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Verfahren und Vorrichtung zur Umbenetzung von wasserbenetzten Feststoffteilchen
Die Erfindung bezieht sich. auf eine Verfahren zur Umbenetzung von, mit Wasser benetzten
Feststeffteilchen, vorzugsweise mit Öl, und. eine zur Durchführung dieses Verfahrens
geeignete Voirrich,tung.
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Die Aufgabe, eine solche Umbenetzung durchzuführen, liegt im Zuge
zahlreicher chemischer und anderer Prozesse, insbesondereAufbereitungsprozesse,
vor. Ein typisches, besonders, wichtiges Beispiel hierfür ist ein an sich bekanntes
Verfahren zur Aufbereitung von Kohle, Erzen und anderen Mineralien,, bei welchem.
die in Wasser d;ispergierten Mineralteilchen, ih Gegenwart des: für die T-Trnr benetzung
verwendeten Öls oder ,anderer bituminöser Stoffe einer Zwangsbehandlung unterworfen,
werden, durch die sie Turbulenzeinwirkungen ausgesetzt werden, um anschließend durch
enge Querschnitte hindurchgedrückt zu werden. Hierdurch werden, auf die wasserumhüllten-
Feststofftenlch,en Scher- und Reibungskräfte wirksam, durch die die Wasserumhüllung
der zu gewinnenden Mineralteilchen. zerstört und durch einen wasserabo,taßenr den
Ölfilm ersetzt wird während die Bergebestand.teile hydrophil; bleiben, soi däß eine
am schiießende Trennung der beiden Gemischkompornenten auf mechanischem Wege in
einrIachater Weise erfolgen kann.
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Diese Zwangsbehandlung kann an sich z. B. in hochtourigen Rührwerken
erfolgen;, jedoch; ermöglichen, solche Voirrichtungen wegen der zur Erzielung
der
Umbenetzung notwendigen hohen Verweilzeit keine kontinuierliche Arbeitsweise, und
ihre Leistung ist für ein Arbeiten, in industriellem Maßstahe viel zu gering: In
der Praxis habgn sich als, geeignet für die Durchführung solcher Ümbenetzungsverfahren
die sogenammfien Pralltellermühlen erwiesen, bei denen die Mischung von: in Wasser
dispergierten Feststoffen und Öl der Wirkung gegenläufig umlaufender Prallteller
bzw. zwischen solchen umlaufender Schlagkreuze unterworfen wird, um im Zustand hoher
Turbulenz durch den engen Ringspalt zwischen den Prall tellern heraus: geschleudert
und hierdurch unter Erzeugung der notwendigen Scher- und Reibungskräfte nach der
vorherigen Druckeinwirkung plötzlich entspannt zu werden. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß die mittels. solcher, wie auch anderer bekannter Voirrichtun:gen erzielten;
Erfolge sich mit zunehmender Kornfeinheit -der Feststoffbestandteile verschlechtern
und bei einem überwiegenden Anteil an solchen Bestandteilen; z. B. in der Korngröße
von io bis 9o Mikron, ungenügend werden.
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Diese Erscheinung beruht offensichtlich darauf, daß im Falle der Behandlung
von so feinem, Gut mittels der bekanntenVoirrichtungen eine soi starke Feinzerteilung
des flüssigen Mediums erfolgt, daß dieses vorübergehend in eine teilweise vernebelte.
Form übergeht. Hierdurch werden die Abstände der einzelnen Stoffteilchen so sehr
vergrößert, daß die Feststoff- und die ölteilchen nicht mehr in dem Maße in Berührung
miteinander kommen, daß die für die ausreichende Umbenetzung erforderlichen Scher-
und Reibungskräfte zwischen ihnen entstehen können.
