VERFAHREN ZUM DOSIEREN UND VORRICHTUNG HIERFÜR

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen mindestens eines körnigen oder pulverförmigen Feststoffes mit mindestens einer Flüssigkeit, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Bei vielen Anwendungen, wie bei Mischungen, ist es wichtig, dass eine möglichst genaue Menge eines Stoffes bzw. ein genaues Zulaufverhältnis von miteinander zu mischenden Stoffen eingehalten wird. Dieses Problem kann in vielen Fällen mit Hilfe einer volumetrischen Dosierung gelöst werden, bei der Volumeneinheiten vorbestimmter Grösse einer Mischvorrichtung zugeführt werden. Eine volumetrische Dosierung ist jedoch ungenau, wenn die Schüttdichte des zu mischenden Feststoffes sehr unterschiedlich ist.

[0003] Nun ist an sich auch eine Gewichtsdosierung denkbar. Diese setzt aber voraus, dass die Masse als eine Schüttung insgesamt vorhanden ist, doch erschwert dies wiederum das Mischen, insbesondere bei Stoffen, die bei Zugabe von Flüssigkeit zur Klumpenbildung neigen, wie z.B. Flugasche. Zwar wäre auch die Verwendung von kontinuierlichen Waagen denkbar, doch ist bekannt, dass die Genauigkeit solcher Waagen nur sehr beschränkt ist, insbesondere weil der momentane Massenfluss in deren Auslauf unvorhergesehenen Schwankungen unterworfen sein kann, beispielsweise durch Veränderung der Schüttdichte des Feststoffes. Aber auch mit Waagen ist eine vorsichtige Dosierung erforderlich, da der jeweilige Stoff im allgemeinen zwar zugegeben, aber kaum mehr entfernt werden kann. Durch Variation der Schüttdichte des Feststoffes kann der momentane Massenfluss im Auslaufe überdies unvorhergesehenen Schwankungen unterworfen sein.

[0004] Zwar ist die Verwendung von Wirbelbetten zum Dosieren an sich bekannt. Dabei wird ein Feststoff von der Oberseite einer Wirbelschicht überlaufen gelassen. Allerdings ergibt dies noch keine zeitkonstante Dosierung, weil sich innerhalb eines Wirbelbettes meist Gasblasen bilden und teilweise auch die Festkörper unkontrollierte Bewegungen ausfahren.

[0005] Zum zeitkonstanten Dosieren ist eine Vorrichtung nach der EP-A-0531 758 (Priorität: 09.09.91; Anmeldetag: 18.08.92; Veröffentlichungstag: 17.03.93) vorgeschlagen worden, die allerdings das Problem des Zumischens nicht löst.

[0006] Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein genau dosierendes Verfahren und eine Vorrichtung hierfür zu schaffen. Welche ― ausgehend vom genannten Stand der Technik ein Mischsystem für das Zumischen mindestens einer Flüssigkeit zu mindestens einem Feststoff schaffen werden, bei dem diese Stoffe in einem vorbestimmbaren Verhältnis in Kontakt gebracht und innige vermischt werden. Gemäss der Erfindung werden daher bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Merkmale des Anspruches 1 vorgeschlagen.

[0007] Es wurde nämlich gefunden, dass die oben erwähnten Ungleichmässigkeiten in einer Wirbelschicht, die ein zeitkonstantes Dosieren beeinträchtigen, nicht über die gesamte Höhe einer Wirbelschicht vorhanden sind, vielmehr der Bodenbereich davon weitgehend verschont ist.

[0008] Eine besonders wichtige Anwendung und Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 2. Die Vermischung wird nämlich besonders homogen, wenn alle Teile der Oberfläche jedes Partikels auf Grund der Fluidisierung im Wirbelbett freigelegt sind. Gerade mit einer Flüssigkeit ergeben sich besonders homogene Mischungen auch dann, wenn der Feststoff schwierig zu mischen ist und zum Verklumpen bzw. Anbacken neigt. Somit liegen besonders günstige Voraussetzungen für das Mischen schwierig zu mischender Stoffe mit Flüssigkeiten vor. Im Rahmen der Erfindung können dabei erfindungsgemässe Dosiervorrichtungen für alle beteiligten Komponenten einer Mischung vor der Mischvorrichtung vorgesehen sein, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Flüssigkeit in den fluidisierten Stoff eingespritzt wird. Es hat sich erwiesen, dass durch diesen Verfahrensschritt eine optimale Mischung mit dem fluidisierten Stoff erreicht wird.

