EP3475479A1 - Vorrichtung zur behandlung von material mit einem behälter - Google Patents

Vorrichtung zur behandlung von material mit einem behälter

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EP3475479A1
EP3475479A1 EP17757458.9A EP17757458A EP3475479A1 EP 3475479 A1 EP3475479 A1 EP 3475479A1 EP 17757458 A EP17757458 A EP 17757458A EP 3475479 A1 EP3475479 A1 EP 3475479A1
Authority
EP
European Patent Office
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stirrer
container
diameter
deflection
deflection device
Prior art date
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Pending
Application number
EP17757458.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Boltersdorf
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3475479A1 publication Critical patent/EP3475479A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/112—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades
    • B01F27/1123—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades sickle-shaped, i.e. curved in at least one direction
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/34—Kneading or mixing; Pulpers
    • D21B1/345—Pulpers
    • D21B1/347—Rotor assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/112—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades
    • B01F27/1125—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades with vanes or blades extending parallel or oblique to the stirrer axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/808—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with stirrers driven from the bottom of the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/86—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis co-operating with deflectors or baffles fixed to the receptacle

Definitions

  • the invention relates to a device for treating material with a container in which a stirrer rotatable about a central axis is arranged, and with a first deflecting device, which is arranged in the container above the stirrer, around a stream of material conveyed by the stirrer Redirect to the center of the container.
  • the invention is therefore based on the finding that the central region of the stirrer in which the axis is located is of subordinate importance as a result of the low acceleration for the stirrer function and should therefore be designed as a coaxial axle body with an increased diameter.
  • the coaxial axle body designates a body formed by the axle itself, a cylinder arranged around the central axis, or another body adapted to keep this middle portion of material free.
  • the material is treated by the stirrer only in a region spaced from the center of the stirrer, and the central region is inaccessible to the material, and therefore there is no possibility of clumping there.
  • the peripheral speed is so high that a good circulation is achieved there and therefore no clumping is to be feared.
  • the container below the stirrer has a bottom and a distance between the bottom and the deflecting device is at most half the maximum diameter of the container between the bottom and the deflecting device ,
  • the distance between the central axis and the radially outer container inner wall in the region of the stirrer approximately to the distance between the Floor and the deflection corresponds. "Approximately” means here a deviation of maximally 30% and preferably maximally 20% of the larger distance.
  • the floor may be formed as a continuous floor surface, as in a kneader, or as a perforated sheet, as in a conditioner.
  • the stirrer or the arms of the stirrer should extend as far as possible in the radially outer regions of the container so that no dead zones arise. It is therefore proposed that the diameter of the stirrer is at least 70%, preferably at least 80% of the maximum diameter of the container in the region of the stirrer.
  • stirrer has one or more arms which extend radially outward from the central axle body.
  • a particularly simple embodiment provides that the first deflection device has a round plate arranged in the container with a central free passage. This is in a simple embodiment, a horizontal plate with a central free passage, which allows the loading of the container with material.
  • the container may also be shaped so that the first deflection device is formed by a constriction on the container. The container thus has a smaller diameter in the region of the deflection device than below the constriction and preferably also a smaller diameter than above the constriction. This makes it possible to use the area above the constriction as feed and buffer area, while below the constriction the reaction area lies with the stirrer.
  • the first deflection device have a central free passage with a diameter of at least 0.8 m having.
  • the free passage may have a diameter of less than 80% or even less than 60% of the maximum container diameter.
  • the water level should be in or above the diameter restriction. For example, if the diameter constriction formed by a plate, the water surface is in the plane of the plate or something above it. This calms the water surface and less energy is lost through wave formation.
  • the free diameter should allow solid to be fed to the lower area. This solid should fall independently in the lower area, so that a feed screw is superfluous.
  • the deflection device need not be made of a solid material, since in each case one material flow can serve as a deflection device for the other material flow. It is therefore proposed that the first deflection device is formed by a material flow conveyed downwards towards the center of the container by a further stirrer arranged above the first stirrer. [21] It has been found that a conveyor above the stirrer, which conveys material to the stirrer, is not necessary and may even be harmful. Therefore, it is proposed that the container on the central axis has at least above the deflection no conveyor that promotes the stirrer.
  • a supply space is provided, which is formed above the deflection device as part of the container.
  • This feed space can also be another container part, a collar or a cylindrical container part.
  • the device when used as a kneader, it is advantageous if it has a tangential feed line to the container.
  • the feed material already has a speed component which can be used in a tangential feed in the container to relieve the stirrer as a result of the feed.
  • Advantageous embodiments provide that a second concentric deflection device is arranged above the stirrer.
