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Verlanren und Vorrichtung zum Fördern von flüssigen Explosivstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern von flüssigen Explosivstoffen,
insbesondere von flüssigen explosiven Salpetersäureestern, in Form einer Emulsion
mit einer nicht brennbaren Flüssigkeit, wie Wasser.
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Es ist bekannt, flüssige Explosivstoffe, wie Salpetersättreester mehrwertiger
Alkohole, in Form einer wäßrigen Emulsion zu fördern, um ein Fortschreiten einer
etwa eintretenden Explosion längs des Förderweges des flüssigen Salpetersäureesters
zu verhindern. Dabei hat man die Emülsion auch durch mehrere in größerem Abstand
angeordnete Behälter fließen gelassen, in -denen sich der Ester absetzte. Man mußte
den Ester dann in jedem Behälter durch Einblasen von Luft erneut emulgieren, bevor
er durch einen Heber in den nächsten geleitet werden konnte. Derartige Anlagen arbeiten
absatzweise und erfordern eine sorgfältige Überwachung und Regelung.
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Es ist weiterhin bekannt, das saure Sprengöl mit Luft und Waschflüssigkeit
mittels Luftinjektoren zu emulgieren, die Emulsion wiederholt durch eine Kolonne
zu treiben und anschließend das Sprengöl von der Waschflüssigkeit zu trennen, bis
schließlich das gewaschene Sp#rengöl mittels eines mit Wasser gespeisten Injektors
in das Lagerhaus gefördert wird. Wird aber eine Emulsion für sich aIlein gefördert,
so findet in den langen, wenig geneigten Förderrohren leicht eine Auftrennung in
Sprengö,1 und Wasser statt. Es kann eine zusammenhängende Sprengölschicht entstehen,
die ein Durchdetonieren ermöglicht. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird
ein Sprengöl-Wasser-Gemisch mittels PreSluft durchgewirbelt und die erhaltene wäßrige
Sprengölernulsion
als solche, durch Luftsäulen getrennt, durch eine schwach geneigte Förderleitung
gefördert. Auch hierbei kann aus den gleichen Gründen leicht eine Auftrennung der
wäßrigen Emulsion entstehen, da diese praktisch die gleiche Dichte wie Wasser aufweist
und die Anwesenheit der Luftsäulen eine große Gefahrenquelle darstellt.
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Die vorliegende Erfindung löst nun die Aufgabe der Förderung flüssiger
Explosivstoffe, insbesondere von flüssigen Salpetersäuree;s#tern, in Form einer
Emulsion mit einer nicht brennbaren Flüssigkeit, wie Wasser, und sie zeichnet sich
dadurch aus, daß die Förderung deraxt erfolgt, daß. in der Förderleitung abwechselnd
eine Flüssigkeitssäule aus der Explosivstoffemulsion mit einer Wassersäule aufrechterhalten
wird, wobei die Fördergeschwin,-digkeit vorzugsweise größer als etwa i rn/sec ist.
Zweckmäßig ist die Emuls.ionssäule nicht länger als etwa 25 rn, die Wassersäule
nicht kürzer als etwa 7 in, und vorzugsweise enthält die Einulsion nicht
weniger als 30'D/0 Wasser oder einer anderen nicht brennbaren Flüssigkeit.
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Die Erfindung beti1fft: ferner eine Vorrichtung zur Förderung von
flüssigen Explosi.vstoffen in Emulsio-nsform, die sich durch eine Wasserstrahlpumpe
von T-förmiger Gestalt als Fördermittel auszeichnet, die eine an eine Druckwasserleitung
angeschlossene Treibdüse hat, die über die Mitte einer an eine Ansaugleitung angeschlossene
Einlaufkamm,er ragt und vor der eine sich verengende Fangdüse liegt, an die ein
prismatischer Teil eines Diffasors angeschlossen ist, der in einen erweiterten Teil
übergeht, der an eine Förderleitung angeschlossen ist. Die Treibdüse hat zweckmäßig
einen Düsenwinkel von etwa 5 bis io', die Fangdüse einen solchen von et-,va
io bis 2o' und der erweiterte Teil eine Neigung von etwa 3 bis
5'. Dabei beträgt der Abstand des Überganges von der Fangdüse in den prismatischen
Teil bis an die Stirn,kante der Treibdüse etwa das 4- bis 5fache des lichten Durchmessers
der Treibdüsenöffnung. Die axiale Länge des prismatischen Teiles beträgt zweckmäßig
etwa das i- bis i,5fache des Durchmessers der Treibdüse, und der lichte Durchmesser
des prismatiechen Teiles verhält sich zum Durchmesser der Treibdüse wie wenigstens
1,2 zu i. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung hat das Austrittsende
des Fürderrohres einen größer-en Durchmesser als die Förderleitung. Vorzugsweise
ist die Ansaugleitung mit einem 1--1xplosivstoff- und einem Wasserbehälter verbunden,
deren Leitungen nach der Ansaugleitung je ein Ventil aufweisen, die mechanisch,
z. B. durch Druckluft mittels einer Schaltuhr, so gesteuert wer-den, daß in der
Ruhelage das Regelventil der Explosivstoffleitung geschlossen und das Regelventil
der Wasserleitung geöffnet ist und die Regel ventile bei Zutritt des Druckmittels
umgekehrt geschaftet werden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht.