[0009] Für eine ökonomische und wirksame Dosierung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass dem homogenisierten Gas-Stoffgemisch vor der Mischung mit dem zweiten Stoff zusätzlich Gas zugeführt wird, wobei dieses Gas dem der Mischvorrichtung zuströmenden Gas-Feststoffstrom ummantelnd und parallel zu seiner Strömungsrichtung zugeführt wird. Durch wahlweise Veränderung dieser zusätzlichen Gaszufuhr wird eine mehr oder weniger starke "Verdünnung des Zwei-Phasen-Gemisches aus dem Wirbelbett erreicht.

[0010] Eine besonders wirkungsvolle und somit präzise Dosierung wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreicht, wenn die Geschwindigkeit des zusätzlich zugeführten, den Gas-Stoffgemischstrom ummantelnden Gases gleich gross wie die Geschwindigkeit des Gas-Stoffgemischstromes vorgesehen ist.

[0011] Für eine erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden die Merkmale des Anspruches 4 vorgeschlagen,

[0012] Besonders wirksam lässt sich die Dosierung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vornehmen, wenn an der Auslassöffnung der Wirbelbettapparatur bzw. im Bereich der Auslaufleitung eine vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildete Düseneinrichtung als Dosiereinrichtung für Mischvorgang vorgesehen ist, die Kanäle zur Einbringung von zusätzlichem Gas über eine poröse Wandung, Düsen etc. des Hohlkörpers in bzw. an die homogene Gas-Stoffmischung aufweist.

[0013] Ist es im Zusammenhang mit einem Arbeitsprozess erforderlich, dass die Mischung und Dosierung selbsttätig geregelt wird, dann wird hierzu nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Messung des Stoffinhaltes der Fluidisierten Gas-Stoffmischung die Wirbelbettapparatur und die Düseneinrichtung mit gegebenenfalls voneinander entfernt angeordneten Messstellen mit vorzugsweise elektrischen oder elektronischen Druckmesseinrichtungen bzw. Niveaufühlern ausgerüstet sind, deren Ausgangssignale einer speicherprogrammierbaren elektronischen Steuerung zugeführt sind, deren Ausgangssignale zur Steuerung von Ventilen, insb. von Wegventilen und/oder Druckbegrenzungsventilen, und vorzugsweise von einer Fördereinrichtung für die Zuführung des ersten Stoffes in die Wirbelbettapparatur zu deren Steuerung zugeführt ist.

[0014] Die beschriebene Dosiereinrichtung reicht aus, kleiner Abweichungen durch Begasung zu korrigieren; um grössere Abweichungen zu korrigieren, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Wirbelbettapparatur für ein von der speicherprogrammierbaren Steuerung steuerbares Ventil mit insb. vorwählbarem Gasdruck beaufschlagbar ist.

[0015] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.

[0016] Gemäss der Darstellung wird in eine Wirbelbettapparatur 1 Feststoff in Form von Partikeln, beispielsweise Flugasche oder ein anderes körniges oder pulverförmiges, insbesondere zur Klumpenbildung neigendes Material, aus einem vorgeschalteten Anlagenteil 20 über eine Fördereinrichtung, wie eine Schnecke 21 oder einen pneumatischen Förderer, in die Wirbelbettapparatur 1 eingespeist. Der vorgeschaltete Anlagenteil 20 kann beispielsweise Vorratsbehälter bzw. einem Abscheide- und Fördersystems bestehen, wie es etwa in der EP-A-0 168 614 beschrieben ist. Eine im Auslaufbereich des Vorratsbehälters 20 vorgesehene Auflockerungseinrichtung (nicht dargestellt) kann, wie bei Silos üblich, ein Ausfliessen der Feststoffpartikel, auch bei unterschiedlichen Füllhöhen im Vorratsbehälter 20 gewährleisten. Zur möglichst verschleissarmen Förderung der Partikel kann als Fördereinrichtung 21 insbesondere eine pneumatische Dichtstromförderung gewählt werden, wie dies auch im Falle der EP-A-0 168 614 vorgeschlagen wird. Der Ort des Einlasses 21a der Feststoffpartikel ist zweckmässig so vorgewählt, daß die Impulskräfte der aus dem Förderer 21 in die Wirbelschicht 2 eingespeisten Feststoffpartikel vernachlässigt werden können.