  • This second deflection device may have a cone which is arranged concentrically above the stirrer. This cone is in the shape of a cone or a truncated cone and it makes it easier to steer the material in the device.
  • the second deflection device has a truncated cone tapering towards the stirrer in order to redirect the material flow, which is deflected radially inwards towards the central axis, towards the stirrer.
  • two stirrers which are arranged above one another, two truncated cones are used in a corresponding design, the radially larger circular surfaces abut each other.
  • the second deflection device has a truncated cone widening towards the stirrer in order to divert the material flow to the outside.
  • Particularly good mixing results are achieved with devices that have baffles on the radially outer container inner wall. This is achieved, for example, with a container which has a circumferential wall which has at least one circumferential bend in the radially outermost region with an obtuse angle open to the container inside. Preferably, two creases are provided, which also allow to provide a portion of a vertical container wall between these creases.
  • a filling level above the first deflecting device is preferably set in the container.
  • a material buffer is provided and the material itself acts as a pressure on the area in which the stirrer is arranged.
  • the material acts as a pressure on the area in which the stirrer is arranged.
  • An average speed should be 3 to 10 m / s at the radially outermost end of the stirrer, and in practice about 5 m / s is a good value to combine good mixing with economical energy input.
  • the speed of rotation of the stirrer may also be adjusted to urge the material into the radially outer portions of the container such that in the center of the container, preferably in the region of at least 50% of the axis, all material retracts by the centrifugal force is driven outside.
  • Figure 1 shows a simple embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention with a truncated cone widening towards the stirrer
  • FIG. 3 shows a device with feed space
  • Figure 4 shows a device with tangential inlet and the stirrer tapering truncated cone
  • FIG. 1 shows a device with two stirrers arranged one above the other.
  • the device 1 shown in FIG. 1 has a container 2, in which a screen plate 4 is arranged as the bottom 3. Concentric with the cylindrical container 2, a stirrer 6 is provided on a central axis 5 directly above the bottom 3. Above the stirrer 6, a horizontally arranged ring 8 with a circular central free passage 9 is provided as first deflecting device 7.
  • the stirrer 6 has a coaxial axle body 10 from which six bent arms 1 1 extend radially.
  • the axle body 10 has a diameter 12 in the region of the stirrer 6, whose length is at least a quarter of the diameter 13 of the stirrer 6.
  • the stirrer 6 is driven via a gear 14 and a motor 1 5.
  • the arms 1 1 rotate about the central axis 5 to circulate material (not shown) between the blank 8 and the bottom 3.
  • the distance 16 between the bottom 3 and the deflection device 7 is at most half the diameter 17.
  • the diameter 1 7 is the maximum diameter of the container 2 between the bottom 3 and the deflection device 7.
  • FIG. 1 shows a particularly small stirrer.
  • a stirrer as shown, for example, in the device 20 is advantageous.
  • the agitator 21 has a diameter 22 which is almost as large as the maximum diameter 23 of the container 24 between the deflector 25 and the bottom 26 of the container 24th
  • the deflection device 25 is a container wall which points radially inwards from the maximum container diameter 21 and through which a constriction 27 is formed on the container.
  • This container has above the coaxial axle body 28 as a second deflection device 29 a cone 30 which is arranged concentrically above the agitator 21.
  • This cone 30 has the shape of a cone or a truncated cone, whose outer surface widens towards the stirrer.
  • stirrer 21 Below the stirrer 21 is a screen plate 31 and below that the motor 32 drives the stirrer 21.
  • Material that passes tangentially (not shown) or from above into the container 24 is thus deflected radially outward from the conical lateral surface of the cone 30 to the stirrer 21 and migrates upwards on the inner wall of the container 24 in the radially outer region to be redirected by the deflector 25 radially inward again.
  • the device 40 shown in FIG. 3 has a funnel 41 which merges into a cylindrical collar region 42 and then into a feed space 44 defined at the bottom by a blank 43. Below the blank 43, the container 45 widens. There, the peripheral wall in the radially outermost region of the container 45 has a first circumferential bend 46, which leads into a short cylindrical jacket region 47 and thereby forms an open to the container inside obtuse angle 48. This is adjoined by another kink 49, which in turn has an obtuse angle 50 which is open towards the container inner side 51.
  • the material thus passes either via the funnel 41 or via a tangential feed line 52 into the feed space 44 and from there through the free passage 53 to the cone 54.
  • the free passage in the exemplary embodiment has a diameter 55 of about one meter.
  • FIG. 4 also shows a device 60 with a second concentric deflection device 61 above the agitator 62.
  • This second deflection device 61 has a truncated cone 63 tapering towards the agitator 62.
