Verfahren zur Herstellung von Lösungen schwerlöslicher und/oder zum Verklumpen neigender Stoffe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lösungen schwerlöslicher und/oder zum Verklumpen neigender Stoffe durch Einbringen des Feststoffes in ein heftig bewegtes Lösungsmittel sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß wird mindestens während der Feststoffzugabe das Lösungsmittel mit feinen Gasbläschen versetzt. Dies geschieht mittels einer Mischvorrichtung, die nach Art eines Ejektors mit nachgeschalteter Eingabestation für den Feststoff ausgebildet ist und in bodennahem Bereich eines Lösebehälters angeordnet ist. Die Eingabestation für den Feststoff befindet sich im oberen Bereich des Lösungsbehälters und weist einen Einfülltrichter (14) auf, dessen Ausgangsöffnung (15) durch Stege (16) unterteilt ist. Nach Öffnung des Ventils (3) strömt Wasser über die Leitung (2) in den Behälter (1). Hierbei saugen die aus den Düsen (9) austretenden Wasserstrahlen aus dem Ringraum (11) Luft an, die im Wasserstrahl zu feinen Bläschen verteilt mitdiesem durch die Bohrungen (10) im Behälter (1) austritt. Die Stege (16) des Einfülltrichters (14) gewährleisten ein gleichmäßiges Einlaufen des Feststoffes in feinverteiltem Strom.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lösungen schwerlöslicher und/oder zum Verklumpen neigender Stoffe durch Einbringen des Feststoffes in ein heftig bewegtes Lösungsmittel.

[0002] Es ist bekannt, Feststoffe in den Lösungsmittelstrom in einer Rohrleitung gleichmäßig dosiert einzugeben. Es ist ferner bekannt, eine Lösung in einem Gefäß herzustellen, wobei zunächst das Lösungsmittel eingefüllt und während oder nach der Eingabe des Feststoffes gerührt wird.

[0003] Bei schwerlöslichen und/oder zum Verklumpen neigenden Stoffen bedarf es einer längeren Zeit, bis die Feststoffteilchen restlos gelöst und eine homogene Mischung erzielt ist. Vielfach setzt sich ein Teil des Feststoffes in Toträumen ab, in denen er nur schwer in Lösung zu bringen ist.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, die Verteilung und Bewegung der Feststoffteilchen im Lösungsmittel zu verbessern und länger schwebend zu halten, so daß der Lösevorgang verlängert wird und ein intensiver Kontakt mit dem Lösungsmittel vorhanden ist.

[0005] Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß man mindestens während der Feststoffeingabe das Lösungsmittel mit feinen Gasbläschen versetzt.

[0006] Zweckmäßig gibt man den Feststoff nach Herstellen einer vorgegebenen Mindestmenge des Wasser-Gas-Gemisches ein.

[0007] Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bringt man das Gas-Lösungsmittel-Gemisch unter hoher Strömungsgeschwindigkeit in den bodennahen Bereich eines Lösungsmittelbehälters ein.

[0008] In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man das Gas durch die kinetische Energie des Lösungsmittels oder unter einem höheren als dem hydrostatischen Druck in das Lösungsmittel einbringt.

[0009] Ferner wird vorgeschlagen, daß man nach Einbringen der vorgegebenen Lösungsmittelmenge die Mischung bis zur vollständigen Lösung des Feststoffes im Kreislauf führt.

[0010] Die Erfindung betrifft auch eine Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Art eines Ejektors mit nachgeschalteter Eingabestation für den Feststoff ausgebildet ist.

[0011] Vorzugsweise ist die Mischvorrichtung im bodennahen Bereich eines Lösungsbehälters angeordnet. Hierbei kann die Eingabestation für den Feststoff im oberen Bereich des Lösungsbehälters angeordnet sein. Eine solche Eingabestation kann einen Einfülltrichter aufweisen, dessen Ausgangsöffnung durch Stege unterteilt ist, die bevorzugt dachartig ausgebildet sind, wobei die Neigung ihrer Oberflächen der der Innenfläche des Trichters entspricht.