[0017] Durch den für das Gas (oder auch einen Dampf) durchlässigen und deshalb im allgemeinen mit Einlass-Öffnungen 11a versehenen Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 strömt Fluidisierungsgas G aus einer Leitung 19 von unten nach oben und wirbelt die eingespeisten Feststoffpartikel unter Bildung einer Wirbelschicht 2 auf. Dieser Fluidisierungsboden 11 kann als Lochboden ausgebildet sein, doch wäre auch ein Boden aus porösem Material denkbar. Das Gas kann im Falle beabsichtigter Mischungen auch bereits vom Dampf der zuzuführenden Flüssigkeit, allenfalls bloss zur Erzielung einer Vorbenetzung, gebildet sein. Mit steigender Anströmgeschwindigkeit des Gases lockert sich die Schicht mehr und mehr auf, so daß die Feststoffpartikel in diesem Zweiphasensystem kleinere und größere Ortswechsel vornehmen. Ab einer bestimmten Anströmungsgeschwindigkeit, bei der eine Schüttschicht in eine Wirbelschicht übergeht (Lockerungspunkt), ist der Druckabfall in der Schicht über deren Höhe annähernd konstant, was, wie unten beschrieben, zur besseren Beherrschung der Dosierung ausgenutzt werden kann.

[0018] Theoretisch erstreckt sich der Wirbelschichtbereich von der unteren Grenzgeschwindigkeit, der Lockerungsgeschwindigkeit, bis zu einer oberen Grenzgeschwindigkeit, die dadurch charakterisiert werden kann, daß die Schicht so sehr aufgelockert ist, daß jedes einzelne Partikel unbeeinflußt von einem benachbarten im Fluid-Strom schwebt.

[0019] Soll nun aus einer solchen Wirbelschicht 2 fluidisierter Feststoff zeitkonstant dosiert abgefördert werden, so kann dies sinnvollerweise nur aus einer möglichst homogenen Wirbelschicht heraus geschehen. Es hat sich gezeigt, dass diese Bedingung besser als bisher durch Anordnung einer Auslassöffnung 3 im Bereiche eines Bodens 11 erfüllt werden kann, jedoch durch die Einführung eines Gasstromes G mit bei solchen Wirbelbetten üblichen Gasgeschwindigkeiten deutlich verbessert wird. Denn nur dann bleiben die Feststoffpartikel auch sehr gleichmäßig in dem abzuziehenden Wirbelschichtvolumen verteilt; es treten im Idealfall keine Bindekräfte zwischen den Partikeln auf.

[0020] Die Gas/Feststoff-Mischung der Wirbelschicht 2 verhält sich weitgehend wie eine Flüssigkeit; über die Auslaßöffnung 3 im Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 kann das in der Wirbelschicht 2 homogenisiert vorliegende Gas/Feststoff-Gemisch 17 in die Auslaufleitung 4 "ausfließen".

[0021] Wenn nun ein weitgehend homogenes Gas/Feststoff-Gemisch 17 vorliegt, bei dem die einzelnen Partikel im Mittel jeweils gleichen Abstand voneinander aufweisen, so wurde gefunden, dass damit besonders günstige Voraussetzungen für das Mischen schwierig zu mischender Stoffe mit anderen Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, gegeben sind. Es wurde oben bereits erwähnt, dass der Druckabfall über die Höhe der Wirbelschicht 2 konstant ist, so dass Druckdifferenzen als Mass für die Menge der in der Wirbelschicht enthaltenen Feststoffe herangezogen werden können. Somit ist es nicht nur möglich, die Menge des vorliegenden Feststoffes quantitativ genau zu ermitteln, sondern dabei auch die Homogenität des Gas/Feststoff-Stroms zu erhalten und sogar noch zu erhöhen, d.h. damit eine qualitative Bedingung zu erfüllen, die für das gestellte Problem einen optimalen Lösungsansatz bietet.

[0022] Alle dem Wirbelbettapparat 1 zugeführten Gasmengen verlassen diesen über eine Abluftleitung 34', in welche ein Ventil 35 zur Einstellung des Druckes im Wirbelbettapparat 1 integriert sein kann. Gegebenenfalls kann in den Wirbelbettapparat 1 auch eine Einrichtung zur Vorreinigung bzw. Reinigung der Abluft eingebaut werden, welche insbesondere ein Fliehkraftabscheider (Zyklon) 36 sein kann, gegebenenfalls aber auch ein Umlenksichter, wobei der abgeschiedene Feststoff über ein verlängertes Standrohr 37 dem Wirbelbett 2 wieder zugeführt wird.