  • This truncated cone 63 leads through the tangential inlet 64 in the container 65 conveyed material, which is stirred by the stirrer 62 and flows in radially outer regions of the container 65 upwards, back down to the stirrer 62. This serves one to the central axis of the container 65 concentric conical peripheral surface 67.
  • the motor 68 drives the agitator 62 via the gear 69, which stirs the material in the container 65, and the material is initially given a flow by the agitator shape, the centrifugal forces and the shape of the inner wall 70 of the container 65 up.
  • the material then passes to an inner container wall 71 above the stirrer 62, which deflects the material toward the central axis 66 as the first deflecting device.
  • the material is then deflected over the conical lateral surface 67 of the truncated cone 63 back down to the stirrer 62 out.
  • the material thus revolves around a central ring axis of a torus and stirrer and container shape and the deflection are designed so that as possible no areas with particularly low speed arise.
  • FIG. 5 shows on the device 80 that the first deflection device does not necessarily have to be a container wall or a container installation, but can also be provided by a second material flow.
  • This device 80 has a container 81 in which a first stirrer 84 in the container 81 is driven by a first motor 82 and a first gear 83.
  • the second motor 85 which drives a stirrer 87 in the container 81 via a second gear 86.
  • the stirrer 87 thus causes a flow of material down, while the stirrer 84 causes a flow of material upwards.
  • the lower material flow forms a deflection device for the upper material flow and the upper material flow forms a deflection device for the lower material flow.
  • the material flow 88 caused by the second stirrer 87 thus forms the first deflection device for the material flow 89 formed by the stirrer 84 toward the center of the vessel 90.
  • a double cone 91 is arranged as a coaxial axle body, which has a lower conical lateral surface 92, which tapers towards the stirrer 84, in order to deflect the flow of material 89 towards the stirrer 84.
  • the double cone 91 has on its upper side a conical lateral surface 93, which tapers toward the stirrer 87 and deflects the material flow 88 towards the stirrer 87.
  • the filling level (not shown) is set in the container 45 above the first deflection device 43.
  • the feed space 44 and also the space above it up to the funnel 41 can be used as storage space for material, and in the case of liquid material or a filling with liquid or water, a hydrostatic pressure arises, which acts on the material in the area of the agitator 57.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Behandlung von Material in einem Behälter, in dem ein um eine zentrale Achse drehbarer Rührer angeordnet ist, wird eine erste Umlenkeinrichtung vorgesehen, die im Behälter oberhalb des Rührers angeordnet ist, um einen durch den Rührer beförderten Materialstrom zur Behältermitte hin umzuleiten. Erfindungsgemäß weist der Rührer einen koaxialen Achskörper auf, dessen Durchmesser im Bereich des Rührers mindestens ein Viertel des Durchmessers des Rührers beträgt. Vorteilhaft ist es, wenn der Behälter unterhalb des Rührers einen Boden aufweist und ein Abstand zwischen dem Boden und der Umlenkeinrichtung maximal die Hälfte des maximalen Durchmessers des Behälters zwischen dem Boden und der Umlenkeinrichtung beträgt. Dieser Boden kann auch als Lochblech ausgeführt sein.

Description

Vorrichtung zur Behandlung von Material mit einem Behälter
[01 ] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Material mit einem Behälter, in dem ein um eine zentrale Achse drehbarer Rührer angeordnet ist, und mit einer ersten Umlenkeinrichtung, die im Behälter oberhalb des Rührers angeordnet ist, um einen durch den Rührer geförderten Materialstrom zur Behältermitte umzuleiten.
[02] Es sind unterschiedliche Arten von Rührern bekannt, die in der Regel nach oben offen sind. Der Materialstrom wird daher im Rührerbehälter umgerührt und Material, das dabei nach oben gerührt wird, gelangt so weit nach oben, bis es durch die Schwerkraft wieder nach unten gelangt. [03] Die Veröffentlichungen WO 201 1/144196, WO 2012/041269 und WO 2013/135224 zeigen Materialbehandlungsvorrichtungen mit Behältern, die so geformt sind, dass der durch den Rührer beförderte Materialstrom durch eine innere Behälterwandung oberhalb des Rührers zur Behältermitte hin umgeleitet wird. Eine zentrale Schraube führt das Material aus einem oberen Bereich des Behälters zum Rührer, von dort wandert der Materialstrom radial nach außen, nach oben und von der Umlenkeinrichtung geführt in Richtung zur Behältermitte .
[04] Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei der Behandlung von grobstückigen Materialien Klumpen entstehen, die sich im Rührer nicht mehr oder nur schlecht auflösen. [05] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen so weiterzubilden, dass Klumpenbildungen vermieden werden.
