JP2011514946A - 固体、液体、蒸気および気体を同時に移送するための汚泥反応ポンプ - Google Patents

Abstract

記載されるのは高温の蒸発する液体、固体および気体を共通の移送流で移送するための移送機構であって、この移送機構は損失動力によって回路の加熱も可能とし、キャビテーションと軸受およびシールの汚れとを制御し、高い寿命を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明の課題は、反応性固体と液体とから成る混合物を、化学反応時、特に触媒反応時、その際に発生する蒸気および気体と一緒に、反応中に移送することである。

反応技術の方から、容器内の主として不連続反応を可能とする攪拌装置が知られている。内容物は反応終了後にはじめて移送され、その場合、公知ポンプシステムでのポンプ排出を可能とする均一な液体状態が達成されている。

反応中、反応混合物は循環させることができない。そのことから連続的反応管理が不可能となる。それゆえに本発明の目的は、このような反応混合物を反応中に循環させ、移送システム内での良好な混合を反応促進に利用し、こうして反応設備の小型化に利用することである。前面にあるのは良好な効率の達成でなく、反応温度にまで移送液体を加熱することに損失エネルギーを利用することである。

公知ポンプシステムは、一方で気体および蒸気と他方で固体含有液体とから成る発生する反応混合物を移送するのに適していない。半径流羽根車ポンプは反応時に発生する気体および蒸気に対してごく危機的に反応する。反応時に生じる蒸気は密度が低いので羽根車の中心に集まり、そこにキャビテーションを生じ、移送の途切れを生じる。それと結び付いた不十分なＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）値、すなわち許容外のキャビテーションの発生がポンプの破壊をもたらす。

反応混合物を吸い込むのに不可欠な負圧は、半径流羽根車を備えた通常のポンプでは、反応性混合物が化学設備内に有する領域の外側で僅かな範囲内で可能であるにすぎない。再生ポンプはそれ自体で吸入することができる。しかし、可能な負圧は反応混合物にとって十分でない。隙間が狭いので、一緒に移送される固体が流路を閉塞する。そもそも移送が行われるとしても、公知の移送機構の寿命は短い。

入口で大きな負圧を生成する形式のポンプは液封真空ポンプである。しかし液封真空ポンプは液体および固体の輸送には適しておらず、予定されてもいない。このポンプは気体および蒸気を吸入することができるが、しかし液体および固体を移送することはできない。それゆえに、この形式のポンプを液体および固体の移送用にも仕上げ、こうして本発明の課題を解決する可能性が探られた。

意外なことにこのための解決が見出された。本発明によればこの課題は、液封真空ポンプを半径流ポンプの特性と組合せることによって解決された。こうして、半径流ポンプの液体移送と液封真空ポンプの気体移送とを統合し、それに加えて流路の特殊構成によって固体の移送を可能とする新規形式のポンプが創成された。この研究から意外なことに機能的発見が得られた。両方のシステムを組合せてはじめて、反応時に発生する気体および蒸気を液体から分離し、両方の凝集状態を問題なく移送することが可能となる。

気体および蒸気の分離は、翼羽根車の遠心力によって気体および蒸気を内方に分離して移送する液封真空ポンプの原理で行われる。周辺での固体物質および液体物質の移送は制御ディスクの案内システムによって行われ、制御ディスクは周辺にあるこれらの物質を軸線方向で搬送し、こうして常に新鮮な固体物質および液体物質が継続移送される。

羽根車の両側に配置される制御ディスクがポンプ室を限定している。羽根車と制御ディスクは偏心に配置されている。これにより、吸入段階の間または気体を一緒に移送するとき、異なる距離で羽根車ハブに当接する液体リングが生成する。偏心のゆえに拡大縮小する気体充填室が生成する。この運転状態において汚泥反応ポンプは気体および蒸気を一緒に移送するのに十分適している。

ハブから液体リング最大距離の領域にある吸込スリットを通して液体／蒸気混合物は吸入される。密度が異なるので反応気体はハブ領域に集まり、ハブから液体リング最小距離の領域にある吐出スリットを介して吐き出される。