[0023] Zur Kontrolle des Feststoffinhaltes der Wirbelschicht 2 ist vorteilhaft eine Druckdifferenzmessung zwischen einer Druckmeßstelle 12' knapp oberhalb des Fluidisierungsbodens 11 und einer weiteren Druckmessstelle 12e oberhalb der Wirbelschicht 2 vorgesehen. Gegebenenfalls kann aber zur Bestimmung der Feststoffmenge in der Wirbelschicht 2 auch die Druckdifferenz zwischen Sensoren 12f und 12f' und/oder 12' herangezogen werden. Wenngleich sich diese Methoden in Ausnützung der besonderen Verhältnisse in einem Wirbelbett anbieten, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art der Messung des Feststoffinhaltes beschränkt; vielmehr könnte diese auch anderweitig, beispielsweise durch Wägezellen ermittelt werden, auf welchen die gesamte Wirbelbettapparatur 1 montiert wird.

[0024] Um nun das homogene Gas/Feststoff-Gemisch als selbst in kurzen Zeitintervallen nur geringsten unkontrollierbaren Schwankungen unterworfenen Massenstrom aus der Wirbelbettapparatur 1 zu entnehmen, ist in deren Boden 11 mindestens eine, zweckmässig zentral angeordnete, Düseneinrichtung 28 an der Auslassöffnung 3 vorgesehen. Jeder Düseneinrichtung 28 ist eine Auslaufleitung 4 zugeordnet, welche mit einem Absperrorgan 4' versehen sein kann. Durch die Zufuhr weiteren Gases wird die Dichte des Festkörperstromes in dem Zwei-Phasen-Gemisch beeinflusst und damit eine genaue Dosierung ermöglicht. Dabei ist die Geschwindigkeit des über die Düseneinrichtung 28 zugeführten Gases (das ein anderes als im Wirbelbett 2 sein kann, beispielsweise der erwähnte Dampf der zuzumischenden Flüssigkeit) zweckmässig im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit des durch die Auslassöffnung 3 tretenden Gas/Feststoff-Stromes.

[0025] Da, wie oben beschrieben, die Qualität der Dosierung des ausfliessenden Feststoffes sehr wesentlich auch durch die Homogenität des ausfließenden Gas/Feststoff-Stroms bestimmt ist, sind mögliche Instabilitätsquellen bereits in der Wirbelschicht 2 durch entsprechende Maßnahmen auszuschalten. So ist es beispielsweise durch günstige Ausgestaltung des Wirbelschichtbodens 11 möglich, die Instabilitätsgrenze zu erhöhen. Werden beispielsweise hochporöse Sinterböden mit einem mittleren Porendurchmesser von 25µm und einer Bodendicke von ca. 20mm gewählt, so strömt das Fluid fein verteilt in die Wirbelschicht ein. Schwingungsfähige Wirbelbettböden 11, die gegebenenfalls durch einen Pulsgeber in Vibrationen versetzt werden können, unterstützen diesen Vorgang. In gleicher Weise ist auch der Einsatz von Rührern möglich. Fluidisierungsgas (bzw. -dampf), das pulsierend durch den Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 einströmt, verbessert ebenfalls, gegebenenfalls zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen, die Homogenisierung der Wirbelschicht 2.

[0026] Der nicht unproblematische Bereich der Eintrittszone wird durch das Verhältnis des Durchmessers D der Auslaßöffnung 3 und der Höhe H und/oder die Bodenfläche der Wirbelschicht 2 - bei gleichbleibender Fluidisierungsgeschwindigkeit - bestimmt. So erweist sich ein Verhältnis von D:H gleich 1:2 als zweckmässiges Minimalerfordernis. Je höher die Wirbelschichthöhe H - und damit der Feststoffinhalt - gegenüber dem Durchmesser D der Auslaßöffnung 3 wird, desto besser ist die Homogenität der Wirbelschicht 2, und damit die Vorhomogenisierung des ausfließenden Gas/Feststoff-Stromes. Größere Wirbelschichthöhen H wirken außerdem dämpfend für Schwankungen, die sich aufgrund der Einspeisung der Feststoffpartikel in die Wirbelschicht über beispielsweise die Fördereinrichtung 21 ergeben können.

