DE4431872C1 - Anwendung von Ultraschall bei der Verfestigung von Schmelzen oder übersättigten Lösungen auf Förderbändern oder Aufnahmetrommeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verfestigung und/oder Aus­ scheidung von festen Stoffen, welche sich in einer Schmelze befinden oder als übersättigte Lösung vorliegen.

Vorrichtungen und Verfahren zum Kühlen und Verfestigen von Schmelzen oder übersättigten Lösungen sind seit langem bekannt. Hierbei wird die Schmelze und übersättigte Lösung auf eine möglichst gekühlte Aufnahmetrommel oder ein aufnehmendes Förder­ band aufgebracht so daß sich auf der Aufnahmetrommel oder auf dem Förderband die verfestigten Stoffe in Form einer Bahn ge­ eigneter Stärke abscheiden, wobei diese Bahn von verfestigten Stoffen dann in gegebenenfalls in Stücke von geeigneter Größe gebrochen werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Abgabe auf die Aufnahmetrommel oder das Förderband in portionierter Form, wobei sich Pastillen bilden, die leichter gehandhabt werden können. Ebenso ist es möglich die Abgabe auf die Aufnahmetrommel oder das Förderband in Form von Streifen durchzuführen, wobei dann Streifen des verfestigten Stoffes anfallen, die leicht auf geeignete Längen geschnitten werden können. Solche Verfahren und die dazu verwendeten Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE 29 41 802 C2, der DE 34 21 625 C2 und der DE 38 13 756 C1 beschrieben.

Ferner ist es bereits aus der US-A-3 513 212 und der EP-0 054 328 A1 bekannt, Ultraschall zur Initiierung und/oder Beschleuni­ gung von Kristallisationsvorgängen in Schmelzen oder Lösungen einzusetzen.

Bei den bekannten Verfahrensweisen zur Kristallisation und/oder Verfestigung von unterkühlten Schmelzen oder übersättigten Lösungen ist es aber ein Problem, eine solche Kristallisation oder Verfestigung zum exakt gewünschten und erforderlichen Zeitpunkt auf der Aufnahmetrommel oder dem aufnehmenden Förder­ band herbeizuführen oder eine ausreichend fortgeschrittene oder vollständige Kristallisation oder Verfestigung der abgegebenen Schmelze oder Lösung auf der Aufnahmetrommel oder dem aufnehmen­ den Förderband innerhalb kurzer Zeitspannen zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben ge­ nannten Nachteile zu vermeiden und es möglich zu machen, eine zeitlich und quantitativ exakt angepaßte Kristallisation oder Verfestigung der zu verarbeitenden, unterschiedlichen Schmelzen oder Lösungen zu erzielen.

Zur Lösung dient die erfindungsgemäße Anwendung, bei welcher das Verfahren zur Initiierung und/oder Beschleunigung und/oder Lenkung der Kristallbildung oder Feststoffabscheidung in unter­ kühlten Schmelzen oder übersättigten Lösungen von festen Stoffen durch Einwirkung von Ultraschall auf die unterkühlte Schmelze oder übersättigte Lösung vor der Abgabe auf ein Förderband einer Bandanlage oder bei der Aufnahme auf einem Förderband einer Bandanlage oder vor der Abgabe auf eine Aufnahmetrommel oder bei der Aufnahme auf einer Aufnahmetrommel angewandt wird.

Schmelzen oder Lösungen, bei denen die Erfindung angewandt werden kann, sind z. B. Lösungen von CaCl₂, MgCl₂ und Al₂(SO₄)₃ und Schmelzen von Wachs oder Schwefel. Die Schmelzen oder Lösungen können auch zusätzlich noch suspendierte Substanzen enthalten. Schmelzen oder Lösungen können auch Hehrkomponenten­ systeme sein. Die maximale Temperatur solcher Schmelzen oder Lösungen beträgt vorteilhafterweise 500°C, insbesondere 350°C.