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Die Erfindung geht von dieser Erkenntnis aus und schafft eire Verfahren,
durch welches eine Umbenetzung auch. kleinster Teilchen: in der oben angegebenere
Größenordnung mit Zuverlässigkeit erzielt wird; indem verhindert wird, daß im Zuge
der Behandlung auch, nur zeitweise eine Vernebelung bzw. ein Versprühen der Behandlungsdispezs.ion
erfolgt, und bei welchem auch unter diesen Voraussetzungen die für die Herbeiführung
der Umbenetzung gerade solcher feinstkörnige Stoffgemische erforderlichen, besonders
intensiven Scher- und Reibungskräfte erzielt werden, wobei gleichzeitig die für
die industrielle Verwendungsmöglichkeit des. Verfahrens erforderlichen Voraussetzungen-
der Möglichkeit eines kontinuierlichen; Betriebes bei hoher Leistung vorhanden sind..
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, da@ß das. Gemisch
aus den umzubenetzenden, in feinster Form. in einer Korngröße, die für einen großen
Prozentsatz der Feststoffteilchen zwischen. io und. 6o Mikron liegt" vorliegenden
Fes.tstoffteilehen mit Wasser und Öl in die Form eines. fortlaufenden Flüssigkeitsfilms,
von vergleichsweise geringer Dicke in der Größenordnung von Bruchteilen eines Millimeters
bis zu allenfad1s 3 mm Dicke-überfährt und in diesem Zustand der Einwirkung starker
Scher- und Reibungskräfte ausgesetzt wird, die vorzugsweise da-' durch erzeugt werden
können, daß der Film fortlaufend; durch einen vielfache Richtungsäxderunr gen aufweisenden
Kanal hindurchgeführt wird, dessen den Film: begrenzende Wandungen in Relativbewegung
zueinander versetzt werden.
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Gemäß der vorzugsweisen Ausführungsform des neuen Verfahrens erfolgt
dies dadurch, daß das. wa.sser-. und ölhaltige Gemisch durch einen entsprechende
Richtungsänderungen -aufweisenden Ringspalt zwischen, zwei scheibenartigen Rotar
tionskörpern, die mit zwischen sich denn Spalt bildenden vor- und einspringenden
Teilen ineinander eingreifen: und eine Relativbewegung mit hoher Geschwindigkeit
zueinander ausführen, vorm Zen, trum derselben nach außen, hindurchgeführt wird.
Die Hindurchführung erfolgt hierbei unter der Wirkung der Zentrifugalkraft, unterstützt
durch die Relativbewegung der Scheiben zueinander.
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Der Ringspalt kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, wobei
insbesondere zu beTücks.ichtigen ist, daß der-mehr oder, weniger leichten Umbenetzbarkeit
der Feststoffbestandteile Rechnung getragen werden muß. Der Forderung häufiger Richtungsänderungen,
die insbesondere bei schwer umbenetzbaren Bestandteile entstehenden Trüben, erfüllt
sein muß, kann z. B. durch mäanderförmig'e Ausbildung des. Ringspaltes, die durch
miteinander zusammenwirkende und ineinr andergreifende Ringwulste und Ringnuten
an den beiden Rotationskörpern erreicht wird, Rechnung getragen werden. Durch eine
solche Anordnung wird gleichzeitig in für den Erfolg der Behandlung wesentlicher
Weise die wirksame Oberfläche der Scheiben wesentlich vergrößert.
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Eine besonders zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung
besteht ihrem grundsätzlichen Aufbau nach aus. zwei vertikal, gegebenenfalls auch:
horizontal angeordneten .Scheiben vom. vergleichsweise geringer Höbe, die konzentrisch
mit einem Spiel in der die Dicke des Spalts zwischen ihm und damit des. Trübefilms.
bestimmenden Größenanordnung, ineinander eingreifende, miteinander abwechselnde
rechteckige, dreieckige oder trapezfärmige Ringnuten und Ringwulste aufweisen. Der
eine - innere oder äußere -, gegebenenfalls auch beide Scheibenkörper werden durch
einen geeigneten Antrieb im gleichen oder gegenläufigen Sinne mit Umdrehungszahlen,
die je nach, den Vorbedingungen in der Größenordnung von ioo bis 30oo Umdrehungen
je Minute liegen:, in Drehung yersetz.t. Die Umlaufzahlen und überhaupt Verhältnisse
müssen hierbei so, gewählt werden, daß sich auf empirischem Wege zu ermittelnde,
für das zu behandelnde Trübegemisch günstigste Relativhewegun, gen und eine entsprechende
Beeinflussung des im mittleren Bereich der Scheibe in den Ringspalt eingeführten
und hierdurch in die Form eines. einr geschlossenen Films von entsprechender Dicke
übergeführten Schlamm- oder Öl-Gemisches ergeben.