[06] Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst, bei der der Rührer einen koaxialen Achskörper aufweist, dessen Durchmesser im Bereich des Rührers mindestens ein Viertel des Durchmessers des Rührers beträgt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE [07] Um den Rührer im radial äußeren und auch in seinem radial inneren Bereich zu nutzen, wurde bisher vorgeschlagen, die Funktionsbereiche des Rührers an einer Achse mit kleinem Durchmesser anzuordnen. Dabei gelangt das Material in die Mitte des Rührers und dann von den radial inneren Bereichen zu den radial äußeren Bereichen des Rührers.
[08] In den radial inneren Bereichen des Rührers ist die Umfangsgeschwindigkeit relativ niedrig und dadurch bilden sich dort am ehesten unerwünschte Verklumpungen. Auch durch Zufuhrspiralen und eine spezielle Formgebung der Rührerarme ist eine Klumpenbildung kaum zu vermeiden. [09] Der Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, dass der zentrale Bereich des Rührers, in dem die Achse liegt, in Folge der dort vorliegenden niedrigen Beschleunigung für die Rührerfunktion von untergeordneter Bedeutung ist und daher als koaxialer Achskörper mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet sein sollte. Der koaxiale Achskörper bezeichnet einen Körper, der von der Achse selber gebildet ist, einen um die zentrale Achse angeordneten Zylinder oder einem anderen Körper, der so ausgebildet ist, dass er diesen mittleren Bereich von Material freihält. Dies führt dazu, dass das Material nur in einem von der Mitte des Rührers beabstandeten Bereich durch den Rührer behandelt wird und der zentrale Bereich für das Material nicht zugänglich ist und daher dort auch keine Verklumpung entstehen kann. In dem radialäußeren Bereich ist die Um- fangsgeschwindigkeit jedoch so hoch, dass dort eine gute Umwälzung erreicht wird und daher keine Verklumpungen zu befürchten sind.
[10] Um eine besonders gute Umwälzung bei geringem Energieaufwand zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass der Behälter unterhalb des Rührers einen Boden aufweist und ein Abstand zwischen dem Boden und der Umlenkeinrichtung maximal die Hälfte des maximalen Durchmessers des Behälters zwischen dem Boden und der Umlenkeinrichtung beträgt.
[11 ] Vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen der zentralen Achse und der radial äußeren Behälterinnenwand im Bereich des Rührers etwa dem Abstand zwischen dem Boden und der Umlenkeinrichtung entspricht. „Etwa" bedeutet hierbei eine Abweichung von maximal 30 % und vorzugweise maximal 20 % des größeren Abstandes.
[12] Dabei kann der Boden wie bei einem Kneter als durchgehende Bodenfläche ausgebildet sein oder wie bei einem Aufbereiter als Lochblech. [13] Der Rührer oder die Arme des Rührers sollten möglichst weit in den radialäußeren Bereichen des Behälters reichen, damit keine Totzonen entstehen. Daher wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser des Rührers mindestens 70 %, vorzugweise mindestens 80 % des maximalen Durchmessers des Behälters im Bereich des Rührers beträgt.
[14] Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Rührer einen oder mehrere Arme aufweist, die sich von dem zentralen Achskörper radial nach außen erstrecken.
[15] Eine besonders einfache Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Umlenkeinrichtung eine im Behälter angeordnete Ronde mit einem zentralen freien Durchlass aufweist. Dies ist in einer einfachen Ausgestaltung ein waagerechtes Blech mit einem zentralen freien Durchlass, das die Beschickung des Behälters mit Material ermöglicht. [16] Der Behälter kann auch so geformt sein, dass die erste Umlenkeinrichtung von einer Einschnürung am Behälter gebildet ist. Der Behälter hat somit im Bereich der Umlenkeinrichtung einen kleineren Durchmesser als unterhalb der Einschnürung und vorzugweise auch einen kleineren Durchmesser als oberhalb der Einschnürung. Dies erlaubt es, den Bereich oberhalb der Einschnürung als Zuführ- und Pufferbereich zu ver- wenden, während unterhalb der Einschnürung der Reaktionsbereich mit dem Rührer liegt.
[17] Um einerseits eine ausreichende Umlenkung des Materials mittels der ersten Umlenkeinrichtung nach innen zu bewirken und andererseits weiteres Material einfach zentral zuführen zu können, wird vorgeschlagen, dass die erste Umlenkeinrichtung ei- nen zentralen freien Durchlass mit einem Durchmesser von mindestens 0,8 m aufweist. Beispielsweise kann der freie Durchlass einen Durchmesser von weniger als 80 % oder sogar weniger als 60 % des maximalen Behälterdurchmessers haben. [18] Bei der Verwendung des Kneters sollte der Wasserspiegel in oder oberhalb der Durchmesserverengung liegen. Ist beispielsweise die Durchmesserverengung durch eine Platte gebildet, liegt die Wasserfläche in der Ebene der Platte oder etwas darüber. Dadurch wird die Wasseroberfläche beruhigt und es geht weniger Energie durch eine Wellenbildung verloren.