[0027] Ferner können vorzugsweise symmetrisch zur Auslassöffnung 3, eine oder mehrere Fluidisierungsdüsen 6 angeordnet sein, durch die über eine pneumatische Leitung 10 zusätzlich zu dem durch den Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 strömenden Gas (Pfeil G) Fluidisierungsgas in die Wirbelschicht 2 eingebracht wird. Die Fluidisierungsdüse 6 ist hier in Form eines Ringkanals mit porösem Einsatz ausgebildet, wodurch die Auslaßöffnung 3 konzentrisch zusätzlich fluidisiert werden kann. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, der Bildung von Instabilitäten, die gerade für die Eintrittszone kennzeichnend sind, in einem gewissen Maße entgegenzuwirken. Auch hat sich gezeigt, daß auf diese Weise das Einziehen von Blasen in die Auslaufleitung 4 gehemmt wird. Deshalb sollte die Geschwindigkeit des über die Fluidisierungsdüse 6 zusätzlich zugeführten Gases bevorzugt kleiner sein als die Geschwindigkeit des durch den Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 strömenden Gases. Feststoffbrücken, die sich bevorzugt gerade im Bereich der Auslaßöffnung 3 bilden, können so aufgebrochen und gelöst werden.

[0028] Der Massenstrom des ausfliessenden Feststoffes ist im wesentlichen durch die Masse des Feststoffes, welche sich gerade im Wirbelbett 2 befindet, und durch die Druckdifferenz zwischen einem Punkte über der Wirbelschicht 2 und einem Punkte im unmittelbar an die Auslaufleitung 4 nachfolgenden Anlagenteil bestimmt, wird durch Auswertung dieser Daten erfasst und kann wie folgt beeinflusst werden.

[0029] Eine ungefähre Voreinstellung des ausfliessenden Feststoff-Massenstromes wird über den Feststoffinhalt der Wirbelschicht 2 und/oder über eine Erhöhung oder Erniedrigung des Druckes oberhalb der Wirbelschicht 2 durchgeführt. Dabei wird der Feststoffinhalt, wie oben bereits dargestellt, ermittelt und über eine Steuerung bzw. Regelung 34, welche auf die Einspeisung von Feststoff in die Wirbelschicht 2 über die Fördereinrichtung 21 wirkt, geregelt.

[0030] Es ist nun besonders vorteilhaft, wenn mit Hilfe der Druckmessstelle 12e der Druck im Raume oberhalb der Wirbelschicht 2 ermittelt und dieser über die, z.B. speicherprogrammierbare, Steuerung bzw. Regelung 34 durch Betätigen eines Ventiles 35 in der Abluftleitung 34 des Wirbelbettapparates 1 und/oder über ein Ventil 33 in einer Leitung 31 durch geregelte Zugabe eines auf höherem Druckniveau befindlichen Gases (es kann dasselbe sein wie das Fluidisierungsgas oder ein anderes) geregelt werden. An Stelle des Druckes am Sensor 12e kann hiezu aber auch die Druckdifferenz zwischen diesem Sensor 12e und einer im nachfolgenden Anlagenteil, wie einem Mischer 18, befindlichen Druckmessstelle 12g herangezogen werden, was sich insbesondere dann empfiehlt, wenn der Druck in diesem Anlagenteil bzw. dem Mischer 18 verfahrensbedingten Änderungen unterworfen ist.

[0031] Wird nun, möglichst unmittelbar an die Auslassöffnung 3 anschliessend, die bereits erwähnte Gaszuführung 5, 8 vorgesehen, so ist eine Beeinflussung des Feststoff-Massendurchsatzes innerhalb extrem geringer Reaktionszeiten erreichbar. Diese ist prinzipiell durch einzelne, z.B. kranzförmig an der Leitung 4 angeordnete, Düsen realisierbar, wird jedoch vorteilhaft als zylindrischer gasdurchlässiger Hohlkörper 5, z.B. aus Keramik, ausgebildet, welcher von einem ringförmigen Begasungskanal 8 umgeben ist. Dieser wird über eine Gasleitung 10', die mit der Gasleitung 10 zu den Fluidisierungsdüsen 6 verbunden sein kann, ebenfalls mit Fluidisierungsgas beschickt - wobei Ventile 13,13', gegebenenfalls auch Wegeventile und/oder Druckbegrenzungsventile, vorgesehen sein können.

