A találmány hidromechanikus keverőberendezés porvagy szemcsés halmazállapotú anyagból és folyadékból álló keverék előállítására.
Az iparban gyakran van szükség por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagból és folyadékból álló keve- 5 rék előállítására. A keverési eljárásnak biztosítania kell, hogy a nagy fajlagos felületű szemcsék teljes felülete hidratálódjon. Az ilyen alkalmazások során a folyadékkal történő keverés gyakran a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag átalakulását is okozza, megváltoz- 10 nak annak kémiai és fizikai jellemzői. A keveredés és ezzel az átalakulás mértékét az adagolt víz mennyisége, valamint a keveréshez alkalmazott technológia határozza meg.
Az ilyen eljárásokban történő keverésnél a keverék 15 csővezetéken történő szállíthatósága, a fajlagos vízfelhasználás és a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag átalakulása szempontjából gyakran előnyös, ha a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagot tömegével közel megegyező mennyiségű folyadékkal keverik 20 össze, és így nagy sűrűségű, 1/2—2/1 szilárd/folyadék tömegarányú keveréket állítanak elő.
Ilyen alkalmazás például a szén- vagy olajtüzelésű erőműben keletkező szilárd fázisú tüzelési maradékból és vízből álló, 1/2-2/1 szilárd/folyadék tömegarányú 25 keverék, úgynevezett sűrű zagy előállítása. Sűrű zagy előállításakor azért fontos a minél jobb keveredés, mert kívánatos a pemyeszemcsékre tapadt, a pemyeszemcsék porózus részeibe rakódott kalcium-oxid (CaO)tartalmú részecskék teljes feloldódása. A nagy fajlagos 30 felületű tüzelési maradék úgynevezett puzzolános aktivitása révén önmagában egyáltalán nem, vagy csak kismértékben rendelkezik cementáló tulajdonsággal, nedvességjelenlétében és szokványos hőmérsékleten azonban a szilícium, vagy szilícium- és alumíniumtartalmú 35 tüzelési maradék anyagai a keveréssel kialakuló kalcium-hidroxiddal [Ca(OH)x) kémiai reakcióba lépnek, és a kémiai reakció következtében szilárd szerkezetűvé alakulnak át. Az intenzív keveredés gyors reakciósebességet biztosít. Ily módon a sűrű zagy a csővezetéken 40 történő elszállítás és deponálás után megszilárdul.
A megfelelő keverés által a megszilárdulás után nagy térfogat-sűrűségű, nagy nyomószilárdságú és kis vízáteresztő-képességi együtthatójú depónia jön létre.
A megfelelően kevert homogén sűrű zagy esetében a 45 keverékben nem maradnak feloldatlan kalcium-oxid (CaO)-részecskék, gáz- vagy légbuborékok, és nem folynak le helyi kémiai reakciók. Ezek ugyanis repedések kialakulásához vezetve csökkentik a depónia vízáteresztő képességét, ami által a depóniából káros anyagok oldód- 50 hatnak ki, és ezzel a depónia környezetszennyezés forrásává válhat.
A 0,001-0,1 mm-es szemcsetartományú por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag és folyadék összekeverésére léteznek úgynevezett hidromechanikus keverési 55 eljárások és keverőberendezések. A hidromechanikus keverőberendezések keverőterében nincs keverőmozgást végző eszköz. Ez a keverési eljárás azon alapszik, hogy egy meghatározott sebességgel áramló folyékony halmazállapotú anyag mozgási energiája önmagában is 60 elegendő a két komponens összekeverésére, amikor is a szilárd szemcséket tartalmazó ömlesztett porhalmazt dinamikusan ütköztetni kell a nagy mozgási energiával rendelkező, turbulensen áramló folyékony halmazállapotú anyag áramlásával. Az áramlásos ütköztetéssel a nagy fajlagos felületű porhalmaz szemcséire esik szét, és a szemcsék teljes felülete megnedvesedik, vagyis hidratálódik. A hidromechanikus keverőberendezésekkel a fenti anyagok esetében a mechanikus keverőberendezéseknél lényegesen jobb keveredést lehet elérni.
A hidromechanikus keverési eljárások gravitációs és/vagy nyomással előállított áramlások mozgási energiáját hasznosítják. Gravitációs áramlások esetén a folyékony és a szilárd fázis keveredése a gravitációs térben fixen beépített ütköző-terelő elemek segítségével történik, míg nyomással előállított áramlások alkalmazásakor a keveréshez szükséges energia a folyékony halmazállapotú anyag szivattyúzásával áll elő.
A172 922 lajstromszámú magyar szabadalmi leírásban gravitációs hidromechanikus keverőberendezést ismertetnek, amely a szakterületen „hidromix” néven vált ismertté, és sűrű zagy előállítására alkalmazzák.