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- Fig. i stellt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zum
Fördern von Nitroglycerin dar Fig.:2 zeigt im Schnitt und in vergrößertem Maßstab
eine Strahlpumpe zum Fördern der Flüssigkeiten.
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In Fig. i ist eine Nitrieranlage i dargestellt, die in üblich#er Weise
aus einem Nitriergefäß, den Wischern und Scheidern besteht. Aus der Nitrieranlage,
i fließt das Nitroglycerin in einen Nitroglycerinbehälter 2. Daneben ist ein Wasserbehälter
3 angeordnet. Von den beiden Behältern 2 und 3
führt je eine
Leitung, die mit je# einem Nitroglycerinventil 6 und einem Wasserventil
6' versehen ist, in eine Ansaugleitung 1.2, die mit dem Ansaugstutzen einer
Wasserstr-ahlPumPe 4 verbunden ist.
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Das Druckwasser wird mittels einer Druckwasserpumpe 5 durch
eine Druckwasserleitung 13 in den DruckwasserGtutzen 16 der Wasserstrahlpumpe 4
geleitet.
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Die Ventile 6 und 6' wer-den mittels Druckluft oder
eines anderen Druckmittels betrieben, das aus einem Druckluftbehälter
7 über ein Druckluftventil 23 und die Druckluftleitting 24 nach den
Ventilen 6
und 6' geführt wird. Das Druckluftventil 23 wird
mechanisch, z. B. über ein Solenoid 8, das durch eine Schaltuhr
9 geschaltet wird, gesteuert.
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Aus dein Förderstutzen der Wasserstrahlpumpe 4 wird die geförderte
Flüssigikeit durch eine Förderleitung io in ein Trenngefäß 14 gedrückt, in dem die
Einulsion getrennt wird. Aus diesem Trenngefäß 14 wird das abgeschiedene Wasser
durch eine Wasserrückleitun#g i i der DruckwasserpumPe 5
zugeführt, die es
im Kreislauf wieder in die Strahl-Pumpe 4 drückt. Aus der Leitung 15 fließt das
Nitroglycerin nach den Weiterverarbeitungsstellen.
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Die Wasserstrahlptimpe,4 hat, wie aus Fig. 2 hervorgeht, T-förmige
Gestalt. Der Druckwasserstutzen 16 geh-t in eih-e Treibdüse 17 über, die in eine
Einlaufkammer 18 mündet, die an die Ansaugleitung 12 angeschlossen ist. Wie aus
Fig. 2 zu ersehen ist, ragt die Treibdü.se 17 über die Mitte der Einlaufkammer
18 hinaus vor eine sich verengende Fangdüse 21, an deren engsten Teil ein prismati-.scher
Teil 2o angeschlossen ist, der in dem Diffusor in, einen erweiterten Teil 22 übergeht,
der an die Förderleitung io angeschlossen ist.
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Die Ventile 6 und 6" sind so geschaltet, daß das Ventil
6 des Nitroglycerinbehälters in der Ruhelage, afso wenn das Druckmittel aus
dein Druckluftbehälter 7 abgestellt ist, geschlossen und das Ventil
6` geöffnet ist. In der Ruhelage kann die Strahlpumpe 4 also nur Wasser aus
dem Wasserbehälter 3 ansaugen und fördern. Erst wenn mittels der Schaltuhr
9 über das Solenoid 8 das Druckluftventil:23 geöffnet ist, kann Druckluft
durch die Druckluftleitung 24 an die Ventile 6 und 6' gelangen, wobei
das Nitroglycerinventil 6 geöffnet und das Wasserventil 6" geschlossen
wird.