[0032] Zur Messung des austretenden Gas/Feststoff-Stromes kann möglichst nahe der Auslaßöffnung 3 in der Wandung 7 des Hohlkörpers 5 eine Druckmeßstelle 12 angeordnet sein, über die gemeinsam mit einer nahe dem Boden 11 der Wirbelbettapparatur 1 angeordneten Druckmeßstelle 12' der Differenzdruck zwischen der Wirbelschicht 2 in Bodennähe und der Auslaufleitung 4 nahe der Auslaßöffnung 3 bestimmt wird, wobei dazu gegebenenfalls ein piezoresistiver Differenzdruckaufnehmer oder zwei einzelne piezoresistive Druckaufnehmer vorgesehen sein können. Durch diese Positionierung der Druckmeßstellen 12, 12' wird erreicht, daß die Totzeit zwischen dem Eintritt des Feststoffes in die Auslaßöffnung 3 und der Messung des Feststoffmassenstroms über die Druckmeßstellen 12, 12' minimiert wird.

[0033] Diese Messung könnte selbstverständlich auch durch ein anderes Messverfahren, beispielsweise nach dem Coriolis-Prinzip realisiert werden, wodurch sich jedoch eine unerwünschte Beeinflussung des Feststoff-Massenstromes in Bezug auf Durchsatz und Homogenität ergäbe.

[0034] Die über die Differenzdruckmessung verfügbaren Meßdaten können über die schon erwähnte Steuerung 34 mit eingebautem Regler geführt werden, die wiederum die Fluidisierung und/oder Begasung des ausfließenden Gas/Feststoff-Stromes über den Begasungskanal 8 und/oder die Fluidisierungsdüse(n) 6 steuert und damit eine Regelung des Gas/Feststoff-Stromes ermöglicht.

[0035] Der zur Beeinflussung des Feststoffmassendurchsatzes notwendige Zusatz an zusätzlichem Fluidisierungsgas beträgt dabei nur einen Bruchteil des Gesamtmenge an Fluidisierungsgas, wodurch äußerst schnelle Regel- und Steuerzeiten von weniger als 100 Millisekunden möglich werden.

[0036] Das Vorsehen weiterer Druckmeßstellen 12a bis 12e ermöglicht einerseits die Kontrolle der Porosität und Homogenität der Wirbelschicht 2 über eine Druckdifferenzmessung innerhalb der Wirbelschicht 2 (12a und 12b). Andererseits kann über die Druckmeßstellen 12' und 12c, die knapp oberhalb und knapp unterhalb des Bodens 11 der Wirbelbettapparatur 1 angeordnet sind, ein Druckverlust über dem Boden 11 gemessen werden, so daß mögliche Verstopfungen des porösen Bodens 11 rechtzeitig erkannt werden.

[0037] Um zu vermeiden, daß sich feiner Feststoff aus der Wirbelschicht 2 auf den Meßmembranen von Drucksensoren absetzen kann, werden vorzugsweise kleine, feine, poröse Kunststoffilter vorgesehen, bzw. wird durch Spülung der Druckleitung mit Gas ein Eindringen von Feststoffteilchen vermieden.

[0038] Meßdaten aufgrund von Messungen der Homogenität in der Wirbelschicht 2 können sowohl über eine Nachstellung der Anströmgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases als auch über die Zuführung zusätzlichen Fluidisierungsgases, sei es über die Fluidisierungsdüsen 6, den Fluidisierungsboden 11 und insbesondere über die Gaszuführleitung 5, 8 als Regulativ für die Homogenisierung der Wirbelschicht 2 einerseits bzw. des ausfliessenden Gas/Feststoff-Stromes andererseits dienen.

[0039] Es stehen somit, um die gewünschte Dosiergenauigkeit und -schnelligkeit zu erreichen, eine Mehrzahl von Regel- bzw. Steuermechanismen zur Verfügung, deren Kombination bzw. gesonderte Anwendung einen großen Regelbereich und ausgezeichnete Regelcharakteristika bewirken.