Unter der hier verwendeten Angabe "vor der Abgabe auf ein Förderband einer Bandanlage oder auf eine Aufnahmetrommel" ist zu verstehen, daß der Ultraschall vor dem Austreten der unter­ kühlten Schmelze oder der übersättigten Lösung aus der bei einer solchen Bandanlage oder Trommelanlage immer vorhandenen Abgabe­ einrichtung auf die Schmelze oder Lösung einwirken gelassen wird, d. h. üblicherweise erst kurz vor ihrem Austritt in den zwischen Abgabeeinrichtung und Förderband oder Aufnahmetrommel immer vorhandenen Luftspalt.

Unter der hier verwendeten Angabe "bei der Aufnahme auf einem Förderband oder einer Aufnahmetrommel" ist zu verstehen, daß der Ultraschall auf das Förderband oder die Aufnahmetrommel einwirken gelassen wird. Dies kann z. B. mittels geeigneter Ankopplung von bekannten und handelsüblichen Ultraschallquellen an das Förderband oder die Aufnahmetrommel erfolgen. Ebenfalls ist es selbstverständlich, daß die Leistung solcher Ultraschall­ quellen an die vorhandene Leistung bzw. den Durchsatz der Schmelze oder Lösung sowie deren stoffliche Zusammensetzung angepaßt wird. Dies kann jedoch ohne besonderen Aufwand anhand von einfachen Vorversuchen ermittelt werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert, in der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung einer Verfestigungsanlage mit Förderband als Aufnahmeeinrichtung und Einwirkung des Ultraschalls auf die Schmelze bzw. Lösung;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Gesamtdarstellung, wobei jedoch nur ein Teilstrom der Schmelze oder Lösung der Einwirkung von Ultraschall unterworfen wird;

Fig. 3 eine Gesamtdarstellung einer Verfestigungsanlage mit Aufnahmetrommel als Aufnahmeeinrichtung und Einwir­ kung des Ultraschalls auf die Schmelze bzw. Lösung;

Fig. 4 eine detaillierte Darstellung der Einrichtung bei Einwirkung des Ultraschalls nur auf einen Teilstrom;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer in ein Rohrleitungssystem eingebauten Ultraschallquelle;

Fig. 6 eine Teilansicht zur Ankopplung der Ultraschall­ quelle an ein Förderband;

Fig. 7 eine schematische Darstellung mit mehrfacher Ein­ wirkung von Ultraschall;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Ultraschallquelle unter Anwendung eines Ultraschall­ reflektors;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit Einwirkung des Ultraschalls von mehreren Seiten.

In der Fig. 1 ist eine Gesamtanlage zur Kristallisation oder Verfestigung von festen Stoffen aus der Schmelze oder aus der Lösung gezeigt. Mit 1 ist ein heiz- und kühlbarer, zweckmäßiger­ weise mit einem Rührer versehener Behälter bezeichnet, in dem sich die Schmelze oder Lösung befindet, wobei die Schmelze in gewünschter Weise bereits hierin gekühlt werden kann. Mit 2 ist eine Regel- und Fördereinrichtung zur gesteuerten Abgabe aus dem Behälter 1 bezeichnet. Durch den Unterkühler 3 kann die Schmelze oder Lösung weiter auf die gewünschte und erforderliche Temperatur gebracht werden. Mit 4 ist die Einrichtung zur Ein­ wirkung von Ultraschall bezeichnet, wobei es sich hier um eine in einen Abschnitt der Verbindungsrohre 5 eingebaute, handels­ übliche Ultraschallquelle handeln kann. Solche Ultraschall­ quellen sind z. B. unter der Handelsbezeichnung "SONOPULS" mit unterschiedlichen Leistungen von mehreren Watt bis Kilowatt bekannt, wobei ihr Frequenzbereich unterschiedlich von mehreren Kilohertz bis mehreren hundert Kilohertz reichen kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage ist noch eine Rückführleitung 6 vorhanden, die dazu dient, vor der Abgabe von Schmelze oder Lösung auf das Förderband 8 Temperaturgleichgewichtzustände herbeiführen zu können.

