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Verfahren und Einrichtung zum geregelten Zufügen von Feststoffen zu
einer durch ein Rohr strömenden Flüssigkeit, z. B. Wasser
Die Erfindung bezieht sich
auf \~verfahren und Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung des Zusatzes von Feststoffen
zu einer Flüssigkeit, die durch eine Leitung strömt.
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Die Erfindung findet im besonderen Anwendung bei Filtern und Abscheideeinrichtungen;
jedoch fallen in ihren Bereich auch andere industrielle Anwendungsgebiete.
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Es gibt zahlreiche Fälle im Brauereiwesen, in der chemischen Industrie
und ähnlichen Gewerben, in denen es notwendig ist, bestimmte \engen von putlverförmigem
Nfaterial in trockenem, teigige.m oder suspendiertem Zustand zu einer Fliissigl<eit
zuzufügen, die durch eine Leitung in einen Behälter, z. B. zur Filtration od. dgl.,
fließt. worin der zugesetzte Stoff eine mechanische oder chemische Wirkung auslösen
kann. Dies ist häufig notwendig beim Zufügen von Bleichpulver, Tonerde (Alum) oder
pulverisierten Feststoffen, beispielsweise Kieselgur oder Filtrierhilfe, zu Wasser.
das durch Röhren oder Leitungen strömt. Bisher war es üblich, aus solchen Stoffen
Aufschwemmungen oder I,ösungen bestimmter Konzentration zu bereiten, die Aufschwemmungen
oder Lösungen durch Rühren in gleichmäßiger Konzentration zu halten und sie dann
in die strömende Flüssigkeit mittels
einer positiv wirkenden Pumpe
oder eines Injektors einzuführen. Dieses Verfahren zum Zuführen hat jedoch mehrere
Nachteile, und es ist durchaus nicht leicht, die Menge des Zusatzstoffes proportional
zu dem Volumen der strömenden Flüssigkeit zu regeln.
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Insbesondere in Verbindung mit dem Zufügen von unlöslichen Stoffen
zu Flüssigkeiten, die einer Filtration unterworfen werden, ist eine beträchtliche
Anstrengung und Erfindungsgabe auf die Entwicklung von Einrichtungen zum Zersetzen
solcher Stoffe zu in Röhren strömenden Flüssigkeiten gerichtet worden. Einige dieser
Einrichtungen arbeiten intermittierend und benötigen besondere Rührer und Pumpen,
und diese Bauart gibt bei fortschreitendem Zusatz ein immer kleiner werdendes Gewicht
des Feststoffes je Einheit Flüssigkeit ab.
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Sie bedürfen ferner dauernder Überwachung. Andere Ausführungsformen
hängen von der Einstellung des Pumpensoges aus einem offenen Behälter ab, der den
Zusatzstoff enthält, welcher mechanisch in einer gleichmäßigen Dichte in Schwebe
gehalten wird. Diese Bauart hat einige Vorteile, aber eine dauernde Überwachung
und die Anwendung von besonderen Triebwerden für den Rührer, Pumpen u. dgl. ist
erforderlich, und sie ist nicht anwendbar für die Filtration solcher Stoffe wie
mit Kohlensäure behandeltes bzw. gesättigtes Bier, wobei die Suspension unter erhöhtem
Druck gehalten werden muß.
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Schließlich ist man bei der geregelten Hinzufügung eines unlöslichen,
körnigen oder pulverigen Feststoffes zu einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, auch schon
so vorgegangen, daß der Feststoff chargenweise in einen geschlossenen Behälter mit
einer begrenzten Menge Flüssigkeit vermischt und dort unter dem Einfluß der Schwerkraft
zum Absetzen gebracht wird. Darauf wird der Feststoff als feuchter Bodenkörper bis
zum Aufbruch der Charge kontinuierlich durch eine Abzugsöffnung regelbarer Weite
am Boden des Behälters in die durch eine Rohrleitung fließende Flüssigkeit eingespeist.
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Diese zuletzt genannte Arbeitsweise ist nicht frei von Nachteilen.
Zunächst einmal muß, da der kör nige Feststoff vermittels der Schwerkraft durch
die Abzugsöffnung in den Flüssigkeitsstrom gelangt, durch ein Rührwerk od. dgl.
immer dafür gesorgt werden, daß der Feststoffbrei nicht nur gut, sondern auch gleichmäßig
fließfähig ist. Ein Rührwerk aber verbraucht Energie und erfordert Wartung. Ein
weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist darin zu sehen, daß die kontinuierliche
Regelbarkeit des Feststoffabflusses nicht ohne weiteres möglich ist, weil der den
Feststoff aufnehmende Flüssigkeitstrom an der Abzugsöffnung ohne sonderliche Einwirkung
auf die Feststoffbewegung vorbeifließt.
