-
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines
-
massenstrom- oder volumenstromkonstanten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahls
bestimmter Geschwindigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Erzeugung eines massenstrom- oder volumenstromkonstanten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahls
bestimmter Geschwindigkeit, in dem die Feststoffteilchen vollständig und gleichmäßig
dispergiert sind.
-
Dosier-Dispergier-Vorrichtungen zur Erzeugung von massenstromkonstanten,
dispergierten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahlen werden überall dort benötigt, wo
die trockene Handhabung lagernder feiner Partikel es erfordert, daß diese zunächst
mechanisch aufgenommen und dann einer Grundoperation, die eine definierte Dispergierung
voraussetzt, massenstrom- oder volumenstromkonstant zuzuführen oder zuzudosieren
sind. Als Beispiele für solche technischen Anwendungen seien genannt die Beschickung
von Windsichtapparaten, die Erzeugung von Gas-Feststoff-Zweiphasenströmungen, das
Messen von Partikelgrößenverteilungen aus der Analyse von Feldeffekten im Gas-Feststoff-Freistrahl,
mechanische Beschichtungsverfahren, bei denen z.B. einer zum Aufschmelzen vorbereiteten
Oberfläche ein Gas-Feststoff-Strahl mit vorgegebenem Massenstrom und definierten
Partikelgeschwindigkeiten zuzuführen ist, und die Erzeugung von Test-Aerosolen.
Letztere ist erheblich anspruchsvoller als die Erzeugung technischer Aerosole durch
bekannte Aerosolgeneratoren. Der wesentliche
Unterschied liegt
im geforderten hohen Massenstrom, der für die beschriebenen Anwendungen weit über
den mit bekannten Aerosolgeneratoren erreichbaren hinausgeht. Bei der Dispergierung
feiner Feststoffteilchen, die Agglomerate gebildet haben, werden diese durch Strömungskräfte,
gegenseitige Partikelstöße und durch Wandstöße zu zerstören versucht. Alle diese
Beanspruchungen erfolgen in den bekannten Dispergiereinrichtungen gleichzeitig,
aber unterschiedlich stark.
-
Der Teilchengrößenbereich, der Maßnahmen zur Dispergierung der Teilchen
erfordert, beginnt bei etwa 50 m. Die Maßnahmen werden mit zunehmender Feinheit
anspruchsvoller, weil die Haftkräfte zwischen den Teilchen mit abnehmender Teilchengröße
ansteigen. Bei Teilchengrößen unterhalb von 10 Am ist die vollständige Dispergierung
ohne Zerkleinerung der Teilchen besonders schwierig.
-
Mit den bekannten Dosier-Dispergier-Vorrichtungen lassen sich daher
keine massenstrom- oder volumenstromkonstanten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahlen
erzeugen, wenn die Teilchengröße der Feststoffteilchen kleiner als etwa 50 µm ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit welchen ein über den Querschnitt massenstrom- oder volumenstromkonstanter
Gas-Feststoffteilchen-Freistrahl mit vollständig dispergierten Teilchen unter etwa
50µm bis zu wenigen Am erzeugt werden kann.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt mehrere Schritte.
-
Es wird zunächst ein verdichteter Feststoffteilchen-Massenstrom konstanten
Querschnitts erzeugt und anschließend vollständig von einem Gas in einem geschlossenen
Strömungskanal aufgenommen. In diesem werden die Feststoffteilchen beschleunigt
und vollständig dispergiert und anschließend wird das gebildete Gas-Feststoffteilchen-Gemisch
aus dem
Strömungs- bzw. Dispergierkanal als Freistrahl abgegeben.
Um eine vollständige Dispergierung und damit Massenstrom- oder Volumenstromkonstanz
über den ganzen Scherschnitt des Freistrahls zu erzielen, sieht die Erfindung vor,
daß das Gas-Feststoffteilchen-Gemisch vor der Abgabe aus dem Strömungskanal mehrfach
gegen eine Prallfläche gelenkt wird. Die Partikelagglomerate werden auf diese Weise
sicher in ihre Einzelteilchen getrennt und sofort vom Gasstrom wieder aufgenommen,
können sich also nicht ab- oder ausscheiden. Eine Zerkleinerung der Teilchen erfolgt
dabei jedoch nicht.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, daß das
Gemisch längs eines zickzackförmigen Wegs vor der Abgabe aus dem Strömungskanal
gegen Prallflächen gelenkt wird. Das Gas-Feststoffteilchen-Gemisch kann auch oder
zusätzlich über eine Prallflächenkaskade aus mehreren abwechselnd nach der einen
oder anderen Seite geneigten Prallflächen gelenkt werden.
-
Zweckmäßig ist, wenn der verdichtete Feststoffteilchen-Massenstrom
unmittelbar vor dem Aufnehmen oder Ansaugen in den Strömungskanal mechanisch aufgelockert
und vordispergiert wird.
-
Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die Erfindung eine Dosier-Dispergier-Vorrichtung
zur Erzeugung eines massenstrom- oder volumenstromkonstanten Gas-Feststoffteilchen-Freistrahls
bestimmter Geschwindigkeit vor, die eine Dosiereinrichtung für die zu dosierenden
Feststoffteilchen zur Erzeugung eines volumenstrom- oder massenstromkonstanten Feststoffteilchenstroms
und einen Strömungskanal mit Injektor, der mit einer Saugmündung den von der Dosiervorrichtung
abgegebenen Feststoffteilchenstrom aufnimmt und der hinter dem Injektor eine Dispergiereinrichtung
vor einer Austrittsdüse für das Gas-Feststoffteilchen-Gemisch hat, aufweist.