[19] Der freie Durchmesser soll es ermöglichen, dass Feststoff dem unteren Bereich zugeführt wird. Dieser Feststoff sollte eigenständig in den unteren Bereich fallen, so dass eine Zuführschraube überflüssig ist.
[20] Bei einer Vorrichtung mit zwei Rührern, die übereinander angeordnet sind, muss die Umlenkeinrichtung nicht aus einem festen Material hergestellt werden, da jeweils ein Stoffstrom als Umlenkeinrichtung für den anderen Stoffstrom dienen kann. Daher wird vorgeschlagen, dass die erste Umlenkeinrichtung von einem durch einen oberhalb des ersten Rührers angeordneten weiteren Rührer nach unten zur Behältermitte hin geförderten Materialstrom gebildet ist. [21] Es hat sich herausgestellt, dass ein Förderer oberhalb des Rührers, der Material zum Rührer befördert, nicht notwendig ist und sogar schädlich sein kann. Daher wird vorgeschlagen, dass der Behälter auf der zentralen Achse zumindest oberhalb der Umlenkeinrichtung keinen Förderer aufweist, der zum Rührer fördert.
[22] Als Puffer und zur Erhöhung des Druckes im Rührerbereich eignet sich ein Zu- führraum, der oberhalb der Umlenkeinrichtung als Teil des Behälters ausgebildet ist. Dieser Zuführraum kann auch ein weiterer Behälterteil, ein Kragen oder ein zylindrischer Behälterteil sein.
[23] Insbesondere wenn die Vorrichtung als Kneter verwendet wird, ist es vorteilhaft, wenn sie eine tangentiale Zuleitung zum Behälter aufweist. Das zugeführte Material hat in der Regel durch die Zuführung bereits eine Geschwindigkeitskomponente, die bei einer tangentialen Zuführung im Behälter zur Entlastung des Rührers verwendet werden kann. [24] Vorteilhafte Ausführungsvarianten sehen vor, dass oberhalb des Rührers eine zweite konzentrische Umlenkeinrichtung angeordnet ist.
[25] Diese zweite Umlenkeinrichtung kann einen Konus aufweisen, der konzentrisch oberhalb des Rührers angeordnet ist. Dieser Konus hat die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes und er erleichtert es, das Material in der Vorrichtung zu lenken.
[26] Insbesondere für den Einsatz der Vorrichtung als Kneter mit tangentialem Zulauf wird vorgeschlagen, dass die zweite Umlenkeinrichtung einen sich zum Rührer hin verjüngenden Kegelstumpf aufweist, um den radial nach innen zur zentralen Achse hin umgelenkten Materialstrom zum Rührer hin umzuleiten. Bei zwei Rührern, die überei- nander angeordnet sind, werden in entsprechender Ausführung zwei Kegelstümpfe verwendet, deren radial größere Kreisflächen aneinander anliegen.
[27] Wenn hingegen ein zentraler Zulauf zu der Vorrichtung vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn die zweite Umlenkeinrichtung einen sich zum Rührer hin verbreiternden Kegelstumpf aufweist, um den Materialstrom nach außen umzuleiten. [28] Besonders gute Vermengungsergebnisse werden mit Vorrichtungen erzielt, die an der radial äußeren Behälterinnenwand Schikanen aufweisen. Dies wird beispielsweise mit einem Behälter erreicht, der eine Umfangswand aufweist, die im radial äußersten Bereich mindestens einen umlaufenden Knick mit einem zur Behälterinnenseite geöffneten stumpfen Winkel aufweist. Vorzugsweise werden zwei Knicke vorgesehen, die es auch ermöglichen, zwischen diesen Knicken einen Bereich einer senkrechten Behälterwandung vorzusehen.
[29] Bei einem Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung wird im Behälter vorzugsweise ein Füllniveau oberhalb der ersten Umlenkeinrichtung eingestellt. Dadurch wird ein Materialpuffer bereitgestellt und das Material selber wirkt als Druck auf den Bereich, in dem der Rührer angeordnet ist. Beispielsweise beim Einsetzen einer Platte sollte diese im Flüssigkeitspiegel liegen oder nur leicht darunter. Die Flüssigkeit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels bringt technologisch nur einen erhöhten Wasserdruck. Der Bereich oberhalb der Einschnürung sollte daher gar nicht oder nur geringfügig überspült werden.
[30] Eine vorteilhafte Verfahrensführung ergibt sich, wenn während der Befüllung mit zunehmender Beladung die Drehzahl des Rührers gesenkt wird.