[0012] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Mischvorrichtung mehrere Ejektoren auf, die parallel oder radial angeordnet sind.

[0013] Zweckmäßig sind die Ejektoren mit einer gemeinsamen Lösungsmittelleitung und einer diese als Mantelrohr mit Abstand umgebenden konzentrischen Gasleitung verbunden.

[0014] Gemäß einem weiteren Vorschlag ist die Gasleitung im Lösungsbehälter angeordnet und weist in dessen oberem Bereich eine mit dem Behälterinneren kommunizierende verschließbare Öffnung auf.

[0015] Ferner kann der Behälter mit der Atmosphäre verbunden sein.

[0016] Zur Herstellung eines Kreislaufs wird vorgeschlagen, daß die Lösungsmittelleitung über eine absperrbare Zweigleitung und eine Pumpe mit dem Lösungsbehälter verbunden ist.

[0017] Es wurde gefunden, daß die Lösungsgeschwindigkeit von Feststoffen bedeutet erhöht werden kann, wenn man das heftig .bewegte Lösungsmittel mit feinen Gasbläschen versetzt. In einer Rohrleitung kommt so zu einer axialen eine radiale Bewegungskomponente, durch die ein Feststoffteilchen nicht nur mit, sondern auch in der entstehenden Lösung bewegt wird.

[0018] In einem Lösungsbehälter treten flotationsähnliche Verhältnisse auf mit dem Unterschied, daß zweckmäßig die Schaumbildung begrenzt wird, so daß die aufsteigenden, die Feststoffteilchen transportierenden Gasbläschen an der Oberfläche zerplatzen, wonach die Teilchen wieder absinken, bis sie von neuen Gasbläschen erneut an die Oberfläche getragen werden.

[0019] In vielen Fällen gelingt es, die Feststoffteilchen in der zum Füllen des Behälters mit der vorgegebenen Lösungsmittelmenge benötigten Zeit restlos aufzulösen. Ist das nicht der Fall, kann anschließend die Lösung im Kreislauf geführt werden, bis auch der Feststoffrest aufgelöst ist. So ist es beispielsweise möglich, eine konzentrierte Polyphosphatlösung in wenigen Minuten in einfacher Weise herzustellen, wie sie als Kalkschutz für Leitungsrohre in der Wasseraufbereitung eingesetzt wird.

[0020] Da das Verfahren sowohl in einem strömenden, als auch in einem turbulent bewegten Medium durchgeführt werden kann, kann die nach Art eines Ejektors mit nachgeschalteter Eingabestation für den Feststoff ausgebildete Mischvorrichtung dem Vorratsgefäß für die fertige Lösung vorgeschaltet oder in diesem angeordnet sein.

[0021] Es ist hier an eine Grundausbildungsform eines Ejektors gedacht, bei dem vor der Lösungsmitteldüse ein Eintritt für das zuzumischende Gas vorhanden ist, das vom Lösungsmittelstrom mitgerissen in einen erweiterten, vorzugsweise zylindrischen Kanal gelangt, in dem oder hinter dem die Feststoffkomponente eingebracht wird.

[0022] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Lösungsbehälter mit Mischvorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 die Ejektorvorrichtung des Gegenstandes der Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Einfülltrichter im Längsschnitt,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in Draufsicht.