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Die Größe der, wirksamen Zonen der Scheibenfläche bzw. der in diesen
gebildeten ineinander eingreifenden Ringwulste und -nuten wird insbesondere
entsprechend
der Viskosität des zu behandelnden Schlamm-Öl-Gemisches bemessen.. Sie muß mit abnehmender
Viskosität zunehmen, um die notwendige Zahl vorn Umdrehungen bzw. den; notwendigen,
Strömungswiderstand und die erforderliche Verweilzeit zu erreichen. Je nach diesen
Verhältnissen kann sich ferner die sich: bei rechteckigem Querschnitt ergebende
ungleichmäßige oder die sich bei trapezförm:igem Querschnitt ergebende gleichmäßige
Veränderung der Ringspalte als zweckmäßiger erweisen.
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Um den Strömungswiderstand und damit die erzeugten Scher- und Reibungskräfte
in die Wirkung des: neuen Verfahrens. nach verbessernder AWeise zu erhöhen, können
die konzentrischen Ringnuten, b@zw. -wulste ihrerseits. durch radiale Spalte verschieden:sterForm
unterbrochen werden; die z. B. in ihrer Gesamtheit die Gestalt eines Rechtecks oder
Dreiecks bilden, dessen Basis in dem einen., z. B. umlaufenden der beiden Körper
zur Achse der Scheiben" in dem anderen, z. B. feststehenden zum Umfang desselben
gerichtet ist, d,. h. die sich in Richtung zur Basis erweitern. Diese Spalte können
im Bereich der Basis verhältnismäßig breit - in; der Größenordnung von bis zu etwa
6o mm - bemessen: werden und. erzeugen eine besonders, starke Durchwirhelung des.
Films und entsprechend erhöhte Reibungs- und Scherkräfte.
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Als besonders, vorteilhaft für eine möglichst hohe Durchsatzleistung
hat sich eine solche Form dieser radialer. Nuten, erwiesen, bei der ihr Ouerschnitt
in, Richtung des Außendurchmessers. kleiner wird und außerdem gegebenenfalls kreis-oder
ellipsenförmige Form erhält.
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Die hydrophilen. Feststoffbestandteile eines Trühegemisches, das eine.
Vorrichtung der, vorstehend griindsätz.lichen Art passiert hat, sind, wie sich gezeigt
hat, unter der Voraussetzung entsprechend angepaßter Einregelung der Arbeitsweise
der Vorrichtung auch im Falle feinster Korngrößen in vollkommener Weise uribenetzt,
sod.aß dann z. B. in den eingangs beschriebenen Fällen eines Kohleaafbereitungsverfalirens
leicht in an sich bekannter Weise eine Trennung des Trübegemisches auf mechanischem:
Wege in ölbenetzte Kohleteilchen und bergehaltiges Abwasser erfolgen kann.
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Abb. i zeigt schematisch im Vertikalschnitt eine beispielsweise Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens., die aus, den beiden Scheibenkörpern
a und b, die
zwischen sich durch an ihnen angeordnete, rechteckig profilierte
Ringwulste d, d' und Ringnuten e, e' den. gemäß dein Ausführungsbeispiel
mäanderförmigen Ringspalt c bilden, besteht. Der Ringspalt c weist demzufolge vertikale
Äste c' und horizontale Äste c" auf. Seine Breite liegt je
nach den in Frage
kommenden Voraussetzungen in der Größenordnung von o,2 und 1,5 mm oder wenig mehr
und die Höhe der Ringwulste b@zw. -nuten in. der von 6 bis 8 mm.. Durch einen an:
der, Welle w angreifenden, nicht dargestellten Antrieb!, wird die Scheibe a in Drehung
mit. hoher Geschwindigkeit versetzt. Der Radius der Scheibenrkörper kann z. B. etwa
2o cm betragen, und es können innerhalb dieses. Bereichs eine entsprechende Zahl
von Ringnuten und -wulsten voT= gesehen sein, deren unterste sich in einen sich
erweiternden zentralen: trichterförmigen: Spalt g zwischen den beiden Scheiben öffnet,
über den das unbehandelte Schlamm-Öl-Gern:i,sch dem Spalt zugeführt wird. Statt
wie nach dem Ausführungs@ Beispiel vertikal, können die Scheiben unter entsprechender
Änderung der Gesamtanordnung auch horizontal liegen.