-
In der Dispergiereinrichtung sind vor der Austrittsdüse erfindungsgemäß
hintereinander mehrere Prallflächen, die vom
Gas-Feststoffteilchen-Gemisch
nacheinander getroffen werden, vorgesehen. Die Prallflächen sind vorzugsweise in
Form einer Prallflächenkaskade mit Zickzack-Kontur, angeordnet. Die Kontur kann
asymmetrisch sein. Zweckmäßigerweise sind die Prallflächen etwas aufgerauht, um
ein Abprallen in verschiedenen Richtungen zu begünstigen, und ist zwischen den Prallflächen
und der Austrittsdüse ein geraders Kanal stück als Beschleunigungsstrecke ausgebildet.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß der Injektor
des Strömungskanals ein Zentralrohr innerhalb einer ihn umgebenden Treibgaskammer
aufweist, das mit Abstand vor einer sich verengenden Einlaufdüse in einen Ringspalt
mündet, hinter der die Dispergiereinheit mit den Prallflächen angeordnet ist.
-
Der Abstand zwischen der Mündung des Zentralrohrs und der Einlaufdüse
ist vorzugsweise von einigen Millimetern bis zu einigen Zehntelmillimetern veränderlich.
Dazu kann das Zentralrohr längsverschieblich gehalten sein. So läßt sich der Grad
der Dispergierung der Partikel im Gasstrom vor Auftreffen auf die Prallflächen verändern
und einstellen.
-
Die Aufnahme der verdichteten Teilchen in die Saugmündung des Strömungskanals
wird zweckmäßigerweise durch eine mechanische Vordispergiereinrichtung, insbesondere
in Form einer rotierenden Bürste, unterstützt, der gegebenenfalls eine Gaszuführung
zugeordnet ist.
-
Mit dieser Vorrichtung gelingt es, einen konstanten Massen-oder Volumenstrom
aus Feststoffteilen zu erzeugen und ihn vollständig und gleichmäßig - ohne verbleibende
Agglomerate im Trägergas zu dispergieren und als Gas-Feststoffteilchen-Freistrahl
abzugeben.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Dosiervorrichtung eine
um eine Achse rotierbare Dosiernut mit dem Querschnitt des zu erzeugenden Feststoffteilchen-Massenstroms,
der
die Feststoffteilchen im Überschuß aus einer Dispergiereinrichtung, insbesondere
mit einer Schwingförderrinne, deren Abgabestelle mit Abstand oberhalb der Dosiernut
angeordnet ist, zuführbar sind, eine der Abgabestelle der Dosiereinrichtung in Drehrichtung
der Dosiernut nachgeordnete Abstreifeinrichtung, deren Abstand von der Dosiernut
zum definierten Abnehmen überschüssiger Feststoffteilchen einstellbar ist, und eine
in Drehrichtung der Dosiernut der Abstreifeinrichtung nachgeordnete Verdichtungseinrichtung,
insbesondere eine Preßwalze, die die Feststoffteilchen in die Dosiernut gleichmäßig
leicht verdichtet. Die Saugmündung des Strömungskanals taucht in Drehrichtung der
Dosiernut hinter der Verdichtungseinrichtung in die Dosiernut ein.
-
Die Dosiernut kann sich in unterschiedlich ausgebildeten Trägern befinden.
-
Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß die Dosiernut in der Oberseite eines um eine vertikale Drehachse
rotierbaren Drehtellers nach oben offen ausgebildet ist. Am Rand des Drehtellers
befindet sich die Dosiernut, vorzugsweise in einem nach oben ragenden breiten Ring.
-
Bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß die Dosiernut in der Innenseite eines um eine waagerechte Drehachse
rotierbaren Radkranzes der Drehachse zugewandt ausgebildet ist.
-
Der Radkranz kann mit so hoher Drehzahl angetrieben werden, daß die
aufgegebenen Feststoffteilchen aufgrund der Zentrifugalkraft vollständig in der
Dosiernut gehalten sind. Aus dieser können sie dann an beliebiger Stelle, direkt
oder mit der Vordispergiereinrichtung, entnommen werden.
-
Der Radkranz kann jedoch auch mit etwas niedriger aber dennoch so
hoher Drehzahl antreibbar sein, daß die Feststoffteilchen gerade bis etwa zum Scheitelpunkt
mitgenommen werden
und sich bei Erreichen des Scheitelpunkts aus
der Dosiernut lösen und unmittelbar in die Saugmündung des Strömungskanals übergeben
werden.
-
Schließlich kann der Radkranz mit noch etwas niedriger aber noch so
hoher Drehzahl antreibbar sein, daß die Feststoffteilchen deutlich vor Erreichen
des Scheitelpunkts kataraktartig zurück und aus der Dosiernut in einen Auffangtrichter
an der Saugmündung des Strömungskanals frei fallen.
-
Bei allen diesen Ausgestaltungen der Vorrichtung ist es zweckmäßig,
wenn die Dosiernut mit Querrippen zur Unterstützung der Förderung der Feststoffteilchen
versehen ist.
-
Das Gut bzw. die Feststoffteilchen können dem um eine vertikale Drehachse
rotierbaren Drehteller mit einer üblichen mechanischen Dosiereinrichtung über einer
Förderrinne, insbesondere einer Schwingförderrinne, zugeführt werden. Diese Art
der Zuführung ist auch in die auf der Innenseite eines Radkranzes vorgesehene Dosiernut
möglich.
-
Für diesen Radkranz hat sich auch eine Gutaufgabe mittels eines Fließbetts
als besonders vorteilhaft erwiesen. Dazu dient eine Fließbetteinrichtung, in deren
nach oben offene Fließbettkammer der Radkranz jeweils mit einem unteren Segment
so weit eintaucht, daß sich die Dosiernut von der Seite her füllt. Hier wird eine
Vordispergierung bereits im Fließbett erreicht.