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Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile in einer überraschend
einfachen Weise iiberwunden, wobei eine einfachere Apparatur Verwendung finden kann.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Einspeisen des
Feststoffes in den Flüssigkeitsstrom in der Weise erfolgt, daß der innerhalb der
Rohrleitung fließende Strom turbulent gegen den in der Abzugsöffnung als fester,
im wesentlichen ruhender Kuchen abgelagerten feuchten Bodenkörper gerichtet wird.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung, für die aus dem Stand der
Technik keine Anregungen zu entnehmen waren, besteht zunächst einmal darin, daß
das Rührwerk für die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit der Feststoffmasse überflüssig
wird.
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Dadurch vereinfacht sich der Betrieb der Einrichtung hinsichtlich
apparativem Aufwand und Betriebskosten. Man wird von den Zufälligkeiten der Feststoffbreibewegung
nach unten unabhängig und erhält gleichmäßigere Resultate, da man die Einwirkung
der Flüssigkeitsströmung nunmehr in sehr genauem Maße durch Veränderung der Berührungsfläche
mit dem Feststoffsediment einstellen kann.
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Das Ergebnis ist eine Suspension, die beliebig einstellbar, bequem
regelbar und genau reproduzierbar ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur praktischen
Durchführung des regelbaren Zusatzes eines Feststoffes zu einer in einem Rohr strömenden
Flüssigkeit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, und diese Einrichtung umfaßt
einen verschließbaren Behälter, der mit körnigem oder pulverisiertem Gut gefüllt
werden kann und an seinem Boden mit einem verschließbaren Auslaß in Form eines Regelventils
ausgestattet ist, dessen Auslaßseite mit dem Rohr in Verbindung steht derart, daß
eine turbulente Strömung in der Flüssigkeit unmittelbar unterhalb des Regelventilauslasses
entsteht, wenn die Flüssigkeit durch das Rohr strömt.
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Die Erfindung wird nunmehr näher an Hand der Zeichnung erläutert,
in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung teils in Ansicht und teils
im Schnitt dargestellt ist.
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Die Einrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter I, der oben
mittels eines Declitrls 2 verschließbar ist, welcher schwenkbar mittels Lappen 3
an einem Bolzen 4 befestigt ist, der einen Spannbügel 5 durchsetzt, dessen eines
Ende um einen Bolzen 6 schwenkbar gelagert ist, welcher in einem durch Schweißen
od. dgl. am oberen Ende des Behälters I befestigten Ring 7 angebracht ist. Der Deckel
2 ist mit einem abwärts gerichteten Randvorsprung 8 ausgestattet, der sich gegen
einen Dichtungsring g legt, welcher in einer ringförmigen Ausnehmung an der Oberseite
des Ringes 7 vorzusehen ist. Der Deckel 2 wird mit dem Ringvorsprung 8 in Anlage
gegen den Dichtungsring 9 mittels eines Uberwurfes 10 gehalten, der um den Bolzen
II schwenkbar ist, welcher an dem Ring 7 an einer Stelle unmittelbar gegenüber dem
Bolzen 6 angeordnet ist. Eine mit Handrad 13 versehende Spannschraube I2 dient zur
lösbaren Sicherung des Deckels 2 und des Spannbügels 4 in der in der Zeichnung wiedergegebenen
Schließstellung.
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Der Boden des Behälters I ist nach unten ko nisch verjüngt und endet
in einem Auslaß, an dem eine kurze Leitung 14 mit Kükenhahn 15 angeschlossen ist.
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An dem unteren Ende der Leitung 14 ist der Schenkel eines T-förmigen
Leitungsstückes I7 angeschraubt, dessen beide anderen Schenkel I8, 19 mit gläsernen
durchsichtigen Kontrollrohren 20 bzw. 2I versehen sind. Der Schenkel I8 ist derart
ausgeführt, daß er mit einer Pumpe verbunden werden kann, welche die Flüssigkeit,
zu der der feste Stoff zuzusetzen ist, zuführt, und der Schenkel 19 ist so ausgeführt,
daß er mit dem Filter od. dgl. verbunden werden kann, dem das Gemisch von Flüssigkeit
und Feststoff zuzuführen ist.
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Innerhalb des kurzen Leitungsstückes 14 und der Abzweigleitungen
I7, I8, 19 ist eine Trennwand 22 angeordnet, welche den Innenraum der Leitungen
in zwei Durchgänge=4 und B unterteilt. Das obere Ende der Wand 22 liegt unterhalb
des Ventils I5, so daß dann, wenn sich das Ventil 15 in Schließstellung befindet,
Flüssigkeit frei aus dem Durchgang A in den Durchgang B innerhalb eines Kanals von
im wesentlichen auf seiner ganzen Länge gleichbleibendem Querschnitt strömen kann.
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In dem Deckel 2 ist ein Entlüftungshahn 23 vorgesehen, der mit einem
Entleerungsrohr 24 verbunden ist, während ein Auslaufhahn 25 vorzugsweise am Grund
des kegelförmigen Teiles des Behälters I angebracht ist, um den Behälter ausspülen
zu können.