[0023] Der in Fig. 1 dargestellteLösungsbehälter 1 dient der Herstellung eines Vorrats an konzentrierter Polyphosphatlösung zur Aufbereitung des Trink- und Brauchwassers eines Gebäudes. Der zylindrische Behälter 1 ist über eine Lösungsmittelleitung 2 und ein Absperrventil 3 an eine Wasserleitung 4 angeschlossen. Die Leitung 2 ist in einem senkrechten, zentralen Mantelrohr 5 bis in den Bodenbereich des Behälters 1 konzentrisch geführt. An ihrem unteren Ende ist die Leitung 2 mit einem Düsenkopf 6 und das Mantelrohr 5 mit einem Ausgangskopf 7 verbunden, wobei die von der zentralen Bohrung⁸des Düsenkopfes 6 ausgehenden, radialen Düsen 9 mit den ihren Mündungen gegenüberliegenden zylindrischen Bohrungen 10 des Ausgangskopfes 7 einen Ejektorenkranz bilden. Im Bereich der Düsen 9 hat der Düsenkopf 6 einen geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Rohres 5, so daß ein Ringraum 11 zwischen dem Ausgang der Düsen 9 und dem Eingang der Bohrungen 10 vorhanden ist. An seiner Unterseite ist der Düsenkopf 6 mit dem Ausgangskopf 7 fest verbunden. Das Mantelrohr 5 ist an seinem oberen Ende mit der Deckelwand 12 des Behälters 1 fest verbunden und weist in diesem Bereich eine gegebenenfalls verschließbare öffnung 13 auf.

[0024] Die Einfüllstation für den Feststoff besteht aus einer öffnung in der Deckelwand 12 des Behälters 1, in die der Einfülltrichter 14 eingesetzt werden kann. Die Ausgangsöffnung 15 des Trichters 14 ist durch sich kreuzende Stege 16 unterteilt, so daß sich Teilöffnungen 17 darin bilden, wobei die Stege 16 dachartig ausgebildetsind und die Neigung ihrer Oberflächen 18 der Neigung der Innenfläche 19 des Trichters 14 entspricht.

[0025] Die Mischvorrichtung arbeitet wie folgt. Nach öffnen des Ventils 3 strömt Wasser über die Leitung 2 in den Behälter 1. Hierbei saugen die aus den Düsen 9 austretenden Wasserstrahlen aus dem Ringraum 11 Luft an, die im Wasserstrahl'zu feinen Bläschen verteilt mit diesem durch die Bohrungen 10 im Behälter 1 austritt.

[0026] Es kann bereits jetzt mit der Phosphateingabe begonnen werden, jedoch ist es vorteilhaft damit zu warten, bis der Wasserspiegel etwas angehoben ist und etwa über der Höhe der Bohrungen 10 steht. Da die Feststoffe in einer verhältnismäßig kurzen Zeit aus dem Trichter 14 auslaufen und bei geringem Wasserstand die Transportwirkung der Luftbläschen geringer ist, andererseits die Turbulenz des Wassers keine ausreichende Lösungsgeschwindigkeit bewirkt, ist bei zu niedrigem Wasserstand die Gefahr einer leichten Klumpenbildung nicht völlig auszuschließen. Andererseits ist die für das Füllen des Behälters mit Wasser erforderliche Zeit wesentlich länger, als die Eingabezeit der Phosphate, so daß keine Veranlassung besteht, die Phosphateingäbe zu übereilen. In der Praxis können alle notwendigen Handgriffe von einer einzigen Bedienungsperson bequem nacheinander ausgeführt werden.

[0027] Die in der Ausgangsöffnung 15 des Einfülltrichters 14 eingebauten Stege 16 haben sich als ausreichend erwiesen, um ein genügend verzögertes, gleichmäßiges Einlaufen des Phosphats in feinverteiltem Strom sicherzustellen. Der Trichter braucht nicht die gesamte zuzugebende Phos^phatmenge aufnehmen zu können, er kann portionsweise gefüllt werden.

[0028] Nach erfolgter Phosphatzugabe bedarf es noch einer längeren Zeit, bis der Rest des benötigten Wassers eingelaufen ist. Während dieser Zeit werden die Phosphatteilchen weiter von den Luftbläschen zur Oberfläche getragen, wo die Bläschen zerplatzen, die noch nicht gelösten Phosphatpartikel wieder absinken, bis sie auf ein weiteres Luftbläschen treffen, von dem sie wieder hochgetragen werden. Da hierbei die Phosphatpartikel mit immer neuen Teilen der entstehenden Lösung in Kontakt kommen, wird deren Auflösung bedeutend beschleunigt.