-
Bei einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß die Dosiernut in der Außenseite eines um zwei in waagerechtem
Abstand voneinander gelagerten Umlenkrollen umlaufenden endlosen Förderbands ausgebildet
ist und die Abstreifeinrichtung, die Verdichtungseinrichtung und die Saugmündung
des Strömungskanals mit dem oberen wagerechten Bandabschnitt zusammenwirken, wozu
die Umlenkrollen einen ausreichenden Abstand bzw. das Förderband eine ausreichende
Länge hat.
-
Die beiden Ausführungsformen mit der Dosiernut auf der Innenseite
eines Radkranzes und auf der Außenseite eines Förderbands haben den Vorteil, daß
sie quer zur Bewegungsrichtung der Dosiernut schmal sind und sich daher mehrere
Vorrichtungen leicht zu Mehrfachanordnungen vereinigen lassen, um einen weit ausgedehnten
breiten, aber in der Höhe dünnen ununterbrochenen Gas-Feststoff-Flachstrahl zu erzeugen.
Eine Ausgestaltung dieser beiden Vorrichtungen sieht daher vor, daß zur Erzeugung
eines solchen breiten Freistrahls bzw. Flachstrahls mehrere Dosier- und Dispergier-Vorrichtungen
parallel nebeneinander so angeordnet sind, daß sich die austretenden Freistrahlen
in bestimmtem Abstand von der Mündungsebene der Austrittsdüsen zu einem breiten
Flachstrahl vereinigen. Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich genau fortlaufende
Beschichtungen über große Breiten erzielen.
-
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann auf eine Gutüberschußdosiernung
in eine rotierende Dosiernut verzichtet werden und ein breiter Flachstrahl unmittelbar
erzeugt werden. Hierzu ist der Strömungskanal bestehend aus Saugkanal, Injektor
und Prallflächenkaskade eben ausgebildet, d.h. der Kanal ist im Querschnitt nicht
kreisrund sondern rechteckig mit der Breite und der geringen Höhe des zu erzeugenden
Flachstrahls. Das Gut wird in die Saugmündung des Strömungskanals unmittelbar aus
einer Fließbettrinne eingespeist, deren Länge der Breite des Saugkanals entspricht.
Die Fließbettrinne ist ein langgestreckter nach oben offener Kanal, dessen oberer
Teil durch ein nach oben zu durchströmendes Sieb vom unteren Teil, in den das Strömungsmittel
(Gas oder Luft) eingeleitet wird, getrennt ist. Oberhalb des Siebs weist der untere
eine Randbereich der Flißbettrinne in deren einer Seitenwand eine langgestreckten
Schlitz bzw.
-
euine schlitzförmige Öffnung auf, durch die die vordispergierten Teilchen
unmittelbar in die Saugmündung des Strömungskanals angesaugt werden. Die Austrittsdüse
der Prallflächenkaskade verläßt ein breiter Flachstrahl, der sofort nach dem Austritt
homogen ist.
-
Es ist zweckmäßig, in der Saugmündung des Strömungskanals zur Einstellung
des austretenden Teilchenstroms eine zylindrische Dosierbürste oder -walze, deren
Abstand zur gegenüberliegenden Wand eistellbar ist, anzuordnen.
-
Ausführungsbeispiele einer Dosier-Dispergier-Vorrichtung nach der
Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt: Fig. 1 ein
Funktionsschema ähnlich einer Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Dosier-Dispergiereinrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Dosier-Dispergier-Vorrichtung nach Fig. 1 mit den
oberhalb der Dosiernut angeordneten Einrichtungen, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine
vollständige Dosier-Dispergier-Vorrichtung nach Fig.1, jedoch ohne die oberhalb
des Drehtellers angeordneten Einrichtungen, Fig. 4 eine Ansicht der Vorrichtung
nach Fig. 3, Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der einen Hälfte des
Drehtellers nach Fig.l, Fig. 6 einen mit der Dosiernut zusammenwirkenden Abstreifeinrichtung,
teilweise im Schnitt, Fig. 7 eine schematische Ansicht der mit der Dosiernut zusammenwirkenden
Verdichtungseinrichtung mit Preßwalze, Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer Vordispergiereinrichtung
mit einer, mit der Dosiernut zusammenwirkenden Bürste in der Schnittansicht längs
der Linie 8-8 in Fig. 9,
Fig. 9 eine Schnittansicht durch die Vordispergiereinrichtung
und die Dosiernut längs der Linie 9-9 in Fig. 8, Fig. 10 eine zweite Ausführungsform
einer Vordispergiereinrichtung in der Schnittansicht längs der Linie 10-10 in Fig.
11, Fig. 11 eine Schnittansicht durch die Vordispergiereineinrichtung und die Dosiernut
längs der Linie 11-11 in Fig. 10, Fig. 12 einen Längsschnitt durch den Injektor
des Strömungskanals der Vorrichtung nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig.
13 einen Längsschnitt durch eine Prallflächenkaskade der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 14 eine zweite Ausführungsform der Dosier-Dispergier-Vorrichtung mit einem
um waagerechte Achsen umlaufenden Förderband mit außenliegender Dosiernut, Fig.
15 einen Querschnitt längs der Linie 15-15 in Fig. 14 durch das Förderband, Fig.
16 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 15-15 in Fig. 14 durch das Förderband,
Fig. 17 eine Draufsicht auf vier parallel angeordnete Vorrichtungen nach Fig. 14
zur Erzeugung eines breiten Flachstrahls, Fig. 18 eine dritte Ausführungsform der
Dosier-Dispergier-Vorrichtung mit einem Radkranz mit innenliegender Dosiernut, Fig.