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Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Wird die DruckwasserpumPe
5 in Betrieb gesetzt, so fördert sie Druckwasser durch die Druckwasserleitung
13 in den Druckwasserstutzen 16 der StrahlPumPe4, das aus der Treibdüse 17 in die
Einlaufkam.mer 18 strömt. In#folge der hohen Ströinungsgeschwindigkeit, mit der
der Druckwasserstrahl
aus der Treibdüse 17 in (iie Einlaufkammer
iS tritt, und der Stauung vor der Fangdüse:2i entsteht in der Einlaufkammer
18 ein Unterdruck, so daß aus der Ansaugleitung 12 durch das geöffnete Wasserventil
6' Wasser aus dem Wa-sserbehälter 3
angesaugt wird.
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Wird nun mittels der Schaltuhr 9 über das Solenoid
8 das Druckluftventil 23 geöffnet, so strömt die Druckluft durch die
Druckluftleitung:24, öffnet das Nitroglycerinventil 6 und schließt das Wasserventil
6, so daß aus der Ansaugleitung 12 Nitroglycerin aus dem Nitroglycerinbehälter
2 angesaugt wird, in die Einlaufkammer 18 gelangt, sich darin mit dem aus der Treibdüse
17 ausströmen,den Druckwasserstrahl mischt und in Form einer homogenen Emulsion
durch die Fangdüse 21, den. prismatischen Teil 2o, den erweiterten Teil 22 des Diffusors
dur(;h die Förderleitung io in das Trenngefäß 14 gefördert wird. Es ist dafür zu
sorgen, daß die Nitroglycerin-Wa-sser-Emulsionssäule nicht länger als etwa
25 m ist, daß die Schaltuhr dann das Ventil:23 schließt, so daß das Nitroglycerinventil
6 geschlossen und das Wasserventil 6' geöffnet ist, und jetzt aus
der Ansaugl#eitung 12 Wasser aus dein Wasserbehälter 3 angesaugt wird, so
daß in der Förderleitung jetzt eine Wassersäu-le gefördert wird, die wenigstens
7m lang sein soll. Dann werden die Ventile 6 und 6'
wieder umgeschaltet.
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DerNitroglycerinbehält.er2 wirdaus derNitrieranlage nachgefüllt, und
der Wasserbehälter 3 wird durch Zuleitung von Frischwasser oder Rückleitung
von Druckwasser aus der Leitung 13 gefüllt. Das Wasser muß von Zeit zu Zeit
gereinigt und ersetzt werden. Durch die Absperrung des Nitroglycerinventils
6 in der Ruhelagie wird erreicht, daß sich in der StrahlPumPe, 4 und der
Förderleitung io kein Nitroglycerin ansammeln und daß sich in der Förderleitung
io keine längere Säule der Emulsion bilden kann. Die Anlage arbeitet also selbsttätig
unter Beachtung größtmöglicher Sicherheitsmaßnahmen.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem Beispiel erläutert: In einer
Anlage nach Fig. i haben die Leitungen io, 11, 12 und 13 einen lichten Durchmesser
von 14,5 mm. Die Entfernung der Nitrieranlage i nach dem Trenngefäß 14 beträgt etwa
200 m, und die Saughöhe ist etwa i m. Die Anlage bewä.Itigt eine Förderleistung
von 35o kg Nitroglycerin je Stunde bei einem Wasserdruck von 2 atü
am Druckstutzen der Druckwasserpumpe 3.
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Die Treibdüse 17 hat einen Neigungswinkel von 7' und eine Austrittsöffnung
von 4 mm. Der Neigungswinkel der Fangdüse 21 ist 15', der Abstand der Treibdüsenöffnung
17 bis zum Anfang des prismatischen Teiles 2o beträgt 18 mm. Der prismatische
Teil 2o hat einen lichten Durchmesser von 7,3 mm und eine axiale Länge von
io,2 mm. Die Neigung des erweitierten Teiles 2:2 des Di - ffusors'ist
3,35 11/e. Bei Verwendung einer Strahlpumpe dieser Abmessungen enthält die
wäßrige Emulsion 43 "/0
Nitroglycerin. Die in der Zeiteinheit geförderte Nit-roglyoerinmenge
hängt bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung von folgenden Faktoren- ab:
a) dem Durchmesser und der Länge der Förderleitung, b) dem Wasserdruck, c)
der Bauweise der Wasserstrahlpumpe, d) der Förderhöhe, e) dem Verhältnis
der Länge der Emulsionssäule zu der der Wassersäule.
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In einer bestehenden Anlage können nur die Faktoren b und e
geändert werden und dienen daher zur Regelung der Förderleistung. Aus Sicherheitsgründen
soll die Länge der Emulsionssäule nicht größer als 25 m und die der Wassersäule
wenigstens 7 m sein. Der Druckwasserdruck in der Strahlpumpe soll derart
sein, daß eine Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens i m/.see in der Förderleitung
erzielt wird, während die obere Grenze der Fördergeschwindigkeit durch die Leitung
des Trenngefäßes 14 begrenzt wird. Um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten,
soll die Ansaugleitung 1:2 nicht länger als 2,7 m sein, und um eine Detonationsgefahs
in der Förderleitung auszuschließen, soll die Emulsion wenigstens 3010
Wasser
enthalten.