[0029] Ist die erforderliche Wassermenge eingelaufen, liegt in der Regel bereits eine gebrauchsfertige Lösung vor. Der Trichter 14 kann entfernt und die öffnung, sowie das Ventil 3 geschlossen werden. Nun füllt sich das Rohr 5 mit Lösung und das Rohr 2 kann an ein Dosiergerät angeschlossen werden und wirkt als Saugrohr über das die Lösung entnommen und dem Wasser in der Wasserleitung 4 zugegeben werden kann (nicht dargestellt). Selbstverständlich kann auch ein gesondertes Saugrohr z.B. durch die öffnung für den Trichter 14 eingeführt werden. Ebenso kann der Behälter 1 ein integraler Bestandteil eines Dosiergerätes sein oder so angeordnet werden, daß die Lösung durch einen Ausgang im Boden entnommen werden kann. Ebenso können die Ejektoren im Behälterboden oder parallel im bodennahen Bereich eines z.B. viereckigen Behälters, der auch einen schrägen Boden aufweisen kann, angeordnet sein.

[0030] Zur Herstellung andersartiger Lösungen, bei der die Lösung der Feststoffe einer längeren Zeit bedarf, kann die Lösung dem Behälter entnommen und im Kreislauf dem Rohr 2 wieder zugeführt werden. Hierzu wäre eine entsprechende Zweigleitung und Pumpe erforderlich.

[0031] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Luft dem Behälter entnommen, wobei ein Teil mit dem Ansteigen des Wasserspiegels durch die Trichteröffnung entweicht. Ein Druckanstieg läßt sich erreichen, wenn man die Einfüllstation als Druckschleuse ausbildet. Natürlich kann eine Erhöhung des Druckes darüber hinaus z.B. bei zu starker Schaumbildung neigenden Chemikalien zweckmäßig sein. Umgekehrt kann, wenn die Schleuse aus anderen Gründen vorteilhaft ist, der Normaldruck im Behälter durch Anordnung einer Verbindung mit der Atmosphäre aufrechterhalten werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Lösungen schwerlöslicher und/oder zum Verklumpen neigender Stoffe durch Einbringen des Feststoffes in ein heftig bewegtes Lösungsmittel,
dadurch gekennzeichnet , daß man mindestens während der Feststoffeingabe das Lösungsmittel mit feinen Gasbläschen versetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas-Lösungsmittel-Gemisch unter hoher Strömungsgeschwindigkeit in den bodennahen Bereich eines Lösungsbehälters einbringt, wobei man das Gas durch die kinetische Energie des Lösungsmittels oder unter einem höheren als dem hydrostatischen Druck in das Lösungsmittel einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Feststoff nach Herstellen einer vorgegebenen Mindestmenge des Wasser-Gas-Gemisches eingibt und nach Einbringen der vorgegebenen Lösungsmittelmenge die Mischung bis zur vollständigen Lösung des Feststoffes im Kreislauf führt.

4. Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Anwendung in einem Lösungsbehälter (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Ejektor mit nachgeschalteter Eingabestation für den Feststoff enthält.

5. Mischvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor im bodennahen Bereich und die Eingabestation für den Feststoff im oberen Bereich des Lösungsbehälters (1) angeordnet sind.

6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabestation einen Einfülltrichter (14) aufweist, dessen Ausgangsöffnung (15) durch Stege (16) unterteilt ist.

7. Mischvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16) dachartig ausgebildet sind und die Neigung ihrer Oberflächen (18) der der Innenfläche (19) des Trichters (14) entspricht.

8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ejektoren parallel oder radial angeordnet sind.

9. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadadurch gekennzeichnet, daß die Ejektoren mit einer gemeinsamen Lösungsmittelleitung (2) und einer diese als Mantelrohr (5) mit Abstand umgebenden, konzentrischen Gasleitung verbunden sind, die eine verschließbare, mit dem oberen Behälterinnenraum'kommunizierende Öffnung (13) aufweist.

10. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsbehälter (1) absperrbar mit der Atmosphäre und die Lösungsmittelleitung (2) über eine absperrbare Zweigleitung und eine Pumpe mit dem Lösungsbehälter (1) verbunden ist.

Zeichnung