DE69104140T2 - Vorrichtung zur Unterdrucksetzung einer Emulsion mit einer festen Phase, einer flüssigen Phase und einer Gasphase. - Google Patents
Vorrichtung zur Unterdrucksetzung einer Emulsion mit einer festen Phase, einer flüssigen Phase und einer Gasphase.Info
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Description
- Der Transport eines fein unterteilten Feststoffes (eines fein pulverisierten Feststoffes) kann auf drei verschiedene Weisen erfolgen. Ein erstes Verfahren besteht darin, einen fein verteilten Feststoff in einen Gasstrahl einzubringen: Es handelt sich um den pneumatischen Transport. Die Beschränkungen und Grenzen eines solchen Verfahrens erfordern, daß der Feststoff trocken ist, damit er korrekt fließt und daß er nicht mit dem Trägergas reagiert, um Explosionen zu vermeiden. Ein zweites Verfahren ist hydraulisch. Der Feststoff wird unter Bildung einer Suspension in eine Flüssigkeit eingebracht (im allgemeinen Wasser) und zwar in den höchst möglichen Anteilen. Die Eignung des so gebildeten Schlammes, gepumpt zu werden, stellt die Grenze der Feststoffkonzentration in der Flüssigkeit dar, die ungefähr bei 40 bis 50 % liegt. Das resultierende Produkt enthält für bestimmte Anwendungen zuviel Flüssigkeit für seine anschließende Verwendung.
- Ein letztes Verfahren schließlich besteht darin, eine Gas- /Flüssigkeitsemulsion zu bilden, um den Feststoff zu transportieren. Es handelt sich um ein Zwischenprodukt zwischen dem beladenen Gasstrahl und dem Schlamm, in dem man eine Konzentration des Feststoffes in der Größenordnung von 80 Gewichtsprozent erreichen kann. Das Volumen dieser Schäume (im allgemeinen wässriger Schäume), die mit fein pulverisiertem Material beladen sind, ist ungefähr das Doppelte gegenüber dem Volumen des Feststoffes allein. Dieser Zustand schließt es aus, die Herstellung dieses Produktes an einem Ort ins Auge zu fassen, der weit entfernt von seinem Endbestimmungsort ist, da der Transport durch Tankfahrzeuge sich verbieten würde. Man muß daher ein solches Produkt nahe dem Verwendungsort herstellen, um es in Rohrleitungen transportieren zu können.
- Die Dokumente FR-A-2 543 968 und 2 543 967 behandeln dieses dritte Verfahren, wobei das eine ein Verfahren zur Herstellung eines wässrigen Schaumes beschreibt, der mit einem fein pulverisierten Feststoff beladen ist, während das andere eine Phase des Unterdrucksetzens des so zubereiteten Schaumes hinzufügt, welche die Nachteile eines bei Atmosphärendruck beladenen Schaumes beseitigt. Arbeiten haben tatsächlich gezeigt, daß wässrige beladene Schäume nicht mit herkömmlichen Ausrüstungen gepumpt werden können, ohne daß die Mischung sich auflöst (Zerstörung des Schaumes, Bildung von Klümpchen...). Diese Bruchstellen in der Homogenität sind inkompatibel mit den anschließenden Anwendungen wie einer Pulverisierung. Der beladene wässrige Schaum muß nämlich in diesem Fall durch eine Öffnung kleinen Durchmessers treten, die verstopft, was Diskontinuitäten im Strahl erzeugt, wenn die gelieferte Mischung verdorben ist.
- Umgekehrt ist ein unter Druck stehender Schaum selbstantreibend, da das in ihm enthaltene komprimierte Gas die Entspannung der Mischung aus der Druckzone der Vorbereitung (Reservoir) zu den unter einem geringeren Druck stehenden Verwendungszonen gewahrleistet, in denen der Schaum eingespritzt oder pulverisiert wird.
- Es ist daher nicht mehr notwendig, Pumpen in Betrieb zu nehmen und die Technik nähert sich dem pneumatischen Transport mit seinen Vorteilen hinsichtlich der möglichen Geschwindigkeiten (so gering wie gewünscht) und ohne seine Nachteile an, die mit den Explosionsrisiken verbunden sind. Das Produkt ist dank der Gegenwart von Wasser inert.
- Ein Anwendungsbeispiel ist die Speisung von Reaktoren mit Druck-Wirbelbetten. Die herkömmliche pneumatische Technik hat Nachteile, da die erforderlichen Anlagen komplex sind und sich häufig verstopfen. Die hydraulische Technik ist nicht anwendbar, da die in den Reaktor eingeführte Wassermenge zu groß ist und bei dem Betrieb des Bettes stört (auch bei der Verbrennung, wenn der Reaktor ein Kessel und der Feststoff Kohle ist).