A keverőberendezés vázlatos rajza az 1. ábrán látható.
A keverőberendezés 1 keverőterében 3 garaton b nyíl irányában gravitációsan bevezetett száraz, ömlesztett pemyeáram ütközik 10 bevezetőcsőből nyomás alatt érkező víz/salakzagy árammal. A keverék az 1 keverőtérben lévő kúpos 8 ütköztetőtesteken ütközve gravitációs áramlással az 1 keverőtér alsó részében lévő 2 tározó- t bán gyűlik össze. A keverék egy részét innen 6 szi- | vattyú szállítja el 7 csővezetéken át az ábrán nem jelölt I depóniába, másik részét pedig 4 cirkuláltatószivattyú i cirkulációs csővezetéken át visszajuttatja az 1 keverőtérbe azért, hogy ezáltal nagyobb mennyiségű mozgási t energia álljon a keveredés rendelkezésére. Az 1 keverő * terében lévő légtér lehetővé teszi, hogy a gáz/levegő bu- j borékok, illetve a keveredés során keletkező gázok a szilárd és folyékony fázis ütköztetése közben a keverékből kiváljanak és 9 szellőzőcsövön át a keverőberendezésből eltávozhassanak.
A172 922 lajstromszámú magyar szabadalmi leírásban ismertetett keverőberendezésnél tehát a keveredés különböző terelőelemekkel határolt keverőtérben felülről lefelé irányuló, a gravitáció hatására kialakuló örvénylő, turbulens áramlások mozgási energiájával valósul meg, ahol az örvénylő, turbulens áramlások a keverőtér térfogatának csak egy részét töltik meg.
A megoldás egyik hátránya, hogy a kis térfogatsűrűségű szilárd anyag és a folyadék gravitációsan ömlesztett halmaza nem rendelkezik az intenzív keveredés számára elegendő mozgási energiával. A gravitációs keverőtérrel rendelkező keverőberendezések ütköző-, terelőelemein gravitációsan átáramló keverék mozgási energiáját hagyományosan az áramló keverék mennyiségével növelik meg. így az intenzív keveredés érdekében nagy térfogatú keveiőtereket létesítenek, illetve növelik a cirkuláltatott keverék térfogatáramát, ami azonban költséges ke- »verőtartályokat és szerelvényeket tesz szükségessé.
A fenti megoldás további hátránya, hogy a szilárd és a folyékony halmazállapotú anyag ütközésekor a por2
HU 222 031 Β1 szemcsék egy része a keverőtérben lebegésbe kerül.
A lebegő porszemcsék ütköztetése a folyadékárammal nehezen biztosítható, és így a lebegő porszemcsék a keverőberendezés légterén keresztül a környezetbe távoznak, ezáltal a keverőberendezés a környezeti leve- 5 gőt szennyező forrássá válik
Találmányunk megalkotásakor azt tűztük ki célul, hogy olyan hidromechanikus keverőberendezést alkossunk por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagból és folyadékból álló keverék előállítására, amelyben költsé- 10 ges szerelvények nélkül, viszonylag kis méretű keverőtérben biztosítjuk az intenzív keveredéshez szükséges mozgási energiát, illetve amelyben biztosítjuk a keveredés közben kiváló lebegő porszemcsék keveredésben való részvételét. 15
A kitűzött célt olyan hidromechanikus keverőberendezéssel éljük el por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagból és folyadékból álló keverék előállítására, amelynek legalább egy keverőtere, a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagot a keverőtérbe bevezető ga- 20 ratja, a folyadék keverőtérbe történő bevezetésére szolgáló bevezetőcsöve, a keverék legalább egy részét a keverőtérbe visszavezető cirkuláltatóköre, és a keveréket elvezető csővezetéken át szállító szivattyúja van. A találmány szerint a hidromechanikus keverőberendezést 25 az jellemzi, hogy egymás alatt elrendezett felső és alsó keverőtere, ezeket összekötő, a felső keverőtér keresztmetszeténél szűkebb keresztmetszetű átvezetőcsöve, valamint az alsó keverőtér alsó részében összegyűlt keverék egyik részét a felső keverőtérbe szállító első cirku- 30 láltatóköre, és az alsó keverőtér alsó részében összegyűlt keverék egy másik részét az alsó keverőtérbe szállító második cirkuláltatóköre van.
A találmány szerinti kettős cirkuláltatással biztosítani tudjuk a keveredéshez szükséges mozgási energiát 35 anélkül, hogy nagy térfogatú keverőtartályokat kellene alkalmaznunk.