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Durch Erweiterung des lichten Durchmessers der Förderleitung io vor
dem Trenngefäß 14 kann infolgeVerminderung der Strömungsgeschwindigkeit schon eine
gewisse Auftrennung der Emulsion erzielt werden. Es genügt, die letzten
5 m der Förderleitun#g zu erweitern, um eine solche Verminderung der
Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen, daß die Trennung der Emulsion im Trenngefäß
14 erleichtert wird, so daß man auf diese Weise die Trennleistung des Trenngefäßes
14 erhöhen kann. Vorzugsweise besteht die Förderleitung io aus einem Werkstoff,
der von dem flüs-sigen Nitroester nicht benetzt wiTd, wie Polyäthylen.
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Die Strahlpumpe 4 muß, um eine gute Leistung zu erzielen, bestimmten
Anforderungen genügen. Die Treibdüse 17 muß über die Mittellinie der Einlaufkammer
18 hinausragen, und ihr Neigungswirmkel muß zwischen 5 und io' liegen. Der
Ab-
stand der StiTnfläche der Treibdüse 17 bis an den Beginn, des prismatischen
Teiles 2o soll dem 4- bis 5fachen'Durchmesser der Treibdüse entsprechen, und.
der Winkel der Fangdüse 2 1 soll zwischen io und. 2o' liegen.
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Durch das Verhältnis der lichten Durchmesser der Treibdüse
17 und des prismatischen Teiles 20 wird im wesentlichen die Zusammensetzung
der Emulsion bestimmt. Das bedeutet, daß sich die aus der Treibdüst 17 austretende
Wassermenge zu der in der Förderleitung io geförderten Gesamtflüssig# keitsmenge
wie der lichte Durchmesser der Treibdüse zu dem des prismatischen Teiles verhält.
Wenn man also eine wenigstens 30 0/0 Wasser enthaltende Emulsion erzielen
will, müssen die lichten Durchniesser des prismatischen Teiles 2o und der Treibdüse
17 sich wie 1,2 zu i verhalten. Die Länge des prismatischen Teiles 2o entspricht
etwa dem i- bis i,5fachen des Treibdüsendurchmessers, und die Neigung des erweiterten
Teiles 22 liegt zwischen -3 und 5'.
Die vorliegende
Erfindung gestattet eine vollautomatische Förderung von Nitrog-lycerin zur Herstellung
von Dynamit. Dabei ist die Schaltuhr 9 so einzüstellen, daß in -dem Trenngefäß
durch Regelung der Flüssigkeitssäulenlängen der Nitroglyoerinemulsion und des Wassers
eine konstante Fürderinenge an Nitroglycerin auftechterhalten wird. Die Nitrieranlage
ist so zu fahren, daß in dem Nitroglycerinbehälter:2 eine konstante Nitroglycerinhöhe
aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird bei fortlaufender Arbeitsweise vermieden,
daß größere Mengen Nitroglycerin angesammelt werden.
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Nitroglycerin wird allgemein für die Bezeichnung des Glycerintri-nitrats
verwendet. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die Förderung von Nitroglycerin
beschränkt. Vielmehr können auch alle anderen flüssigen Explosivstoffe,
Z. B. die Salpetersäureester von Äthylenglyk(>l oder von Zuckern, wie Glucose
oder Saccharose, oder flÜssige Gemische von Sprengstoffen nach der vorliegenden
Erfindung gefördert werden.
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Es hat sich gezeigt, daß die wäßrigenEmulsionen des Nitroglycerins
und anderer flüssiger Explosivstoffe ungefährlich sind. Aber selbst, wenn durch
irgendeinen Zufall einmal eine Explosion eintreten sollte, bleibt diese auf die
jeweilige Ernulsionssäule beschränkt und wird nicht auf die gesamte Förderleitung
übertragen, wieil die einzelnen Ernulsionssäulen jeweils durch eine Wassersäule
getrennt sind.
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Gegenüber der bekannten Förderung flüssiger Explosivstoffe in wäßriger
Emulsion zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine große Leistungsfähigkeit,
Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit aus. Die erfindungsgemäßen Emulsionen
mit zwischengeschalteten Wassersäulen könneu in einfacher Weise auf große Entfernungen
im kontinuierlichen Betrieb ohiw Explosionsgefähr gefördert werden.