19 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig.
-
18,
Fig. 20 einen Querschnitt durch den Radkranz
der Vorrichtung nach Fig. 18, Fig. 21 einen Querschnit durch den Radkranz der Vorrichtung
nach Fig. 18 mit abgewandelter Gutabnahme, Fig. 22 eine Draufsicht auf fünf parallel
zueinander angeordnete Vorrichtungen nach den Fig. 18 bis 21 zur Erzeugung eines
breiten Flachstrahls, und Fig. 23 eine perspektivische Schnittansicht einer Dosiereinrichtung,
die das Gut unmittelbar in das Saugmundstück des Strömungskanals abgibt.
-
Bei der ersten Ausführungsform einer Dosier- und Dispergier-Vorrichtung
nach den Fig. 1 bis 4 umfaßt eine Dosiervorrichtung einen um eine vertikale Achse
drehbaren Drehteller 10, der am Außenrand in einem nach oben ragenden Randkranz
eine nach oben offene ringförmige Dosiernut 2 mit scharfkantiger Krone ausgebildet
hat. Dieser wird von einer Schwingförderrinne 1 einer Vibrations-Dosiereinrichtung
22, siehe Fig. 2 bis 4, ein konstanter Feststoffteilchen-Massen- oder Volumenstrom
im Überschuß zugeführt, der durch weitere Maßnahmen auf dem Drehteller hinsichtlich
seiner Konstanz verbessert wird. Auf der Innenseite der Dosiernut 2 weist der Drehteller
10 zwischen radialen Stegen 33 längliche Öffnungen 32 auf, siehe Fig. 2 und 5. Auf
diese Weise kann überschüssiges Gut ebenso wie durch eine Reinigungsbürste 19 ausgetragenes
Gut zu beiden Seiten der Dosiernut 2 abfallen und in einen Überlauftrichter 23 und
aus diesem in ein Sammelgefäß 24, siehe Fig. 4, gelangen.
-
Der sich nach dem seitlich abfließenden Überschuß auf der sich unter
der Schwingförderrinne 1 vorbeidrehenden Dosiernut 2 ergebende Schüttgutkegel wird
zunächst mit einer Abstreifeinrichtung 3 mit einer Abstreifklinge 36, die im einzelnen
in Fig.6 dargestellt ist, auf eine vorgewählte
Betthöhe abgeschert
und danach mit einer ortsfesten Verdichtungseinrichtung 4 in Form einer drehbaren,
durch Eigengewicht wirkenden Preßwalze 4', die im einzelnen Fig. 7 zeigt, so weit
auf gleiche Schüttguteigenschaften leicht und gleichmäßig verdichtet, daß der Querschnitt
der Dosiernut 2 vollständig und gleichmäßig gefüllt ist.
-
Insbesondere für schwerfließfähiges Gut ist in Bewegungsrichtung der
Dosiernut 2 hinter der Preßwalze 4' als Vordispergiereinrichtung 5 eine rotierende
zylindrische Bürste 5', siehe Fig. 8 bis 11, vorgesehen. Diese ist in einem Gehäuse
43 gekapselt untergebracht, dem gezielt Luft durch eine Luftzuführung 40 zugeleitet
werden kann. Mit ihrer Hilfe wird der zuvor vergleichmäßigte konstante Feststoffteilchen-Massenstrom
8 aus der Dosiernut 2 in die Saugmündung eines an ihr Gehäuse 43 im Bereich der
Bürste 5' über ein Saugmundstück 42 angeschlossenen Strömungskanals vor einem in
die Dosiernut 2 reichenden Aufstauwehr 41 aufgewirbelt und vollständig vom Saugmundstück
aufgenommen und abgesaugt. Auf diese Weise werden die Feststoffteilchen dem Strömungskanal
konstant zudosiert.
-
Der Strömungskanal besteht aus einem Saugkanal 6, einem Injektor 9
und einer Prallflächenkaskade 15 mit Austrittsdüse 16. Der in Fig. 12 dargestellte
Injektor hat in einem hohlzylindrischen Gehäuse 26 mit Abschlußdeckel 27 ein längsverstellbares,
an den Ansaugkanal 6 anzuschliessendes konisch auslaufendes Zentralrohr 11, durch
das das aus der Dosiernut 2 angesaugte Gas-Feststoff-Gemisch herangeführt und in
eine vor dessen Mündung ausgebildete Einlaufdüse 13 abgegeben wird. Die Mündung
des Zentralrohrs 11 bildet mit der Einlaufdüse 13 einen Ringspalt 12. Für die Treibgaszufuhr
sind in die zwischen der Innenwand des Gehäuses 26 und der Außenwand des Zentralrohrs
11 gebildete Treibgaskammer 28 vor der Mündung des Zentralrohrs 11 in der Wand des
Gehäuses 26 Treibgas-Einlaßöffnungen 29 vorgesehen.