[31] Eine mittlere Drehzahl sollte bei 3 bis 10 m/s am radial äußersten Rührerende liegen und in der Praxis sind etwa 5 m/s ein guter Wert, um eine gute Vermengung mit einem wirtschaftlichen Energieeintrag zu kombinieren.
[32] Die Drehzahl des Rührers kann auch so eingestellt werden, dass das Material derart in die radial äußeren Bereiche des Behälters gedrängt wird, dass in der Mitte des Behälters, vorzugweise im Bereich von mindestens 50 % der Achse, sämtliches Material durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben ist.
[33] Vorteilhafte Ausführungsvarianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
[34] Es zeigt
Figur 1 eine einfache Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
Ronde,
Figur 2 eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem sich zum Rührer hin verbreiternden Kegelstumpf, Figur 3 eine Vorrichtung mit Zuführraum,
Figur 4 eine Vorrichtung mit tangentialem Zulauf und sich zum Rührer hin verjüngendem Kegelstumpf und
Figur 5 eine Vorrichtung mit zwei übereinander angeordneten Rührern. [35] Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 hat einen Behälter 2, in dem als Boden 3 ein Siebblech 4 angeordnet ist. Konzentrisch zu dem zylinderförmigen Behälter 2 ist auf einer zentralen Achse 5 direkt oberhalb des Bodens 3 ein Rührer 6 vorgesehen. Oberhalb des Rührers 6 ist als erste Umlenkeinrichtung 7 eine waagerecht angeordnete Ron- de 8 mit einem kreisförmigen zentralen freien Durchlass 9 vorgesehen.
[36] Der Rührer 6 hat einen koaxialen Achskörper 10, von dem sich sechs gebogene Arme 1 1 radial erstrecken.
[37] Der Achskörper 10 hat einen Durchmesser 12 im Bereich des Rührers 6, dessen Länge mindestens ein Viertel des Durchmessers 13 des Rührers 6 beträgt. [38] Der Rührer 6 wird über ein Getriebe 14 und einen Motor 1 5 angetrieben. Dadurch drehen sich die Arme 1 1 um die zentrale Achse 5, um Material (nicht gezeigt) zwischen der Ronde 8 und dem Boden 3 umzuwälzen.
[39] Damit das Material an der Unterseite der Ronde 8 anschlägt und dort umgeleitet wird, beträgt der Abstand 16 zwischen dem Boden 3 und der Umlenkeinrichtung 7 ma- ximal die Hälfte des Durchmessers 17. Der Durchmesser 1 7 ist der maximale Durchmesser des Behälters 2 zwischen dem Boden 3 und der Umlenkeinrichtung 7.
[40] Bei der Verwendung der Vorrichtung wird Material mit Wasser oberhalb der Ronde 8 in den Behälter 2 gegeben. Das Material fällt durch den freien Durchlass 9 in den Bereich unterhalb der Ronde 8 auf den Rührer 6. Dieser Rührer 6 dreht das Material im Behälter 2 zwischen dem Boden 3 und der Umlenkeinrichtung 7, wobei das Material durch die Formgebung von Behälter 2 und Rührer 6 im radial äußeren Bereich nach oben getrieben wird und so lange nach oben fließt, bis es an der Unterseite der Ronde 8 anschlägt und zur Mitte 18 des Behälters gelangt. Dort fällt das Material nach unten zum Rührer 6 und wird vom Rührer 6 wieder nach radial außen gefördert. [41] Dadurch entstehen insbesondere bei grobstückigem oder pastösem Material hohe Scherkräfte zwischen den Materialpartikeln und eine gute Vermischung des Materials. [42] Im Zentrum des Rührers 6 hat das Material die geringste Umfangsgeschwindigkeit und daher entstehen hier gerne Verklumpungen. Daher hat der Rührer den koaxialen Achskörper 10, der hier eine Materialansammlung vermeidet und das Material nach radial außen und zu den Rührerarmen 1 1 hin umlenkt. [43] Die Figur 1 zeigt einen besonders kleinen Rührer. Vorteilhaft ist ein Rührer wie er beispielsweise in der Vorrichtung 20 gezeigt ist. Hier hat der Rührer 21 einen Durchmesser 22, der fast so groß ist wie der maximale Durchmesser 23 des Behälters 24 zwischen der Umlenkeinrichtung 25 und dem Boden 26 des Behälters 24.
[44] In diesem Ausführungsbeispiel ist die Umlenkeinrichtung 25 eine vom maxima- len Behälterdurchmesser 21 radial nach innen weisende Behälterwandung, durch die eine Einschnürung 27 am Behälter gebildet ist.