- Man hat jedoch zahlreiche Probleme während der Anwendung der technischen Lehre des die Druckschäume betreffenden Patentes entdeckt. Man hat festgestellt, daß trotz des Rührens des atmosphärischen Schaumes in der Phase des Unterdrucksetzens man das Gas sehr langsam einführen mußte, wenn man die Bildung von Klümpchen oder die Zerstörung des Schaumes verhindern wollte, wobei diese Klümpchen in irreversibler Weise geformt wurden. Diese Langsamkeit (mehrere Stunden zum Erreichen eines Druckes von einigen Bar) stellt ein sehr ernsthaftes Handicap bei der industriellen Anwendung des Verfahrens dar.
- Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, diesen Nachteil zu beseitigen, indem sie eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines mit fein pulverisiertem Material beladenen atmosphärischen Schaumes angibt, in der die speziellen Mittel zum Einführen der Druckluft und zum Umrühren der Mischung es ermöglichen, die Zeit für die Herstellung des Produktes auf ein Hundertstel zu verkürzen, ohne das Produkt zu verschlechtern.
- Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung somit eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines Schaumes, der ein feinpulvriges Material enthält, umfassend einen im wesentlichen zylindrischen druckfesten Behälter, der mit einer Öffnung zur Zufuhr des Schaumes bei Atmosphärendruck versehen und mit einer Rühreinrichtung und einer Zufuhreinrichtung für ein Druckgas ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung ein schraubenförmiges Band umfaßt, das sich nahe den Seitenwänden des Behälters erstreckt und innerhalb des Behälters in Drehung versetzt wird, während die Zufuhreinrichtung für das Druckgas eine zentrale Rohrleitung zum Zuführen des Druckgases umfaßt, entlang der radiale hohle Injektoren mit mindestens einer Verteilerdüse für das Gas in dem Innenraum des Behälters eingesetzt sind, wobei die Rohrleitung mit einem Motororgan für ihren Antrieb um ihre Achse in einer zur Bewegungsrichtung des schraubenförmigen Bandes entgegengesetzten Richtung gekoppelt ist.
- Die Drehgeschwindigkeit des Bandes liegt vorzugsweise unter jener der Rohrleitung.
- Um das gute Einführen der Druckluft zu erleichtern, trägt das Band eine Vielzahl von Zinken, die sich radial in Richtung der zur Zufuhr des Gases dienenden Rohrleitung erstrecken, wobei diese Zinken zwischen die radialen Injektoren eingeschoben sind.
- Andere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen die einzige Figur eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
- Der dargestellte Behälter 1 ist zylindrisch und kann den Druck aushalten. Er umfaßt eine obere Öffnung 2 für den Eintritt eines beladenen Schaumes, die mit einer Schließvorrichtung 3 versehen ist, sowie eine Zapföffnung 4, die ebenfalls mit einer Schließvorrichtung 5 versehen ist.
- Ein Rührer, der von einem helixförmigen Band gebildet ist, das nahe der Innenoberfläche der Seitenwand des Behälters 1 angeordnet ist, ist in diesem Behälter in der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung drehbar gelagert, so daß der beladene Schaum entlang der Seitenwände nach oben steigt und im Zentrum nach unten sinkt.
- Entlang der Mittelachse des Behälters ist koaxial zum Rührer 6 ein zentrales Rohr 7 angeordnet, das einerseits an eine Druckgasquelle (nicht dargestellt) und andererseits an eine Antriebseinrichtung für seinen Drehantrieb um seine Achse in Richtung des Pfeiles B (entgegengesetzt der Drehrichtung A des Rührers) verbunden ist.
- Dieses an seinem unteren Ende geschlossene Rohr trägt eine Vielzahl von radialen Injektoren 8, die in den Behälter in Endöffnungen 9 münden, die mit einem porösen Diffusormaterial ausgerüstet sind. Diese Injektoren sind Rohre, die mit dem zentralen Rohr 7 in Verbindung stehen.
- Die Länge dieser Rohre kann unterschiedlich sein von einem Rohr zum anderen derart, daß sie in dem gesamten Volumen des beladenen Schaumes das eingeführte Druckgas verteilen. Vorzugsweise sind jeweils vier wechselseitig senkrecht aufeinander stehende Rohre pro Niveau entlang dem Mittelrohr 7 angeordnet. Selbstverständlich könnte man anstelle der Injektoren Rampen mit Einspritzöffnungen anstelle der Rohre 8 vorsehen, wobei diese Öffnungen in einer beliebigen Ausrichtung an den Rampen ausgebildet sind.