-
Unmittelbar an den Injektor 9 ist eine Prallflächenkaskade 15 nach
Fig. 13 zur vollständigen Desagglomeration mittels gezielt bewirkter Partikel-Wandstöße
angeschlossen. Diese hat eingangsseitig einen geraden Mischkanal 14. An diesen schließt
sich ein ebenes oder rotationssymmetrisches zickzackförmiges Kanalstück aus hintereinander
angeordneten, zickzackförmig gestellten Prallflächen 17 an, die unter einem Winkel
von 200 bis 700 gegen die Hauptströmungsrichtung angestellt sind. Sie verhindern
ungehinderten Durchtritt der Feststoffteilchen dadurch, daß sie wenigstens soweit
in den freien Austrittsquerschnitt des Mischkanals 14 hineinragen, daß die in die
Prallflächenkaskade 15 einströmenden Teilchen bei gedachter axialer Weiterbewegung
keine freie ungehinderte Durchströmmöglichkeit durch die Kaskade finden und große
Agglomerate bei zwangsläufigen Wandstößen aufbrechen, während bereits dispergierte
und feinste Teilchen die Prallflächen eher umströmen. Je nach Gutart kann es nötig
sein, die Prallflächenkontur konstruktiv unsymmetrisch auszubilden und die Oberfläche
der Prallflächen 17 aufzurauhen, um so die Dispergierung zu fördern. Dadurch wird
die Dispergierfähigkeit erhöht, da dann nicht mehr nur die Anstellung der Prallflächen
17 die Partikel- Wandstöße bestimmt, sondern ein ganzes Spektrum von Auftreffwinkeln
die Dispergierwahrscheinlichkeiten noch vergrößert. Nach Vorbeiströmung an den in
Fig.13 dargestellten fünf Prallflächen verläßt die Gas-Feststoff-Strömung durch
ein Kanalstück 18 als Beschleunigungsstrecke, in dem die dispergierten Feststoffteilchen
auf nahezu gleiche Endgeschwindigkeit beschleunigt werden, und die Austrittsdüse
16 die Prallflächenkaskade 15 und damit den (Dispergier-)Strömungskanal als Freistrahl
7.
-
Mit der Aufnahme des Feststoffmassenstroms 8 in den Injektor 9 beginnt
die Dispergierung. Die Absaugung der Feststoffteilchen aus der Dosiernut 2 des Drehtellers
10 und die zunehmende Beschleunigung und Vermischung mit Transportluft beim
Durchlauf
durch den Saugkanal 6 und den Injektor 9 führt zu einer Vereinzelung und Trennung
der Feststoffteilchen und Agglomerate. Der mit einem Vordruck PT bis zu 10 bar über
den Ringspalt 12 zuströmende Treibgasvolumenstrom VT induziert dabei einen Saugstrom
VS im Zentralrohr 11 des Injektors 9. Der auf Spaltweiten s von einigen Millimetern
bis Zehntelmillimetern einstellbare Spalt zwischen der Mündung des Zentralrohrs
11 und der der Einlaufdüse 13 wirkt auf den Treibgasvolumenstrom wie eine Drossel.
Aufgrund der Einlaufdüse 13 beschleunigt sich die teilchenbeladene Treibgasströmung
in dem nachfolgenden Mischkanal 14 auf hohe Geschwindigkeiten, so daß einerseits
der für die Ansaugleistung des Saugkanals 6 erforderliche Unterdruck entsteht und
andererseits in der Scherströmung im Ringspalt 12 die Strömungskräfte eine Scherbeanspruchung
der in Form von Agglomeraten vorliegenden Feststoffteilchen bewirken, die zur Dispergierung
führen. Daneben bewirken auf der gesamten pneumatischen Förderstrecke bis zum Austritt
aus dem Injektor 9 Wand- und Partikelstöße eine zusätzliche Dispergierung. Eine
gezielte Dispergierwirkung durch Wandstöße unter definierten Winkeln zwischen 200
und 70° wird aber erst in der dem Injektor 9 nachgeschalteten Prallflächenkaskade
15 vor Verlassen deren Austrittsdüse 16 erzielt.
-
Die Strömungsgeschwindigkeiten bleiben innerhalb des Injektors 9 und
der Prallflächenkaskade 15 immer unter 100 m/s, so daß im angegebenen TeilchengröBenbereich
bis etwa 50 Am keine Zerkleinerung, sondern ausschließlich eine Dispergierung bewirkt
wird.
-
Erfahrungen haben gezeigt, daß für Schüttgut mit Feststoffteilchen
unterhalb von 50 µm selbst bei nennenswerten Feinstanteilen, wenn sie also z.B.
bis zu 70 % kleiner als 5 m sind, ausreichend hohe Dispergiergrade erreicht werden.
-
Dispergiervorrichtungen, bei denen die Teilchen nur durch das Schergefälle
eines Injektors und/oder durch ein gerades
Rohr strömen, erreichen
einen Dispergiergrad von mehr als 80 % nicht.
-
Die Anordnung von drei Prallflächen 17 ist als Optimum gefunden worden.
In einem ausreichend großen Einstellbereich von Spaltweite s und Vordruck PT kann
damit die nahezu vollständige Dispergierung mit Werten zwischen 97 % und 100 % sichergestellt
werden.
-
Günstige Verhältnisse sowohl für die Ansaugung als auch für das Schergefälle
der Strömung erhält man bei kleinen Spaltweiten. Bei Versuchen wurde ein Vordruck
PT von 3 bar und eine Spaltweite von s = 1,5 mm gewählt. Im Leerlaufbetrieb des
Injekt'ors 9 ohne Feststoff ergibt sich für diese Einstellung ein Volumenstromverhältnis
von Treibstrahl zu Saugstrahl von etwa 1. Anpassungen bei höheren oder geringeren
Massenströmen sind hierbei über die Geometrie von Zentralrohr 11 und Treibgas- bzw.