羽根車の半径流成分を介して液体は気相から分離され、ケーシング外径部にあるスリットまたは穴の態様の開口部を介してケーシング最高圧力領域で導出され、もしくは案内機構を介して後続段に移送される。液体を方向転換させるために吐出口の前に案内羽根が配置されている。液体の移送は適度な効率でのみ可能である。これによって発生する損失動力は移送媒体にエネルギーを供給するのに役立つ。

液封真空ポンプにおけるようなケーシングと羽根車との間の狭い軸線方向隙間は必要でない。なぜならば、液体リングは本発明によれば密閉室内で安定させる必要がなく、必要なら後段に設けられる案内機構でもって、ケーシング最高圧力領域に配置される軸線方向吐出口を得ることになるからである。吐出口のこの構成により、固体の粉砕と同時に移送媒体に対する剪断作用が可能となる。

圧側吐出口を流れる液体は案内機構内で方向転換され、後続段に供給され、もしくは単段機の場合バイパスとして利用される。こうして、一層迅速な反応経過のため媒体の一層長い滞留時間と摩擦による付加的エネルギー入力とによって混合改善が得られる。

これにより、液体リングは、または固液リングも、絶えず交換され、固体と液体とから成る混合物の新規流入によって後続段もしくは移送管路に押し込まれることが可能となる。この運転様式では液体リングと併流する移送媒体との間で集中的混合が生じる。

大きな吸入圧力を発生し、気体および蒸気を真空ポンプにおけるように中央で移送し、それにもかかわらず半径流羽根車原理によって液固混合物、汚泥を同時に反応状態で高い温度においてポンプによって一緒に移送するという液封真空ポンプの能力が得られる。

こうして、本発明に係る実施において実施される案内断面および穴の寸法は同時に固液混合物のポンプ移送領域を決定する。他の利点はポンプの回転方向反転によって設備を浄化する可能性にある。回転方向に左右されない複動メカニカルシールが軸封装置として利用され、このメカニカルシールはポンプ側シールと大気側シールとの間で好適な液体、例えば油を密封媒体として作動される。

封液はポンプ側シールに比べて僅かな超過圧で補助ポンプを介して循環させられる。本発明によれば、封液が潤滑と冷却とに同時に利用されるように、内側シールと外側シールとの間にポンプ軸受が配置されている。メカニカルシールおよびポンプ軸受の温度を許容範囲内に抑えるために、回路中に熱交換器が設けられている。

内側シールに比べて封液の圧力が高いことで、汚泥に紛れ込んだ例えば金属、ガラス、石等の研磨性固体粒子が密封間隙、軸受および軸から遠ざけられることは防止される。以上述べた応用を超えて、段の間のバイパス管中に配置されるループ混合器内で付加的混合を達成することができる（図９）。

以下の図が本発明を説明する。

本発明に係るポンプの前部を横断面図で示す。 システムの細部を示す。 第１段にある中間ディスク部分を示す。 中間ディスクの別の半分を示す。 中間ディスクと気体入口および気体出口とを示す。 移送機構の結果を示す。 ２つの反応室を有する本発明に係る汚泥反応ポンプの実施形態を示す。 電気モータで作動される汚泥反応ポンプの総組立体としての統合を示す。 ループ反応器を示す。 本発明の１実施例を示す。

図１〜図５は本発明に係る汚泥反応ポンプを横断面図で示す。図１はポンプ吸入口と結合されたポンプ前部を横断面図で示す。符号１がケーシングである。羽根車２は、回転方向に見て後方に傾いた羽根リングを有する。符号３とした軸は軸受とケーシング１に対する隔壁４とに摩擦式および嵌合式に結合されている。

符号５はポンプを排出するための吐出口である。穴８を介して液体リングは後続段用の混合物入口６を有する後続段と結合されている。これにより、遠心力で外周面に形成される液固リングは両方の段の間の中間壁を介して外から内へと、内側にある混合物入口６内に達する。第１室内で内側に集まる気体は気体出口７から後続段内に達する。