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Abh.2 und 3 zeigen in schematischen HoTizontalschn.itten, durch Kreise
angedeutet, die Lage der Ringnuten und die oben bereits. erläuterte Möglichkeit,
diese Ringnuten noch durch Spalte f zu unterbrechen, die in gleichmäßiger Verteilung
über den Umfang so angeordnet sind, daß ihre Breite auf der Scheibe a (Abb. 2) in
Richtung von innen nach außen, auf der Scheibe b (Abb. 3) in umgekehrter Richtung
zunimmt.
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Die Ab#Ü. q. und 5 zeigen., ohne weitei#c Erläuterung verständlich,
in der Abh. i entsprechender Darstellung andere Möglichkeiten zur Profilierung des
Spalts, der gemäß Abb'. q. überall gleichbleibende Breite besitzt und durch trapezförmige
Profilierung der ineinander eingreifenden Vorsprünge und Einisprünge der beiden
Scheiben gebildet wird, während gemäß Abb,. 5 sich Jie Breite des Spalts. vom mittleren
Bereich der Scheibenkombination, in dem die Trübe aufgegeben wird, bis zum Umfang,
wo, der Austritt erfolgt, foTtlaufend verengt. Statt dessen kann: unter Umständen
die Anordnung auch so, getroffen, werden, daß die -Spaltbreite im mittleren Bereich
der Scheibenkombination am kleinsten ist und sich in. Richtung nach dem Austritt
hin allmählich oder absatzweise erweitert. Die Aufgabe der Trübe kann in allen Fällen
z. B. durch die dann hohl ausgebildete Welle w erfolgen, wobei die Aufgabe des Umben.etzungsöls
dann von: der Seite der Scheibe b aus vorgenoimmen wird.
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In allen Fällen kann, der Spalt zwischen: den beiden Scheiben durch
axiale Verschiebung einer derselben,, gegebenenfalls auch während des. Betriebes
so geregelt werden:, dali jeweils die für den Umbenetzungsvorgang günstigste Dicke
des Films: bei geringstmöglichem EniergieverbTauch erzielt wird.
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Die Arbeitsweise der neuen, Vorrichtung ist hiernach ohne weiteres
verständlich. Das zu behandelnde Gemisch vom. Feststoffen, Wasser und Ö1 oder anderen
für die Umbenetzung verwendbaren bituminösen Substanzen wird mittels einer geeigneten.
Au.fgabevorrichtung, vorzugsweise einer solchen, die eine sich konisch verengende
Einzugszone in den Ringspalt im mittleren; Bereich der Scheibenkombination, bildet,
in diesen Spalt eingeführt, nachdem die beeiden Scheibenkörper a .und b in relative
Drehung zueinandler versetzt worden sind, passiert den Spalt unter der Wirkung der
Zentrifugalkraft, unterstützt durch
die gleichzeitig fördernde Wirkung
der Relativbewegung der Scheibenkörper zueinander unter ständiger Richtungsänderung;
und wird schließlich über den äußeren Umfang ausgetragen.
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Die Erfindung ist selbstverständlich keineswegs auf die voirstehend
im einzelnen bLeschrieben:en und in den - Abbildungen veranschaulichten Ausführungsformen
beschränkt, deren gegenüber zahlreiche Änderungen, insbesondere hinsichtlich der
Ausgestaltung des Profils des Spalts, möglich sind: So kann z. B. im Fahe leicht
umzubenetzonder Stoffe der Umbenetzungserfolg auch bereits bei planparalleler Ausbildung
der beiden miteinander zusammenwirkenden Scheiben, d. h. Bildung eines durchgehenden,
, sich gegebenenfalls vom, innen nach außen verengenden Spalts ohne Richtungsänderungen
erzielt werden.