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Verfahren und Vorrichtung zum Weiterleiten eines Schlammes hoher
Dichte Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zum Weiterleiten
eines größere Festtellchen enthaltenden Schlammes hoher Dichte aus einem Absetzbehälter
in einem Rohrsystem; weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
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Die Erfindung ist insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, bei
Suspensionen mit verhältnismäßig großen Festteilchen anwendbar, welche eine dementsprechend
hohe Absetzgeschwindigkeit haben; diese Grobschlämme können in einem Absetzbehälter
beispielsweise durch Rühren in Suspension gehalten werden, setzen sich jedoch schnell
ab, wenn die Bewegung eingestellt wird; beispielsweise ist dies bei einer Suspension
von groben Salzkristallen in einem Absetzbehälter der Fall, wo die Suspension durch
Kristallisieren des Salzes aus einer gesättigten oder übersättigten Sole gebildet
worden ist.
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Für Kontrollzwecke ist es oft wünschenswert, derartige Suspensionen
aus dem Absetzbehälter durch eine Rohrleitung abzuleiten; es stößt hierbei auf Schwierigkeiten,
die Rohrleitung und besonders deren Ventile vor Verstopfungen durch die sich schnell
absetzenden Festteile zu schützen, wenn der Abfluß unterbrochen wird. Es ist zwar
bekannt, das Ablaufende des Absetzbehälters durch Aufgabe einer Flüssigkeit oberhalb
des Abflußventils freizuspülen, jedoch ist dieses Verfahren nicht geeignet, die
Festteilchen im unteren Teil des Absetzbehälters ständig im Schwebezustand zu halten,
wenn das Ablaufventil intermittierend geschlossen wird; auch ist es bei sich schnell
absetzenden Schlämmen durch das Freispülen allein keine Möglichkeit gegeben, ein
erneutes Absetzen des Schlammes zu verhindern, wenn letzterer über größere Entfernungen
transportiert werden soll.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt daher die Aufgabe zugrunde,
diesen Nachteil zu beseitigen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine inerte
Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, ein Absetzen des Schlammes
zu verhindern, oberhalb des Abflußventils dem Absetzbehälter zugeführt wird, so
daß bei geschlossenem Abflußventil der Schlamm gerade in Bewegung gehalten, bei
geöffnetem Abflußventil der Abfluß des Schlammes jedoch nicht behindert und der
sich hinter dem Abfinßventil erneut absetzende Schlamm pumpfähig gemacht wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden nicht nur Verstopfungen
des Abflußventils zu jedem Zeitpunkt wirksam verhindert, sondern der Schlamm wird
auch über weite Entfernungen pumpfähig gemacht, wobei sogar nur ein Minimum an inerter
Flüssigkeit benötigt wird.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßenVerfahrens verwendbare
Vorrichtung mit einem unterhalb des Bodens des Absetzbehälters angeordneten und
intermittierend betätigbaren Abflußventil und einer flüssigkeitsleitung zwischen
dem Absetzbehälterboden und dem Abflußventil ist erfindungsgemäß so ausgebildet,
daß unterhalb des Abflußventils ein Trichter mit etwa waagerechter Abflußleitung
und einem waagerechten Rohr für die Verdünnungsflüssigkeit angeordnet ist; dieses
Rohr kann mit dem Überlauf des Absetzbehälters verbunden sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt; es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Absetzbehälter in vergrößertem Maßstab und Fig.
3 einen Schnitt nach Linie III-III von Fig. 2.
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Beim Kristallisieren eines Salzes, wie beispielsweise Kaliumchlorid,
aus einer heißen gesättigten Lösung wird die Lösung abgekühlt und in bekannter Weise
in einem Verdampfer, welcher bei 10 nur teilweise angedeutet ist, konzentriert.
Die entstehende gesättigte oder übersättigte Lösung wird einem verhältnismäßig
großen,
im allgemeinen zylindrischen Absetzbehälter zugeführt, worin die Kristallisation
erfolgt.
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Obgleich die Lösung andere gelöste Stoffe, beispielsweise Natriumchlorid,
enthalten kann, wird die Konzentration bei derartigen weiteren gelösten Stoffen
im allgemeinen unterhalb des Sättigungsgrades gehalten, so daß sich nur das gewünschte
Erzeugnis abscheidet. Die in dem unteren Teil des Absetzbehälters 20 sich bildenden
Salzkristalle werden als Prüfschicht durch die Bewegung der eintretenden Sole in
Suspension gehalten, welche axial durch das abwärts gerichtete Rohr 12 direkt gegen
den etwas konischen Boden 21 des Behälters geleitet wird. Bei der Durchführung wachsen
die Kristalle allmählich in der Größe bis zu ihrer Abscheidung, wobei sie einen
dicken Schlamm bilden, welcher schwierig zu handhaben, insbesondere weiterzuleiten
ist.