A találmány egy előnyös kiviteli alakjában az első cirkuláltatókörben lévő első cirkuláltató csővezetéknek a felső keverőtérbe nyúló vége keveréket kilövellő su- 40 gárcsövekre válik szét, amelyek a felső keverőtér tengelyére szimmetrikusan, keveréksugarakat az átvezetőcső átvezetőterébe irányítóan vannak elhelyezve, illetve az első cirkuláltatókörben lévő első cirkuláltatószivattyú által szállított keverékmennyiség úgy van megválaszt- 45 va, hogy a keveréksugarak az átvezetőcső teljes keresztmetszetét kitöltik. Az átvezetőcső teljes keresztmetszetét kitöltő keveréksugarakkal elérhetjük azt a szívóhatást, amely elősegíti, hogy a keveredés közben kialakuló lebegő porszemcsék az átvezetőcső irányába áramol- 50 va részt vegyenek a keveredésben.
Egy további előnyös kiviteli alakban a második cirkuláltatókörben lévő második cirkuláltató csővezeték vége a keveréket az alsó keverőtér felső részébe egy vagy több ponton, érintőirányban bevezetőén van elren- 55 dezve. Az érintőirányú bevezetéssel az alsó keverőtér falára lerakodott port egyszerű módon eltávolíthatjuk, illetve újabb ütköztetéses keveredést hozhatunk létre.
Különösen előnyös, ha az alsó keverőtérben az átvezetőcső alatt kúp alakú, vagy csúcsa felé emelkedő 60 meredekségű oldalfelülettel rendelkező ütköztetőtest van elhelyezve. Az ütköztetőtest a lefelé áramló keverék mozgási energiáját hasznosítva ütköztetéssel javítja a keveredés mértékét.
További előnyös kiviteli alakok szerint a felső keverőtér tengelyszunmetrikusan, lefelé szűkülően van kialakítva, a bevezetőcső érintőirányban van a felső keverőtér felső részébe csatlakoztatva, a garat a felső keverőtér tengelyének irányában van annak felső részébe csatlakoztatva, az elvezető csővezeték a második cirkuláltatókörre van csatlakoztatva, az alsó keverőtér pedig a benne lévő légnemű anyagok elvezetésére szolgáló szellőzőcsővel van ellátva.
A találmány példaképpeni előnyös kiviteli alakját a továbbiakban rajzok alapján ismertetjük, ahol az
1. ábra ismert keverőberendezés vázlatos rajza, a
2. ábra a találmány szerinti keverőberendezés előnyös kiviteli alakjának vázlatos rajza, a
3. ábra a 2. ábrán látható előnyös kiviteli alak A-A síkon vett keresztmetszete a nyilak irányába nézve, és a
4. ábra a 2. ábrán látható előnyös kiviteli alak B-B síkon vett keresztmetszete a nyilak irányába nézve.
A 2. ábrán látható keverőberendezésben a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag és a folyadék keveredése felső 11 keverőtérben, alsó 12 keverőtélben és azokat összekötő 14 átvezetőcső 13 átvezetőterében történik. Az ábrázolt kiviteli alakban a 11 és 12 keverőterek,; valamint a 13 átvezetőtér tengelyszimmetrikusan, közös tengellyel vannak kialakítva. A por- vagy szemcséshalmazállapotú anyag 15 garaton keresztül a b nyíl irányában ömlik a felső 11 keverőtérbe. A felső 11 keverőtér felső részébe továbbá érintőirányban 27 folyadéktartályból 25 szivattyúval szállított folyadék van 26 bevezetőcsövön keresztül bevezetve. Az érintőirányú bevezetés azért előnyös, mert a beáramló folyadék lemossa a felső 11 keverőtér belső palástjára rakódott port.
Az alsó 12 keverőtérben a 14 átvezetőcső alatt 16 ütköztetőtest van elhelyezve. A 16 ütköztetőtest az ábrázolt kiviteli alakban kúp alakú, de kialakítható csúcsa felé növekvő meredekségű oldalfelülettel is. A 12 keverőtér rendelkezik továbbá a benne lévő légnemű anyagok elvezetésére szolgáló 17 szellőzőcsővel.
Az alsó 12 keverőtér alsó részében összegyűlt keverék egyik részét első 21 cirkuláltató csővezetéken keresztül első 18 cirkuláltatószivattyú szállítja a felső 11 keverőtérbe, a keverék egy másik részét pedig második 22 cirkuláltató csővezetéken keresztül második 19 cirkuláltatószivattyú szállítja az alsó 12 keverőtér felső részébe. A cirkuláltatott keverék egy részét a második cirkuláltatókörre a második 19 cirkuláltatószivattyú után csatlakoztatott 23 elvezető csővezetéken keresztül 20 szivattyú szállítja el. Egy előnyös kiviteli alakban az első cirkuláltatókör a 20 szivattyú által elszállított mennyiség körülbelül ötszörösét, a második cirkuláltatókör pedig két-háromszorosát szállítja.