Treibluftzuführung 40 vorzunehmen, während Vordruck und Spaltweiten davon weitgehend
unbeeinflußt bleiben.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung läßt sich anhand folgenden Beispiels
erkennen. Der erzielbare Feststoff-Massenstrom wird in erster Linie von der Drehzahl
des Drehtellers 10, die bis zu 100 U/min betragen kann, vom Durchmesser und vom
Querschnitt der Dosiernut 2 bestimmt. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, daß handelsüblicher
feiner Kalkstein bei 10 U/min sowie einem Durchmesser von 20 cm und einem Querschnitt
der Dosiernut von 12 mm2 mit einem Massenstrom von 10 kg/h und einer Massestromschwankung
von weniger als 4 8 durchzusetzen ist. Zudosiert wird dabei aus der Dosiereinrichtung
22 im Überschuß bis zur dreifachen Menge. Zwei Drittel verbleiben zunächst auf und
in der Dosiernut 2. Die Abstreifeinrichtung 3 reduziert bei der ersten Vergleichmäßigung
den überwiegenden Teil des sich ergebenden Schüttgutkegels,
während
die Preßwalze 4' bei der Verdichtung nur noch eine geringfügige Reduzierung zur
Folge hat. Geometrische Vergrößerungen oder Verkleinerungen des Querschnitts der
Dosiernut 2 und der Abmessungen des Drehtellers 10 erlauben die Anpassung an größere
oder kleinere Massenstrombereiche.
-
Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ansichten einer Dosier-Dispergier-Vorrichtung
30, die als Zusammenstellung der Einrichtungen zur Erzeugung eines Gas-Feststoff-Freistrahls,
z.B. für die trockene Analyse von Beugungsspektren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung
aus dem Fe ststofftei lchenschwarm Anwendung findet. Das zu analysierende disperse
Gut wird in einen Vorrats- bzw. Aufgabeguttrichter 21 der Dosiereinrichtung 22 gegeben
und fließt über deren Schwingförderrinne 1 auf die Dosiernut 2 des Drehtellers 10.
Die Zuordnung der einzelnen Einrichtungen, wie Abstreifeinrichtung 3, Verdichtungseinrichtung
4 und Aufnehm- und Vordispergiereinrichtung 5 läßt sich insbesondere Fig. 2 für
einen in der Aufsicht im Uhrzeigersinn und Fig. 4 für einen im Gegenuhrzeigersinn
umlaufenden Drehteller 10 entnehmen. Die Bewegungsrichtung an der Vordispergiereinrichtung
5 ist der Absaugerichtung im Saugkanal 6 etwa gleich.
-
Fig. 5 zeigt als Konstruktionsdetail die Querschnittsfläche 31 der
Dosiernut 2 des Drehtellers 10 und die zum Ablauf des Überschusses durchbrochene
Speichenkonstruktion mit länglichen, gekrümmten Öffnungen 32 zwischen radialen Stegen
33 des Drehtellers 10. Die steilen und am oberen Rand der Dosiernut 2 spitz zusammenlaufenden
Seitenwände 34 der Dosiernut 2 gewährleisten einen ungehinderten Ablauf des Überschusses
und eine definierte Abrollmöglichkeit für die Preßwalze 4' für die Verdichtung,
ohne daß sich auf den Stirnflächen der Seitenwände 34 der Dosiernut 2 ein zweites,
unerwünschtes Feststoffbett ausbilden kann.
-
Fig. 6 zeigt in vergrößerter Darstellung die Abstreifeinrichtung 3
aus einem schwenkbaren, drehbaren und im Anstellwinkel veränderlich arretierbaren
Klingenhalter 35 mit einer Abstreifklinge 36.
-
In Fig. 7 ist eine Verdichtungseinrichtung 4 mit einer massiven Preßwalze
4' hohen Eigengewichts mit einstellbarer Druckfeder 37 zur Festlegung der Verdichtungsbedingungen
dargestellt. Die Preßwalze 4' ist in einem Bügel gelagert, der mittels eines vertikalen
Stabs 38 ortsfest geführt ist und sich über eine auf dessen Ende geschraubte Mutter
39 auf der Druckfeder 37 abstützt, die ihrerseits auf einer Wand eines nicht näher
dargestellten Gehäuses oder Befestigungsträgers aufruht.
-
In den Fig. 8 bis 11 ist eine Vordispergiereinrichtung 5 in Form der
rotierenden Bürste 5' dargestellt. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9
ist die rotierende Bürste 5' derart in das Gehäuse drehbar eingebaut, daß sie in
die Dosiernut 2 vollständig hineinreicht und das in ihrer Drehrichtung herantransportierte
Gut aufnimmt. Durch die Luftzuführung 40 ist sichergestellt, daß der über das Saugmundstück
42 angeschlossene Saugkanal 6 das aufgenommene Gut in ausreichend Luft vordispergiert
gerade über dem oberen Rand der Dosiernut aufnimmt. Ferner ist am Gehäuse 43 das
den Querschnitt der Dosiernut 2 abschließende Aufstauwehr 41 in Bewegungsrichtung
der Dosiernut 2 hinter der Mündung des Saugmundstücks 42 vorgesehen, das zusammen
mit der Bürste die konstante Übergabe des Massenstroms in das Saugmundstück 42 sicherstellt.
-
Bei der Ausführungsform der Vordispergiereinrichtung nach Fig. 10
und 11 ist auf eine größere Luftzuführung sowie auf ein der Dosiernut 2 unmittelbar
zugeordnetes Saugmundstück 42 verzichtet. Vielmehr ist der Saugkanal 6 nahe dem
oberen
Scheitelpunkt der Bürste 5' angeschlossen, so daß das Gut
aus der Dosiernut zunächst zur Vordispergierung hochgehoben wird. Die Bürste 5'
dreht entgegen der Transportrichtung des Feststoffmassenstroms und bewirkt eine
Umlenkung und Anhebung auf das Niveau des Saugkanals 6 unterstützt durch die angesaugte
Luft. Die Ansaugung der Luft erfolgt durch die vom Gut entleerte Dosiernut 2, so
daß durch die nachströmende Luft die Aufnahme des Guts unterstützt wird. Bei beiden
Ausführungsformen ist das Gehäuse 43 gegen Fremdluft gekapselt und weigehend dichtend
auf den Drehteller 10 über der Dosiernut 2 ortsfest aufgesetzt.