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Die Lösung ist im oberen Teil des SuSpensionsbehälters verhältnismäßig
ruhig und ermöglicht das Absetzen der Kristalle in dem Maße, wie Lösung im Behälter
steigt. Durch eine Leitung 22 wird vom Behälter 20 fast klare Lösung abgeleitet
und durch die teberlaufleitung 24 zur Pumpe 26 gefördert. Die von einem Motor 27
angetriebene Pumpe 26 hält einen relativ hohen und im wesentlichen gleichmäßigen
Druck in der Rücklaufleitung 28 aufrecht, durch welche der größte Teil der Lösung
als zurückgeführte Mutterlauge in das System zurückgeleitet wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Salzkristallschlamm
am Boden des Absetzbehälters 20 durch die Abflußleitung 30 abgezogen. Diese Abflußleitung
führt in der Nähe des äußeren Randes des Behälterbodens 21 vertikal nach unten,
wo die Schlammdichte nahezu ihren Höchstwert hat. Der Abfluß wird durch ein Dosierventil
34, welches ein druckluftbetriebenes Pfropfenventil sein kann, in der Weise gesteuert,
daß im Absetzbehälter die gewünschte Schlammdichte aufrechterhalten werden kann.
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Im geöffneten Zustand des Abflußventils 34 ist die Ventilöffnung
weit genug, um ein Verstopfen durch die Kristalle oder durch gelegentliche Klumpen
von Kristallen, von denen einige ziemlich groß sein können, zu vermeiden. Die Fließgeschwindigkeit
bei geöffnetem Ventil ist daher normalerweise viel größer als die gewünschte Durchschnittsgeschwindigkeit
der Schlammabscheidung. Infolgedessen wird das Abflußventil 34 oft bis zu 80 mio
der gesamten Betriebsdauer der Anlage geschlossen gehalten. Das Ventil kann von
Hand, jedoch vorzugsweise mit automatischer Zeitkontrolle geregelt werden. Die Dauer
eines Arbeitszyklus kann von Hand, beispielsweise entsprechend der vorhandenen Schlammdichte,
variiert werden. Ein zweckmäßig automatisch arbeitendes Zeitkontrollgerät 36 ist
mit dem Abflußventil 34 durch eine Druckluftleitung 37 verbunden und veranlaßt eine
periodische Öffnung des Ventils; so sind z. B. bei Verwendung des obigen Schlammes
vier Arbeitszyklen je Minute ausreichend, um einen steten Abfluß zu gewährleisten.
Das Verhältnis der Öffnungs- zur Schließdauer des Ventils 34 ist im allgemeinen
etwa 1: 4 und vorzugsweise veränderlich, um die Abscheidung des dicken Schlammes
mit einer solchen Durchschnittsgeschwindigkeit zu ermöglichen, daß die Schlammdichte
in dem Suspensionskessel 20 den gewünschten Wert beibehält.
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Der abfließende Schlamm gelangt durch den Rohrstutzen 32 in einen
trichterförmigen Behälter 40. Unter dem Ablaßende ist ein Klumpen zurückhaltender
Korb
42 mit einer Maschenweite vorgesehen, die groß genug ist, alle Festteilchen
des Schlammes mit Ausnahme sehr großer Stücke durchzulassen, welche eine Verstopfung
der übrigen Teile des Systems verursachen könnten. Der Behälter 40 ist oben offen
und hat steil abfallende Wandungen von konischer oder pyramidaler Form, welche zu
einem mittigen Ablaß am Boden führen. Die Wandung 43, auf welche der Schlamm auftrifft,
kann vorzugsweise einen Neigungswinkel von etwa 60° mit der Horizontalen haben,
so daß die aufprallenden Kristalle abwärts gleiten, ohne an der Aufbaustelle »zusammenzubacken«.
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Aus dem Behälter 40 führt ein waagerechtes Ablaßrohr50 unmittelbar
zum Einlaß einer Förderpumpe 51, welche durch einen Motor 52 angetrieben wird und
den Schlamm über eine Leitung 54 der jeweils gewünschten Bestimmung, wie einem Filter
oder einer Zentrifuge 55 zum Abtrennen der Kristalle aus der suspendierten Flüssigkeit,
zuführt. Die Zentrifuge 55 leitet die Salzkristalle zu einer Abscheidestelle 56
und die suspendierende Lösung über eine Leitung 59 zurück, welche beispielsweise
mit dem Einlaß der Rückförderpumpe 26 so verbunden sein kann, daß die Lösung über
die Leitung 28 in das System zurückgeleitet wird.