- Um das homogene Einbringen des Druckgases in den beladenen Schaum zu verbessern, hat man schließlich das schraubenförmige Band 6 mit einer Vielzahl von Fahnen 10 versehen, die in Richtung auf das Rohr 7 gerichtet sind und zwischen denen die die Injektoren enthaltenden Ebenen liegen.
- Die Arbeitsweise der Vorrichtung besteht zunächst darin, durch die Ladeöffnung 2 in den Behälter 1 den mit fein pulverisiertem Material beladenen Schaum einzubringen, der entsprechend der oben beschriebenen bekannten Weise hergestellt wurde. Nachdem diese Öffnung verschlossen wurde, versetzt man den Rührer 6 in Richtung A und das Rohr 7 mit seinen Injektoren 8 in Richtung B in Drehung, wobei die Drehgeschwindigkeit des Rohres deutlich über jener des Rührers liegt (beispielsweise 30-300 Umdrehungen/min gegenüber 5-60 Umdrehungen/min für das helixförmige Band). Gleichzeitig führt man Druckluft in die Rohre 7 und 8 ein. Diese Luft breitet sich langsam durch das poröse Material aus, welches in den Einströmöffnungen 9 angeordnet ist, und wird in fein verteilter Form homogen in den Schaum eingebaut. Man gelangt so dazu, den Druck des Schaumes um mehrere Bar zu erhöhen, ohne Klümpchen oder große Blasen zu bilden, wodurch die Stabilität des Schaumes erhalten bleibt. Dieses Resultat wird darüber hinaus unter sonst vollkommen gleichen Bedingungen in einer ungefähr hundert Mal kürzeren Zeit erreicht als dies bei dem oben beschriebenen Unterdrucksetzen nach dem Stand der Technik der Fall war.
- Man erreicht auf diese Weise eine Charge eines Druckschaumes, der über den Zapfkanal 4 sei es direkt oder nach einem Transport an einen Verbrauchsreaktor angeschlossen werden kann. Der in dem Behälter enthaltene Schaum breitet sich selbsttätig aus, wobei selbstverständlich der erhaltene Druck deutlich über jenem des stromabwärts liegenden Empfangsreaktors liegen muß, damit ein Transfer stattfinden kann, ohne daß ein Restmaterial in dem Behälter bleibt. Die Injektionsrate wird über ein Schieberventil geregelt, das an sich bekannt ist.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines Schaumes, der ein
feinpulvriges Material enthält, umfassend einen im
wesentlichen zylindrischen druckfesten Behälter (1), der
mit einer Öffnung (2) zur Zufuhr des Schaumes bei
Atmosphärendruck versehen und mit einer Rühreinrichtung und
einer Zufuhreinrichtung für ein Druckgas ausgerüstet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung ein
schraubenförmiges Band (6) umfaßt, das sich nahe den
Seitenwänden des Behälters (1) erstreckt und innerhalb des
Behälters (1) in Drehung versetzt wird, während die
Zufuhreinrichtung für das Druckgas eine zentrale
Rohrleitung (7) zum Zuführen des Druckgases umfaßt, entlang der
radiale hohle Injektoren (8) mit mindestens einer
Verteilerdüse (9) für das Gas in dem Innenraum des Behälters
(1) eingesetzt sind, wobei die Rohrleitung mit einem
Motororgan für ihren Antrieb um ihre Achse in einer zur
Bewegungsrichtung des schraubenförmigen Bandes (6)
entgegengesetzten Richtung gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Band (6) und die Rohrleitung (7) derart angetrieben
werden, daß die Drehgeschwindigkeit des Bandes (6)
niedriger als die Drehgeschwindigkeit der Rohrleitung (7)
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Band eine Vielzahl von Fahnen (10) trägt,
die sich radial in Richtung der zur Zufuhr des Gases
dienenden Rohrleitung (7) erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die radialen Injektoren (8) auf gegenüber der jeweiligen
Höhe der radialen Fahnen (10) unterschiedlichen Höhen
angeordnet sind,
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Injektoröffnung (9) mit
einem Diffusor aus porösem Material ausgerüstet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Öffnung (9) am Ende des entsprechenden Injektors
angeordnet ist, wobei jeder Injektor (8) eine andere Länge
hat.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Bandes in einer
Richtung (A) erfolgt, welche der Windungsrichtung der von
dem Band gebildeten Schraube entgegengesetzt ist.
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