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Im Betriebe wird das Ventil (Hahn I5) zunächst geschlossen. Der Deckel2
des Behälters wird abgehoben und das pulverisierte Gut, das der Flüssigkeit zuzusetzen
ist, in den Behälter I gegeben. Der Deckel 2 wird dann wieder geschlossen und das
Ventil unterhalb des Behälters gedreht, um eine Verbindung zwischen dem Gefäß I
und den Flüssigkeitsdurchgängen A und B herzustellen. Flüssigkeit fließt dann in
den Behälter und verdrängt aus ihm die Luft, welche durch den Entlüftungshahn 23
entweichen kann, und es bildet sich eine Aufschwemmung des pulverisierten Stoffes
in der Flüssigkeit. Wie ersichtlich, wird, obgleich der Durchgang B währenddessen
offen ist, durch das Einströmen der Flüssigkeit in dem Behälter I eine Abgabe von
Feststoff aus diesem in den DurchgangB verhindert. Sobald das Gefäß I gefüllt ist,
werden der Hahn 23 und das Ventil 15 geschlossen. um ein Absetzen des Feststoffes
aus der Flüssigkeit am Boden des Gefäßes I zu ermögliohen. Wenn sich eine genügende
Menge des Gutes abgesetzt hat, wird das Ventil 15 so lange eingestellt, daß es sich
in dem gewünschten Ausmaß in den Durchgang B öffnet. I)a die vom Durchgang 4 in
den Durchgang B strömende Flüssigkeit ihre Strömungsrichtung unmittelbar unterhalb
des Hahnes I5 ändert, wird durch die damit verbundene Turbulenz in der Flüssigkeit
je nach der Einstellung des Ventils durch dessen Öffnung eine größere oder kleinere
Menge des Feststoffes, der sich stetig am Boden des Gefäßes I absetzt, aus letzterem
ausgewaschen.
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Die ausgewaschene Menge je Minute bleibt nahezu konstant bei konstantem
Durchfluß. Dies folgt daraus, daß sich der Feststoff in dem Behälter zu einer dicht
gelagerten Masse auf der Oberseite des Hahnkükens 15 ahsetzt. Diese Masse wird durch
den turbulenten Flüssigkeitsstrom ausgewaschen, wobei der ausgewaschene Anteil durch
weiteres abgesetztes Gut ersetzt wird, sobald genügend Feststoff entfernt ist und
sich ein Hohlraum gebildet hat.
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Es wurde gefunden, daß der Neigungswinkel der Wände des konischen
Bodens des Behälters I vorzugsweise 45 bis 600 sein muß. Unterhalb etwa 45° hat
das körnige Gut die Tendenz, sich fest auf den Konusflächen abzusetzen, so daß es
nicht abwärts in Richtung der Ventilöffnung rutscht.
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Das Verhältnis des zugesetzten Feststoffes zur strömenden Flüssigkeit
hängt von der Einstellung des Ventils 15 ab. Die Bedingungen können so gewählt werden,
daß prozentual sehr angenähert der gleiche Zusatz erfolgt, ungeachtet des Umstandes,
daß die Flüssigkeitsströmung durch das Rohr in weiteren Grenzen schwankt. Die zugesetzte
Menge kann direkt durch die Schaugläser20, 2I beobachtet und beurteilt werden, von
denen das eine an der Einströmseite und das andere an der Ausströmseite des T-Stückes
I7 angeordnet ist.
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Die Einrichtung kann auch benutzt werden, um große Mengen Feststoff
in wenigen Minuten zuzusetzen. Zum Beispiel wird im Falle der Anwendung eines Filters,
auf dem ein Filterbett zu bilden ist, eine t)ffnung von großen Abmessungen am Boden
des Behälters benötigt. Es ist tatsächlich möglich, mit demselben Absperr- und Regulierorgan
den ganzen Inhalt des Behälters in die Flüssigkeit in einem Zeitraum, der zwischen
2 und 3 Minuten und mehreren Stunden schwankt, abzulassen. Nachdem die Gesamtmenge
des Feststoffes aus dem Behälter entfernt ist, wird das Ventil I5 geschlossen, der
Behälter I geöffnet und etwa zurückgebliebene Anteile durch den Hahn 25 ausgewaschen.
Eine weitere Menge des Feststoffes wird dann eingefiililt und der Arbeitsvorgang
erneut eingeleitet.
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PATENTANSI>RCCHE: 1. Verfahren zum geregelten Hinzufügen eines
unlöslichen, körnigen oder pulverigen Feststoffes zu einer Flüssigkeit, z. B. Wasser,
bei welchem der Feststoff chargenweise in einem geschlossenen Behälter mit einer
begrenzten Menge Flüssigkeit vermischt und dort unter dem Einfluß der Schwerkraft
zum Absetzen gebracht wird, worauf der Feststoff als feuchter Bodenkörper bis zum
Aufbrauch der Charge kontinuierlich durch eine Abzugsöffnung regelbarer Weite am
Boden des Behälters in die durch eine Rohrleitung fließende Flüssigkeit eingespeist
wird, dadurch gekennzeichnet, daß letzteres durch den innerhalb der Rohrleitung
turbulent gegen den in der Abzugsöffnung als fester, im wesentlichen ruhender Kuchen
al,gelagerten feuchten Bodenkörper gerichteten Flüssigkeitsstrom geschieht.