[45] Dieser Behälter hat oberhalb des koaxialen Achskörpers 28 als zweite Umlenkeinrichtung 29 einen Konus 30, der konzentrisch oberhalb des Rührers 21 angeordnet ist. Dieser Konus 30 hat die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes, dessen Man- telfläche sich zum Rührer hin verbreitert.
[46] Unter dem Rührer 21 ist ein Siebblech 31 und darunter ist der Motor 32 als Antrieb für den Rührer 21.
[47] Material, dass tangential (nicht gezeigt) oder von oben in den Behälter 24 gelangt, wird somit von der konischen Mantelfläche des Konus 30 radial nach außen zum Rührer 21 umgelenkt und wandert an der Innenwandung des Behälters 24 im radial äußeren Bereich nach oben, um von der Umlenkeinrichtung 25 wieder nach radial innen umgelenkt zu werden.
[48] Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung 40 hat einen Trichter 41 , der in einen zylindrischen Kragenbereich 42 und dann in einen unten durch eine Ronde 43 begrenzten Zuführraum 44 übergeht. Unterhalb der Ronde 43 verbreitert sich der Behälter 45. Dort hat die Umfangswand im radial äußersten Bereich des Behälters 45 einen ersten umlaufenden Knick 46, der in einen kurzen zylinderförmigen Mantelbereich 47 überleitet und dabei einen zur Behälterinnenseite geöffneten stumpfen Winkel 48 bildet. Daran schließt sich nach unten ein weiterer Knick 49 an, der wiederum einen zur Behälterinnenseite 51 geöffneten stumpfen Winkel 50 aufweist.
[49] Das Material gelangt somit entweder über den Trichter 41 oder über eine tangen- tiale Zuleitung 52 in den Zuführraum 44 und von dort durch den freien Durchläse 53 zum Konus 54. Der freie Durchlass hat im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser 55 von etwa einem Meter.
[50] Der Behälter 45 hat auf der zentralen Achse 56 sowohl oberhalb der Umlenkeinrichtung 43 als auch darunter keinen Förderer, der zum Rührer 57 fördert. [51 ] Auch die Figur 4 zeigt eine Vorrichtung 60 mit einer zweiten konzentrischen Umlenkeinrichtung 61 oberhalb des Rührers 62. Diese zweite Umlenkeinrichtung 61 weist hingegen einen sich zum Rührer 62 hin verjüngenden Kegelstumpf 63 auf. Dieser Kegelstumpf 63 führt durch den tangentialen Zulauf 64 in den Behälter 65 gefördertes Material, das durch den Rührer 62 umgerührt wird und in radial äußeren Bereichen des Behälters 65 nach oben strömt, wieder nach unten zum Rührer 62. Dazu dient eine zur zentralen Achse des Behälters 65 konzentrische konische Umfangsfläche 67.
[52] Der Motor 68 treibt über das Getriebe 69 den Rührer 62 an, der das Material im Behälter 65 umrührt, und dabei erhält das Material durch die Rührerform, die Zentrifugalkräfte und die Form der inneren Wandung 70 des Behälters 65 zunächst eine Strö- mung nach oben. Dann gelangt das Material an eine innere Behälterwandung 71 oberhalb des Rührers 62, die als erste Umlenkeinrichtung das Material zur zentralen Achse 66 hin umlenkt. Das Material wird dann über die konische Mantelfläche 67 des Kegelstumpfes 63 wieder nach unten zum Rührer 62 hin umgelenkt. Das Material kreist somit um eine zentrale Ringachse eines Torus und Rührer und Behälterform und die Umlenk- einrichtungen sind so ausgebildet, dass möglichst keine Bereiche mit besonders niedriger Geschwindigkeit entstehen. Dies führt zu einer intensiven Vermengung und verhindert die Bildung von Klumpen. [53] Die Figur 5 zeigt an der Vorrichtung 80, dass die erste Umlenkeinrichtung nicht unbedingt eine Behälterwandung oder ein Behältereinbau sein muss, sondern auch durch einen zweiten Materialstrom bereitgestellt werden kann. Diese Vorrichtung 80 hat einen Behälter 81, in dem durch einen ersten Motor 82 und ein erstes Getriebe 83 ein erster Rührer 84 im Behälter 81 angetrieben wird. Darüber ist der zweite Motor 85, der über ein zweites Getriebe 86 einen Rührer 87 im Behälter 81 antreibt. Der Rührer 87 bewirkt somit eine Materialströmung nach unten, während der Rührer 84 eine Materialströmung nach oben bewirkt. An der Stelle, an der diese Materialströmungen aufeinander treffen, bildet die untere Materialströmung eine Umlenkeinrichtung für die obere Materialströmung und die obere Materialströmung bildet eine Umlenkeinrichtung für die untere Materialströmung. Der vom zweiten Rührer 87 bewirkte Materialstrom 88 bildet somit die erste Umlenkeinrichtung für den vom Rührer 84 gebildeten Materialstrom 89 zur Behältermitte 90 hin.