Az első 21 cirkuláltató csővezetéknek a felső 11 keverőtérbe nyúló vége a 3. ábrán látható módon négy, keveréket kilövellő 24 sugárcsőre válik szét, amelyek a
HU 222 031 Bl felső 11 keverőtér tengelyére szimmetrikusan úgy vannak elhelyezve, hogy keveréksugaraikat a 14 átvezetőcső 13 átvezetőterébe irányítják. Ez a sugárcső-elrendezés közrefogja a 15 garaton keresztül beömlő porvagy szemcsés halmazállapotú anyagot. így a felső 5 11 keverőtérben a 24 sugárcsöveken keresztül érkező, nagy mozgási energiával rendelkező keveréksugarak, a 26 bevezetőcsövőn keresztül érkező, a keveréshez pontosan meghatározott mennyiségű folyadék és a gravitációsan beömlő szilárd fázis nagy intenzitású keveredő- 10 sét érjük el. A 24 sugárcsövek átmérője egy előnyös kiviteli alakban 30-50 mm.
Előnyösen az első cirkuláltatókörben lévő első 18 cirkuláltatószivattyú által szállított keverékmennyiség úgy van megválasztva, hogy a keveréksugarak a 15 átvezetőcső teljes keresztmetszetét kitöltik. Ily módon a felső 11 keverőtérben a keveréksugarakkal szívóhatást fejtünk ki, amivel elősegítjük, hogy a por- vagy szemcsés halmazállapotú anyagból kiváló lebegő porszemcsék a keveréksugarak irányába mozduljanak el, 20 és így a keverékárammal összekeveredjenek.
A felső 11 keverőtérben olyan mértékű szívást kell ; előállítani, hogy az ömlesztett por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag és a cirkuláltatott keveréksugarak ütközése után lebegésben maradt porszemcséket a szívás a 25 keveréksugarakhoz irányítsa. Megfelelő szívóhatást érünk el az ábrázolt előnyös kiviteli alakban, ha a 13 átvezetőtérben a keverék áramlási sebessége 6-8 m/s között van. Szívóhatás nélkül a lebegő, keveréksugarakkal nem keveredő porszemcsék a keverőberendezés belső fe- 30 lületére tapadnak, fokozatosan eltömik a légteret és a keverőtérbe vezető 15 garatot. Az ábrázolt előnyös kiviteli alakban a szívóhatást all keverőtér lefelé szűkülő tölcséralakja is elősegíti. Az így létrehozott szívóhatás a tölcsér alakú 11 keverőtér légterét, a légtérbe torkolló 35 garatot és a 26 bevezetőcsövet szívás alatt tartja.
All keverőtér alsó részében az ütköztetés és a szívóhatás révén már igen jó keveredést érünk el. A 14 átvezetőcsövön átáramló ütköztetett keverék azonban még jelentős mozgási energiával rendelkezik, amelyet 40 a jobb keveredés és a keverékben lévő gáz és levegő eltávolítása érdekében még hasznosítani lehet. Ezt a mozgási energiát a 14 átvezetőcső alatt lévő, gravitációs légtérrel rendelkező alsó 12 keverőtérben hasznosítjuk oly módon, hogy a 14 átvezetőcsövön keresztül lefelé 45 áramló keverék a 16 ütköztetőtest felületén ütközve intenzív keveredés közben elveszíti mozgási energiáját, a keverőtér felső részében szétcsapódik, és gravitációs áramlással jut az alsó 12 keverőtérbe.
A második 22 cirkuláltató csővezeték az alsó 12 ke- 50 verőtér felső részébe a 4. ábrán látható módon érintőirányban van bevezetve. Az érintőirányban bevezetett keverékáramlás elősegíti a nagyobb szemcsék aprózódását, és az általa létrejövő centrifugális erő hatására a keverékben lévő gáz- és légbuborékok eltávoznak. Eh- 55 hez természetesen szükséges a gravitációs erőtér biztosítása, illetve az eltávozó gázoknak és/vagy levegőnek a keverőtérből történő elvezetése.
A találmány szerinti keverőberendezésben az alsó 12 keverőtér felső részében újabb intenzív keveredést 60 érünk el oly módon, hogy a 16 ütköztetőtestről szétcsapódó keverék egy része ütközik a 12 keverőtér belső palástján körben mozgó keverékáramlással.
A találmány szerinti keverőberendezést por- vagy szemcsés halmazállapotú anyag és folyadék összekeverésére ismertettük. A keverőberendezés előnyösen alkalmazható sűrű zagy előállítására, amikor is viszonylag kis keverőtérben, a környezet szennyezése nélkül biztosítjuk salak és/vagy pernye, valamint a víz vagy híg salakzagy intenzív keveredését.