Mittels der Abgabeeinrichtung 7 wird die Schmelze oder Lösung auf das Förderband 8 der Bandanlage A abgegeben, wobei dies bei einer bevorzugten Ausführungsform und bei entsprechender geeigneter Auslegung der Abgabeeinrichtung 7 in portionierter Weise oder in Form von Streifen oder Schichten erfolgen kann. Die Bandanlage A umfaßt die Führungs- und Bewegungswalzen 9, 9′ für das Förderband 8, die Abstreifeinrichtung 10 zum Abstreifen der auf dem Förderband 8 aufgebrachten und hierauf verfestigten Schmelze oder Lösung, eine Gegebenenfalls-Einrichtung zum Beschichten des Förderbandes 8 mit einem Antihaftmittel sowie die aus einer Wanne 11 für Kühlflüssigkeit, einer Kühleinrich­ tung 12 und einer Umpumpeinrichtung 13 bestehende Vorrichtung zum Kühlen des Förderbandes 8.

In der Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Gesamtanlage dargestellt, wobei hier jedoch nur ein Teilstrom der aus dem Behälter 1 kommenden Schmelze oder Lösung mit Ultraschall beauf­ schlagt wird. Hierzu ist zu der Leitung 5 eine Bypassleitung 14 vorhanden, in welcher der Kühler 3 und die Ultraschallquelle 4 angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung mit nur teilweiser Ultra­ schallbeaufschlagung der Schmelze oder Lösung ist es möglich eine noch exaktere Einstellung des Zeitpunktes oder des Ausmaßes der Kristallisation oder Verfestigung zu erreichen.

In der Fig. 3 ist eine der Fig. 1 entsprechende Gesamtanlage dargestellt, wobei hier jedoch eine Aufnahmetrommel anstelle der Bandanlage zur Aufnahme der aus der Abgabeeinrichtung 7 abgegebenen Schmelze oder Lösung eingesetzt wird. Die Bedeutung der Bezugsziffern im übrigen derjenigen von Fig. 1 bzw. 2 ent­ spricht. Die Aufnahmetrommel 15 nimmt in diesem Fall die Schmelze oder Lösung auf und wird im übrigen durch eine der Fig. 1 entsprechende Vorrichtung gekühlt. Auch im Fall einer Auf­ nahmetrommel wäre es selbstverständlich möglich nur einen Teil­ strom mit Ultraschall, wie in Fig. 2 gezeigt, zu beaufschlagen.

Die Fig. 4 zeigt mehr im Einzelnen die Anordnung einer Bypass­ strecke, um nur einen Teilstrom mit Ultraschall zu beauf­ schlagen. Die Ultraschallquelle ist wieder mit 4 bezeichnet, strömungsaufwärts vor dieser ist eine Unterkühlungsstrecke 16 angeordnet, welche dem Unterkühler 3 von Fig. 1 entspricht. Ferner umfaßt die gezeigte Anordnung noch die Ventile 17, 17′ und 17′′.

Die Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht mit einer in das nicht dargestellte Rohrleitungssystem mittels eines Krümmers 17, ins­ besondere eines Glaskrümmers, eingebauten Ultraschallquelle 4. Mit 18 und 19 sind der Verbindungsflansch bzw. das Verbindungs­ stück der Ultraschallquelle 4 bezeichnet.

Die Fig. 6 zeigt die Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Beaufschlagung mit Ultraschall erst nach dem Auftreffen der Schmelze oder Lösung auf einem Förderband 8 erfolgt. Das Förder­ band 8 wird hier ebenso wie bei der in den Fig. 1 und 2 gezeig­ ten Darstellung mittels der Flüssigkeit in der Wanne 11 gekühlt, wobei das Förderband 8 die Oberfläche der Kühlflüssigkeit in der Wanne 11 berühren muß. Dies kann in einfacher Weise durch geeig­ nete Preßeinrichtungen oder durch Sprühen der Kühlflüssigkeit von unten gegen das Förderband 8 erfolgen. Die Ultraschallquelle 4 ist in diesem Fall in der Kühlflüssigkeit in der Wanne 11 an­ geordnet, was eine einwandfreie Ankoppelung gewährleistet.