-
Der Querschnitt der Dosiernut 2 des Drehtellers 10 kann zur Anpassung
an die Teilchengrößenverteilungen und zur Abdekkung eines weiten Massenstrombereichs
bis zu einigen 10 kg/h eine Größe von wenigen mm2 bis zu einigen cm2 haben.
-
Die Dosiereinrichtung 22 kann als Förderorgan außer einer Schwingförderrinne
1 auch einen Schneckenförderer, eine Fließbettrinne oder ein anderes bekanntes Organ
aufweisen.
-
Bei der Ausführungsform einer Dosier-Dispergier-Vorrichtung 50 nach
Fig.14 ist die Dosiernut 2 an der Außenseite eines über zwei in horizontalem Abstand
angeordnete Umlenkrollen 59 umlaufenden, endlosen, keilriemenförmigen Förderbands
58 vorgesehen. Die in der Darstellung rechte Umlenkrolle 59 wird von einem nicht
dargestellten Motor angetrieben.
-
Das Förderband hat einen horizontal laufenden, oberen Bandabschnitt
und einen hierzu parallelen unteren Bandabschnitt.
-
Am linken Ende des oberen Bandabschnitts mündet die Schwingförderrinne
1 der Dosiereinrichtung 22 und gibt oberhalb der Dosiernut 2 das zu dosierende Gut
im Überschuß in diese ein.
-
Mit Abstand von der Aufgabenstelle ist wiederum eine Abstreifeinrichtung
3 sowie eine Verdichtungseinrichtung 4 mit
einer Preßwalze 4' an
der Dosiernut 2 vorgesehen. Vor der rechten Umlenkrolle 59 befindet sich eine Vordispergiereinrichtung
5 mit einer Bürste 5' zur Aufnahme des Guts aus der Dosiernut 2. Zur Erhöhung der
Stabilität der Seitenwände 34 der Dosiernut 2 sind in diese Stahlbänder 61 oder
andere stabilisierende Schutzteile eingelegt.
-
Dadurch, daß Schwingförderrinne 1, Abstreifeinrichtung 3, Preßwalze
4' und Bürste 5' auf einer Geraden angeordnet sind, ist der seitliche Platzbedarf
besonders gering. Dies macht es möglich, mehrere derartige Dosier-Dispergier-Vorrichtungen
50 in geringem Abstand nebeneinander anzuordnen, so daß bei entsprechender Gestaltung
der Auslaßdüse 16 sich die austretenden Freistrahlen 7 zu einem gemeinsamen, breiten,
durchgehenden Freistrahl in Form eines breiten Flachstrahls 53 vereinigen können.
Für den Antrieb der Preßwalzen 4', der Bürsten 5' sowie der rechten Umlenkrollen
59 können jeweils gemeinsame, durchgehende Antriebswellen 62 vorgesehen sein. Das
von der Dosiernut 2 abgenommene überschüssige Gut fällt wiederum in einen gemeinsamen
Überlauftrichter 60 und wird den Aufgabeguttrichtern 21 der Dosiereinrichtungen
22 wieder zugeführt Der gegenseitige Abstand der mehreren Vorrichtungen 50 ergibt
sich aus dem Austrittswinkel der Freistrahlen 7 sowie dem Abstand der Arbeitsebene
54 des breiten Flachstrahls 53 von der Mündungsebene 55 der Austrittsdüsen 16.
-
Bei einer dritten Ausführungsform der Dosier-Dispergier-Vorrichtung
75 nach den Fig. 18 bis 21 ist die Dosiernut 2 in der Innenseite eines um eine waagerechte
Drehachse rotierbaren Radkranz 63 eines Rades, mit auf eine Nabe 64 schräg zulaufenden
Speichen 65 vorgesehen. Das Rad rotiert um eine horizontale Achse; der Radkranz
63 steht also vertikal. Bei dieser Ausführungsform kann das Gut wiederum mittels
einer Schwingförderrinne in die Dosiernut 2 im Bereich der tiefsten
Stelle
aufgegeben werden. Bevorzugt wird jedoch hier eine Aufgabe mittels einer Fließbetteinrichtung
66, die einen nach oben offenen Kasten 67 hat, dessen Unterteil vom Oberteil durch
ein Sieb 68 getrennt ist. Unterhalb dieses Siebes 68 ist das Unterteil als Luftkasten
ausgebildet, in den seitlich Lufteinlässe 69 münden. Das aufzugebende Gut wird in
bekannter Weise auf die Oberseite des Siebs 68 zugegeben. Nach Zufuhr von ausreichend
Luft durch die Lufteinlässe 69 bildet sich oberhalb des Siebs 68 ein Fließ- oder
Wirbelbett aus. Die Zuordnung der Fließbetteinrichtung 66 zum Radkranz 63 ist derart,
daß dieser jeweils mit einem unteren Segment 70 in das Fließbett 71 eintaucht. Dadurch
können die Partikel seitlich in die Dosiernut 2 eintreten und diese füllen. Da sich
der Radkranz mit höherer Drehzahl dreht und die Dosiernut 2 innen mit Rippen 72
zur Förderung der Mitnahme des Guts ausgestattet ist, wird das Gut aus dem Fließbett
hochgehoben. Überschüssiges Gut wird wiederum durch eine Abstreifeinrichtung 3 abgeschert
und durch eine Preßwalze 4' verdichtet, bevor - bei der Ausführungsform nach Fig.
18 - nahe dem oberen Scheitelpunkt mittels einer Bürste 5' die Aufnahme des Guts
in die Saugmündung des Ansaugkanals 6 erfolgt, an den wiederum der Injektor 9 und
die Prallflächenkaskade 15 angeschlossen sind, die den Strömungskanal bilden. Die
Drehzahl des Radkranzes 63 ist so eingestellt, daß das Gut bis zur Bürste 5' mitgenommen
wird.