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Im Behälter 40 kann der sich erneut absetzende Schlamm mit einem
Flüssigkeitsstrahl weiterbewegt werden. Dieser zu Verdünnungszwecken verwendete
Strahl wird durch eine Leitung 60 erzeugt, die weit in das Ende des Trichters 40
hineinragt. Der Strahl zerstört Ansammlungen von Festteilchen am Ablaufende des
Trichters 40 und verhindert Verstopfungen der Leitung 50 bis zur Pumpe 51 während
des geöffneten Kreislaufventils. Der Strahl hält auch die Flüssigkeitsbewegung in
der Pumpe aufrecht und verhindert einen Luftverschluß während des Pumpens, wenn
das Abflußventil 34 geschlossen ist.
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Der Flüssigkeitsstrahl wird durch das waagerecht axial in das Rohr
50 einmündende Rohr 60 geleitet, welches einen kleineren Durchmesser als das Rohr
50 hat. Die Spitze des Trichters 40 kann aus der unteren Hälfte 62 des Abflußrohres
50 bestehen. Der freie Rand 64 des Rohres 60 weist einen Abstand vom Mundstück 65
der Leitung 50 auf und richtet den Strahl unmittelbar in letztere. Gegebenenfalls
kann eine verengte Strahldüse am freien Rand 64 der Leitun 60 vorgesehen sein; es
wird gewöhnlich jedoch eine genügend starke Strahlwirkung ohne entsprechende Düse
erreichbar sein.
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Wenn die Festteilchen des Schlammes aus zu gewinnenden Salzkristallen
bestehen, so wird die Verdünnungsflüssigkeit vorzugsweise aus einer in bezug auf
sie gesättigte Lösung bestehen. Eine derartige Lösung kann z. B. über die Rückführung
28 erhalten werden, in welcher ein Druck von z. B. 1,40 bis 2,10 kg/cm2 durch die
Rückführpumpe 26 aufrechterhalten wird. Ein Verbindungsrohr 68 ist zu diesem Zweck
mit einem Regelventil 69 zur Dosierung der klaren Lösung für das Strahlrohr versehen.
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Die wirksamste Strömungsgeschwindigkeit am Rand 64 des Rohres 60
hängt von vielen Faktoren ab, z. B. von den Abmessungen und der besonderen Anordnung
der Gesamtlage und der Eigenart des Schlammes.
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Zur Veranschaulichung sei nachfolgend ein System mit folgenden Merkmalen
beschrieben: Das Abflußventil 34 fördert im geöffneten Zustand den Schlamm mit etwa
950 1/Min. Das Zeitkontrollgerät 36 steuert über das Abflußventil 34 einen Arbeitsgang,
welcher
mindestens auf ein Verhältnis der Öffnungs- zur Schließdauer zwischen 1: 5 für einen
sehr dicken Schlamm und von 3: 5 für einen verhältnismäßig dünnen Schlamm einstellbar
ist. Auf diese Art wird eine Durchschnittsgeschwindigkeit der Schlammförderung von
etwa 190 bis 5701/Min. erreicht. Die Pumpe 51 hat eine Kapazität, die im wesentlichen
der Fördergeschwindigkeit bei offenem Ventil oder 9501/Min. entspricht. Der Strahl
am Rand 64 wird kontinuierlich mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa einem
Drittel der Pumpenkapazität oder etwa 315 1/Min. erzeugt. Der Schlamm neigt dazu,
sich im Trichter 40 während des geöffneten Ventils 34 anzusammeln, und wird mit
Hilfe des Strahls während des geschlossenen Ventils wirksam abgeleitet. Die durch
das intermittierend betätigte Abflußventil 34 bedingte absatzweise Ansammlung des
Schlammes im Trichter 40 wird so in eine verhältnismäßig gleich förmige Förderung
des verdünnten Schlammes durch die Pumpe 51 umgewandelt.
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Bei geschlossenem Ventil neigen die im Abflußrohr 30 suspendierten
Festteilchen dazu, sich an der Ventilfläche abzusetzen, besonders dann, wenn ein
Arbeitszyklus verhältnismäßig lange Schließzeiten enthält. Um dem abzuhelfen, wird
die Flüssigkeit durch eine Leitung 57 in das Abflußrohr 30 an einer Stelle zwischen
dem Behälter 20 und dem Abflußventil 34 mit solcher Geschwindigkeit hineingepumpt,
daß der Schlamm im Rohr zum Absetzbehälter 20 zurückgespült wird. Es ist zweckmäßig,
eine Reinigungsflüssigkeit kontinuierlich in das Abflußrohr 30 mit einer Geschwindigkeit
einzuleiten, welche diese Spülwirkung ermöglicht, ohne den Abwärtsfluß des Schlammes
bei geöffnetem Ventil 34 nennenswert zu beeinflussen. Daher ist es nicht notwendig,
Mittel für die Unterbrechung des Zuflusses der Reinigungsflüssigkeit vorzusehen.