液体は第１段に流入後に遠心力によって外方に液体リング内に移送され、穴および流路を介して外から内へと移送され、中心で後続段に移送される。内側に集まる気体成分は段毎に方向転換されるのでなく、軸線方向で段から段へと移送される。図２はこのシステムの細部を示す。この図は段１と段２との間でその間に設けられた案内室内での液体輸送を示す。

案内室内にある案内機構９は外から内へと段の間を送られる液体および固体を流体工学的に後続段へと案内し、閉塞または流体工学的封鎖が現れることはない。中間ディスクのみを示す図３においてそのことがなお一層強められる。図３は第１段にある中間ディスク部分のみを示しており、第１段からの液体出口が符号８として一緒に示してある。

図４には中間ディスクの別の半分が示してある。図５には気体入口と気体出口６も示してある。このような移送機構の結果を図６が示す。明らかとなるように、汚泥ポンプは確かにポンプ流入側に高い負圧を有するが、しかし比較的低い吐出圧力を発生する。このことは固体との化学反応においてきわめて有利である。というのも固体は出口側のノズルを閉塞するであろうからである。しかし出口圧力がこのように低い場合ノズルを付加的に設けることは必須でない。というのもこの圧力差はノズルで付加的に絞ることなく通常の被制御弁によって制御することができるからである。

図７は２つの反応室を有する本発明に係る汚泥反応ポンプの実施形態を示す。符号は断面図の符号に一致している。図８は電気モータで作動されるこのような汚泥反応ポンプの総組立体としての統合を示す。符号１２は汚泥反応ポンプである。符号１３としたモータは電気モータまたは内燃エンジンまたは燃焼タービンとして形成されている。

符号１４としたファンは軸受冷却用、軸受潤滑用、および移送媒体から固体粒子が軸受に侵入するのを防止するための圧力シール用の循環油を再冷却する。符号１５は軸受潤滑の貯蔵容積用貯蔵容器である。符号１６は軸受潤滑の冷却兼潤滑回路用ポンプである。

汚泥反応ポンプの役目は吸い込まれた材料の混合および加熱であるので、さらなる混合のために吸込管路、吐出管路中に、この作用をさらに高めるループ反応器が設けられる。このループ反応器が図９に示してある。

特殊な１実施例で本発明が詳しく説明される。この実施例は図１０で詳しく説明される。汚泥反応ポンプが電気モータと結合されている。このユニットは消費電力が最高２００ｋＷ、平均１２０ｋＷ、長さが３．５ｍである。汚泥反応ポンプは振動ダンパを備えた受容板上に取付けられている。汚泥反応ポンプは長さが７９５ｍｍであり、８４０×１２００ｍｍのベース上に取付けられている。モータ側の吸入部と外側の超過圧管路との間の距離は７９５ｍｍである。超過圧側の圧力損失が図６の線図に示してある。

１ ケーシング
２ 羽根車
３ 軸
４ 隔壁
５ 排出部
６ 混合物入口
７ 気体出口
８ 液体出口
９ 案内機構
１０ 吐出ヘッド
１１ 吐出量
１２ 汚泥反応ポンプ
１３ モータ
１４ ファン
１５ 容器
１６ ポンプ
１７ ループ混合器

Claims (4)

1. 固体混合物、液体混合物、蒸発する混合物および気体混合物の混合物を移送するための汚泥反応ポンプにおいて、液封真空ポンプが半径流羽根車ポンプの特性と組合せられることを特徴とする汚泥反応ポンプ。
2. 段隔壁を形成することによって、第１段の周面の穴またはスリットと第２段の中央スリットとを通して、蒸発する液体と固体とを外から内へと移送するための隔壁の案内機構でもって、前記固体と前記蒸発する液体との移送が行われることを特徴とする、請求項１記載の汚泥反応ポンプ。
3. 冷却回路内の汚泥反応ポンプの吸込側および吐出側へと特殊な超過圧でもってポンプの両側で軸受とシールが行われることを特徴とする、請求項１記載の汚泥反応ポンプ。
4. 前記汚泥反応ポンプの片側または両側に、入口に、出口に、または両方に、ループ反応器が取付けられていることを特徴とする、請求項１記載の汚泥反応ポンプ。

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