-
Bei einer abgewandelten Ausführungsform, wie sie Fig. 20 zeigt, ist
die Drehzahl niedriger gewählt, so daß sich das Gut bereits vor dem oberen Scheitelpunkt
aus der Dosiernut 2 löst und in freiem Fall als Feststoffteilchen-Massenstrom 76
in einen Auffangtrichter 77 des Ansaugkanals 6 hineinfällt.
-
Je nach Produkt, Drehzahl und entsprechenden Zentrifugalkräften können
die Abstreifeinrichtung 3, die Verdichtungseinrichtung 4 und die Vordispergiereinrichtung
5 am Innenradius
über den ganzen Umfang des Radkranzes 63 verteilt
angeordnet sein, wobei in Sonderfällen auch die Abnahme mit dem Saugkanal 6 ohne
Vordispergiereinrichtung 5 und insbesondere im Scheitelpunkt die Übergabe unter
Schwerkraftwirkung im freien Fall stattfinden kann. Für leicht fließfähiges Gut
ist sogar das aus Rohrmühlen, Granuliertellern und dergleichen bekannte "Cataracting"-Verhalten
eines nicht vollständig zentrifugierten Guts benutzbar, um den Feststoffteilchen-Massenstrom
76 im freien Fall auch bei Ablösung vor Erreichen des Scheitelpunktes in den Auffangtrichter
77 zu übernehmen. Zur Zwangsförderung aus dem Fließbett ist dann die Berippung der
Dosiernut 2 besonders zweckmäßig, wenn nicht nötig. Die Übernahme des Guts in den
horizontalen Injektor 94 kann bei dieser Anordnung sowohl parallel als auch normal
zur Drehachse des Radkranzes 63 erfolgen. Die dem Injektor 9 zugewandte Stirnseite
des Radkranzes muß frei zugänglich bleiben, so daß der Antrieb auf die Gegenseite
zu verlegen und aus dem Bereich des Fließbetts herauszuführen ist. Hierzu dienen
die schrägen Speichen 65.
-
Bei einer Mehrfachanordnung zur Erzeugung eines breiten Flachstrahls
53 können mehrere Dosier-Dispergier-Vorrichtungen 75 koaxial zueinander angeordnet
sein, so daß wiederum gemeinsame Antriebswellen 73 für alle Radkränze 63 sowie gemeinsame
Antriebswellen 74 für die Preßwalzen und gegebenenfalls Bürsten vorgesehen werden
können, wie dies in Fig.
-
21 dargestellt ist. Hinsichtlich des Abstandes zwischen den einzelnen
Vorrichtungen 75 gelten dieselben Überlegungen, wie bei der Mehrfachanordnung nach
Fig. 17.
-
Zur Erzeugung eines breiten Flachstrahls kann auch eine Dosier- und
Dispergier-Vorrichtung dienen, wie sie in Fig.
-
23 dargestellt ist, bei der die Einspeisung eines massen-oder volumenstromkonstanten
Feststoff-Teilchen-Stroms unmittelbar
in einen sogenannten ebenen,
d.h. langgestreckten, flachen Strömungskanal von der Breite des zu erzeugenden Flachstrahls
53 erfolgt. Der Ansaugkanal 6 des Strömungskanals, der in einem Block 80 parallel
zu einer von einer nicht dargestellten Dosiereinrichtung gespeisten Fließbettrinne
81 der Dosiervorrichtung ausgebildet ist, der Injektor 9 und die Prallflächenkaskade
15 des Strömungskanals sind jeweils eben, d.h. linear langgestreckt von der Breite
und proportional zur Höhe des zu erzeugenden Flachstrahls 53 ausgebildet, wie dies
Fig. 23 schematisch zeigt.
-
Dem Strömungskanal vorgeschaltet ist für eine massen- oder volumenstromkonstante
Einspeisung eine langgestreckte Fließbettrinne 81, in die eine Dosiereinrichtung
das Gut einspeist. Der untere Teil, des kastenartigen Gehäuses der FlieBbettrinne,
in den das Strömungsmittel, insbes. Luft eingespeist wird, ist vom nach oben offenen
oberen Teil durch ein Sieb 82 getrennt. Am in Fig. 23 rechten unteren Rand des sich
im Betrieb einstellenden Fließbetts 83 befindet sich gerade oberhalb des Siebes
82 eine schlitzförmige Auslaßöffnung 85, an die sich der im dargestellten Ausführungsbeispiel
nach unten gekrümmte Saugkanal 6 anschließt.
-
Ferner ist in der unteren Wand des Saugkanals an der Saugmündung eine
zylindrische Dosierbürste 86, die durch eine Dosierwalze ersetzt sein könnte, vorgesehen.
Ihr Abstand a zur gegenüberliegenden, in Fig. 23 oberen Wand des ebenen Saugkanals
6 und/oder ihre Drehzahl ist zur Steuerung des aus dem FlieBbett 83 austretenden
Teilchenstroms einstellbar. Eine Gutüberschußdosierung auf eine rotierende Dosiernut
gemäß den anderen Ausführungsbeispielen entfällt bei dieser Ausführungsform. Aus
dem Fließbett 83 ist trotz Schwankungen in der Gutzudosierung ein gleichmäßiger,
massen- oder volumenstromkonstanter Gutstrom entnehmbar. Er wird vom Saugkanal 6
unmittelbar angesaugt und im ebenen Injektor 9 und der nachgeschalteten ebenen Prallflächenkaskade
15 dispergiert. Der resultierende breite Flachstrahl 53 ist dann sofort nach dem
Austritt aus der Austrittsdüse 16 homogen.