In Fig. 7 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, bei welcher die Einwirkung des Ultraschall nicht nur an einem Punkt, sondern nacheinander an zwei Punkten mittels der Ultraschall­ sender 20 und 21 erfolgt. Dies ermöglicht eine mehrfache Keim­ bildung in zeitlichem Abstand voneinander.

In Fig. 8 ist eine Schnittansicht der Anordnung einer in ein Rohrleitungssystem eingebauten Ultraschallquelle 4, die der von Fig. 5 entspricht, wobei hier jedoch ein Ultraschallreflektor 22 dem Kopf 23 des Ultraschallsenders gegenüberliegt, wodurch eine Reflexion des Ultraschalls erfolgen kann und damit eine höhere Ausbeute an ausgenutztem Ultraschall erzielt werden kann.

In Fig. 9 ist schematisch eine Anordnung wiedergegeben, bei der an einem Punkt eine Mehrfachbeschallung durch drei Ultraschall­ quellen 24, 25 und 26 erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß mit kleinen Leistungen der Ultraschallsender gearbeitet werden kann und dennoch eine erhöhte Wirkung in einem definierten, relativ kleinen Raum erzielt werden kann. Hierdurch ist es möglich, eine Bündelung bzw. Fokussierung der Ultraschall-Leistung in einem kleinen Raum bzw. Volumen zu erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung ist es in bestimmten Fällen auch möglich, auf das aufnehmende Förderband oder die Aufnahme­ trommel keine unterkühlte Schmelze aufzubringen, sondern - ins­ besondere bei rasch kristallisierenden Schmelzen - eine bis wenig oberhalb des Erstarrungspunktes gekühlte Schmelze, die beim Auftreten auf das Förderband oder die Aufnahmetrommel auf dieser rasch unterkühlt und gleichzeitig mit Ultraschall beauf­ schlagt wird. Hierdurch ist es möglich, eine vorzeitige und unerwünschte Verfestigung von Schmelzen vor dem Austritt aus der Abgabeeinrichtung sicher zu vermeiden.

Claims (7)

1. Anwendung des Verfahrens zur Initiierung und/oder Beschleuni­ gung und/oder Lenkung der Kristallbildung in unterkühlten Schmelzen oder übersättigten Lösungen von festen Stoffen durch Einwirkung von Ultraschall auf die unterkühlte Schmelze oder übersättigte Lösung vor der Abgabe auf eine oder bei der Aufnahme auf einer Aufnahmetrommel oder vor der Abgabe auf ein oder bei der Aufnahme auf einem Förderband einer Band­ anlage zur Aufnahme der unterkühlten Schmelze oder über­ sättigten Lösung auf der Aufnahmetrommel oder dem Förderband.

2. Anwendung nach Anspruch 1 bei einer portionierten Aufnahme der unterkühlten Schmelze oder übersättigten Lösung auf der Auf­ nahmetrommel oder auf dem Förderband.

3. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmetrommel oder das Förderband der Bandanlage zur Aufnahme der unterkühlten Schmelze oder übersättigten Lösung zusätzlich gekühlt ist oder wird.

4. Anwendung nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Einwirkung des Ultraschalls mehrfach entweder an voneinander getrennten Stellen oder konzentriert in einem Punkt erfolgt.

5. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelze oder Lösung suspendierte Substanzen enthält.

6. Anwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nur ein Teilstrom der Schmelze unterkühlt oder nur ein Teilstrom der Lösung unterkühlt ist.

7. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der Einwirkung von Ultraschall auf eine Schmelze bei der Aufnahme auf einem Förderband einer Bandanlage oder einer Aufnahmetrommel, wobei die Schmelze erst beim Kontakt mit dem Förderband oder der Aufnahmetrommel unterkühlt wird.