Es ist daher vorzuziehen, diesen Zufluß oder Strom während der beiden offenen und
geschlossenen Perioden des Ventils 34 aufrechtzuerhalten, da die entstehende Verdünnung
des Schlammes seine weitere Behandlung fördert und die Menge der erforderlichen
Verdünnungsflüssigkeit für das Rohr 60 verringert Die Reinigungsflüssigkeit ist
mit Salz gesättigt, das im Absetzbehälter 20 kristallisiert, und wird zweckmäßig
unmittelbar aus der Rückleitung 28 entnommen, in welcher der Druck normalerweise
über dem hydrostatischen Druck am Boden des Behälters 20 liegt. Im Rohr 57 kann
ein Ventil 58 zur Handsteuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit
vorgesehen sein.
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Unter Berücksichtigung der größten normalerweise im Schlamm vorhandenen
Kristalle und einer Absetz geschwindigkeit von etwa 12,2 cm/Sek. und wenn das Abflußrohr
30 einen Innendurchmesser von etwa 10,2 cm hat, so sind etwa 76 1 Reinigungsflüssigkeit
je Minute ausreichend, um ein Absetzen dieser Kristalle in der Leitung bei geschlossenem
Ventil 34 zu verhindern; diese Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt jedoch den schnell
bewegten Schlamm im Behälter 20 nur unwesentlich, der einen Durchmesser von 3 bis
6 m haben kann; auch bei offenem Ventil 34 wird der Abfluß des Schlammes mit einer
Geschwindigkeit von etwa 950 1/Min. nicht nennenswert beeinträchtigt.
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Das folgende Beispiel veranschaulicht die durch die Vorrichtung erreichte
Wirtschaftlichkeit. Es sollen aus einem Absetzbehälter 20 mit ungefähr 5,5 m Durchmesser
etwa 190 1/Min. eines Schlammes hoher Dichte entfernt werden, welcher aus etwa 90
Volumprozent
Kaliumchloridkristallen einer Größe besteht, welche überwiegend durch
ein Sieb mit zwischen 8 und 20 Maschen hindurchgehen und in einer im wesentlichen
mit Kalium- und Natriumchlorid gesättigten Lösung suspendiert sind. Der Schlamm
soll zu einer mehrere hundert Meter vom Absetzbehälter entfernten Stelle geleitet
werden. Ein bekanntes Schlammableitungssystem des schleifenförmigen Typs erfordert
ein Pumpen von 1325 1/Min. des schweren Schlammes durch eine 10,2-cm-Leitung gegen
einen Wasserdruck von etwa 55 m. Der Energieaufwand für ein derartiges System betrug
etwa 60 PS. Demgegenüber werden 190 1 Schlamm je Minute der gleichen Dichte mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das Abflußventil 34 in den Trichter 40 geleitet
und durch die Reinigungsflüssigkeit aus der Leitung 60 mit dem freien Rand 64 mit
etwa 570 1/Min. verdünnt. Dieser verdünnte Schlamm wird dieselbe Strecke durch eine
7,6-cm-Leitung bei nur etwa 25 m Wasserdruck geleitet, was etwa 15 PS erfordert.
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Beim bekannten Schleifensystem war es schwierig, die erforderlichen
190 1 Schlamm je Minute vom Ende der Schleife abzuziehen, da der zum Fortführen
des Schlammes durch die Schleife entwickelte hohe Druck es notwendig macht, eine
kleine Auslaßöffnung zu verwenden, welche wiederholt verstopft wurde. Es mußte eine
große Wassermenge dem System bei dem Verfahren zum Reinigen dieser Öffnung zugesetzt
werden, was die Wirkung der Gesamtanlage stark herabsetzte.
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Mit dem erfindungsgemäßen System konnte das Abflußventil 34 leicht
unter allen normalen Arbeitsbedingungen durch Verwendung einer so geringen Menge
Reinigungsflüssigkeit saubergehalten werden, daß sie auf das System als Ganzes keine
nennenswerte Wirkung hatte. Die zum Verdünnen des Schlammes zur Erleichterung seiner
Behandlung angewendete Lösung kann leicht in das System zurückgeleitet werden und
stört infolgedessen die Arbeitsweise des Systems als Ganzes nicht.