 2 das Diagrammstück c-d) einzuleiten. Man kann andererseits auf diesem
Wege eine gewisse Trennung der festen Substand, die durch den Schieber 7 austritt,
von dem gasförmigen Mittel, das durch die Leitung 17 entweicht, erreichen. Besondere
Bedeutung erlangt diese Ausbildung, wenn eine schnelle Entwässerung und Trocknung
des festen Bestandteils geboten ist und eine Abführung der mehr oder weniger heißen
Gase oder Dämpfe durch den Anschluß 19 ; zwecks Ausnutzung der in ihnen enthaltenen
Wärme zweckmäßig erscheint.
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Durch Anordnung einer oder mehrerer Anschluß leitungen 22, 23 usw.
hat man es in der Hand, irgendwelche Maßnahmen in dem Gefäß 4 bzw. in der Erweiterung
II in einer beliebigen Arbeitsphase des Kolbens hintereinander oder gleichzeitig
vorzunehmen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt beim Austrag gashaltiger
oder gasentwickelnder fester Bestandteile in sinngemäßer Weise wie beim Austrag
eines Gemisches aus festen und flüssigen oder dampfförmigen Bestandteilen zur Anwendung.
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Fließbare Gemische aus festen und flüssigen Bestandteilen, z. B. kalte
Salzlaugengemische, die keine Gas- oder Dampfentwicklung während der Förderung zwischen
zwei unter verschiedenen Drucken stehenden Räumen aufweisen, können ebenfalls mit
der beschriebenen Vorrichtung ein- oder ausgetragen werden.
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Beim Eintragen der Stoffgemische aus einem Raum niedrigen in einen
solchen höheren Druckes arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen: In der Abb. I stellt
diesmal der Behälter 3 den Raum mit dem gegenüber dem im Gefäß I herrschenden höheren
Druck dar.
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Bei geöffnetem Abschlußorgan 7 und Stellung des Kolbens 5 in der unteren
Umkehrlage sind die Drucke in 1 und 3 gleich. Wird mit beginnender Aufwärtsbewegung
des Kolbens die Absperrung 7 geschlossen, so expandiert das im Gefäß 4 verbliebene
Gas oder der Dampf etwa nach der Linie a-b des Diagramms der Abb. 8. Wird in b,
d. h. in dem Augenblick, in dem der gleiche Druck wie im Raum I erreicht ist, die
Absperrvorrichtung 6 geöffnet, so gelangt bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens
5 das Material aus I in den Zylinder 4 (Druckkurve h-c). In der dem Punkt c entsprechenden
Totpunktlage wird die Absperrung 6 geschlossen, so daß bei anschließender rückläufiger
Kolbenbewegung eine Kompression c-d erfolgt. Der Weg d-a kennzeichnet wieder die
Eintragsphase in den Raum 3 bei geöffnete Ventil7. Die Lage des Punktes b am Ende
der Expansion a-b und ihr Verlauf wird u. a. durch das Verhältnis des Anfangsvolumens
zum entsprechenden Endvolumen des Gases in b betstimmt. Durch geeignete Wahl dieses
Verhältnisses und außerdem durch Zulassung einer Vorausströmung des gasförmigen
Mediums in der Expansionsphase kann die Materialaufnahmeperiode b-c in gewissen
Grenzen variiert werden. Desgleichen kann auch der Beginn des Eintrags in den Druckbehälter,
also der Punkt d, verschoben werden, beispielsweise wieder durch eine Voreinströmung
von Gasen aus- dem Druckraum 3. Hierbei kommen zweckmäßig die schon erwähnten Verbindungsleitungen
zwischen Raum 3 und 4 einerseits und Gefäß I und 4 zur Anwendung.
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Das aus vier Kolbenbewegungen bestehende Arbeitsspiel, das weiter
oben bereits beschrieben wurde, kann auch beim Eintrag sinngemäß angewandt werden.