[54] In der Behältermitte ist als koaxialer Achskörper ein Doppelkonus 91 angeord- net, der eine untere sich zum Rührer 84 hin verjüngende konische Mantelfläche 92 aufweist, um den Materialstrom 89 zum Rührer 84 hin umzulenken.
[55] Der Doppelkonus 91 hat an seiner Oberseite eine sich zum Rührer 87 hin verjüngende konische Mantelfläche 93, die den Materialstrom 88 zum Rührer 87 hin umlenkt. [56] An der in der Figur 3 gezeigten Vorrichtung ist leicht zu erkennen, dass es vorteilhaft ist, wenn im Behälter 45 oberhalb der ersten Umlenkeinrichtung 43 das Füllniveau (nicht gezeigt) eingestellt wird. Dadurch kann der Zuführraum 44 und auch der Raum darüber bis zum Trichter 41 als Stauraum für Material verwendet werden und bei flüssigem Material oder einer Füllung mit Flüssigkeit oder Wasser entsteht ein hydro- statischer Druck, der im Bereich des Rührers 57 auf das Material wirkt.
[57] Um im Behälter 45 die gewünschte Materialströmung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass während der Befüllung des Behälters 45 mit Material mit zunehmender Beladung die Drehzahl des Rührers gesenkt wird. Dadurch kann mit geringer Leistungsaufnahme eine besonders intensive Umwälzung des Materials erreicht werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Behandlung von Material mit einem Behälter (2), in dem ein um eine zentrale Achse (5) drehbarer Rührer (6) angeordnet ist, und mit einer ersten Umlenkeinrichtung (7), die im Behälter (2) oberhalb des Rührers (6) angeordnet ist, um einen durch den Rührer (6) geförderten Materialstrom zur Behältermitte hin umzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer (6) einen koaxialen Achskörper (10) aufweist, dessen Durchmesser (12) im Bereich des Rührers (6) mindestens ein Viertel des Durchmessers (13) des Rührers (6) beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) unterhalb des Rührers (6) einen Boden (3) aufweist und ein Abstand (16) zwischen dem Boden (3) und der Umlenkeinrichtung (7) maximal die Hälfte des maximalen Durchmessers (17) des Behälters (2) zwischen dem Boden (3) und der Umlenkeinrichtung (7) beträgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (22) des Rührers (21) mindestens 70 %, vorzugsweise mindestens 80 % des maximalen Durchmessers (23) des Behälters (24) zwischen dem Boden (26) und der Umlenkeinrichtung (25).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer (6) einen oder mehrere Arme (1 1) aufweist, die sich von dem zentralen Achskörper (10) radial nach außen erstrecken.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinrichtung (7) eine im Behälter (2) angeordnete Ron- de (8) mit einem zentralen freien Durchlass (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinrichtung (25) von einer Einschnürung (27) am Behälter (24) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinrichtung (7, 43) einen zentralen freien Durchlass (9, 53) mit einem Durchmesser (55) von mindestens 0,8 m aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinrichtung von einem durch einen oberhalb des ersten Rührers (84) angeordneten weiteren Rührer (87) nach unten zur Behältermitte hin geförderten Materialstrom (88) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (45) auf der zentralen Achse (56) zumindest oberhalb der Umlenkeinrichtung (43) keinen Förderer aufweist, der zum Rührer (57) fördert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (45) oberhalb der Umlenkeinrichtung (43) einen Zuführraum (44) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine tangentiale Zuleitung (52) zum Behälter (45) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie oberhalb des Rührers (21, 62) eine zweite konzentrische Umlenkeinrichtung (29, 61) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinrichtung (29) einen Konus (30) aufweist, der konzentrisch oberhalb des Rührers (21) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinrichtung (61) einen sich zum Rührer (62) hin verjüngenden Kegelstumpf (63) aufweist, um den radial nach innen zur zentralen Achse (66) hin umgelenkten Materialstrom zum Rührer (62) hin umzuleiten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinrichtung (29) einen sich zum Rührer (21) hin verbreiternden Kegel (30) oder Kegel stumpf aufweist, um den Materialstrom nach radial außen umzuleiten.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (45) eine Umfangswand (46) hat, die im radial äußersten Bereich mindestens einen umlaufenden Knick (46, 49) mit einem zur Behälterinnenseite geöffneten stumpfen (48, 50) Winkel aufweist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (45) ein Füllniveau oberhalb der ersten Umlenkeinrichtung (43) eingestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass während der Befüllung mit zunehmender Beladung die Drehzahl des Rührers (57) gesenkt wird.
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