[0040] Damit sind zwei gute Voraussetzugen für die dosiergenaue Mischung eines schwer mischbaren Feststoffes mit einer Flüssigkeit erfüllt, indem einerseits die Feststoffmenge genau bestimmt werden kann und diese anderseits in besonders günstigen Voraussetzungen für die Mischung vorliegt. Deshalb wird - als dritte Voraussetzung zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems im Anschlusse an die das Wirbelbett 1 umfassende Fluidisier- und Dosiereinrichtung eine Mischvorrichtung 18 vorgesehen, die hier nur symbolisch angedeutet ist und im Prinzip auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das Wirbelbett 1 bis zum Erreichen der Höhe H (was mittels der Sensoren in der beschriebenen Weise festgestellt wird) aufgefüllt und chargenweise in eine im Batch-Betrieb arbeitende Mischvorrichtung 18 entleert werden.

[0041] Die zuzumischende Flüssigkeit(en) werden dem System über Leitungen 40 an mindestens einem Orte zugeführt. Insbesondere ist auch die Zugabe ein und derselben Flüssigkeit gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen möglich. Dabei kann die Flüssigkeit über Sprühdüsen in den fluidisierten Feststoff eingespritzt werden, beispielsweise auch über eine hohle Mischerwelle 27 und/oder auch in flüssiger oder dampfförmiger Form direkt in die Wirbelschicht und/oder in die Düse 28, allenfalls auch nur zur Vorbefeuchtung.

[0042] In einer Flüssigkeitsleitung 40, von der zwei alternativ oder kumulativ anzuwendende Varianten gezeigt sind, befinden sich entsprechende Vorrichtungen zur gezielten Veränderung des Durchsatzes, z.B. ein Stellventil 41 und/oder eine Pumpe, sowie zur Messung der zugesetzten Flüssigkeitsmenge (Messgerät 42), welche verschiedentlich ausgebildet sein können, z.B. in Form eines magnetisch-induktiven Durchsatzmessers, eines Ultraschallmessers od. dgl.. Es ist möglich, diese Durchsatzmesser auch nur temporär zu betreiben, etwa um eine Grundeinstellung einzuregeln. Über die gemessenen Durchsätze an Flüssigkeit und Feststoff wird dann je nach den Erfordernissen des Betriebes, z.B. durch Beeinflussung des Stellventiles 41, auch eine Regelung der Flüssigkeitsmenge vorgenommen.

[0043] Wie erwähnt, kann die Mischvorrichtung auf die verschiedenste Weise ausgebildet sein. Die Anwendung eines Chargenbetriebes ist bei Flugasche deshalb günstig, weil Flugasche in der Praxis in zeitlich sehr unterschiedlichen Mengen abtransportiert wird.

[0044] Obwohl die Erfindung an Hand einer Mischvorrichtung 18 beschrieben wurde, die an sich verschieden ausgebildet sein kann, ist es ohne weiteres auch möglich, sie in anderem Zusammenhange anzuwenden, beispielsweise für das Zudosiern in Waagen. Ferner sind auch an der gezeigten Vorrichtung zahlreiche Modifikationen denkbar; so kann zur Regelung der Druckdifferenz zwischen einem Punkte oberhalb der Wirbelschicht 2 und dem Mischorgan 18 in die Abluftleitung 31 der Wirbelbettapparatur 1 ein Ventil 33 integriert sein, welches über die Druckdifferenz an den Messstellen 12f und 12g geregelt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Mischen von körnigen oder pulvrigen Stoffen mit mindestens einer Flüssigkeit, wobei unter Verwendung eines dosierenden Wirbelbettes die körnigen oder pulvrigen Stoffe vom Bodenbereich des Wirbelbettes abgezogen werden und danach als homogenisiertes Gas-Stoffgemisch der mindestens einen Flüssigkeit zudosiert und mit dieser in einer Mischvorrichtung vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in das homogenisiertes Gas-Stoffgemisch eingespritzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dosierung des homogenisierten Gas-Stoffgemisches diesem vor der Mischung mit der mindestens einen Flüssigkeit zusätzlich Gas zugeführt wird, wobei dieses Gas dem der Mischvorrichtung zuströmenden Gas- Stoffgemischstrom ummantelnd, und gegebenenfalls parallel zu seiner Strömungsrichtung, zugeführt wird, und dass vorzugsweise die Geschwindigkeit des zusätzlich zugeführten, den Gas-Stoffgemischstrom ummantelnden Gases gleich gross wie die Geschwindigkeit des Gas-Stoffgemischstromes vorgesehen ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer mindestens einen Ein- und mindestens einen Auslass besitzenden, mit einem gasdurchlässigen Fluidisierungsboden, z.B. einem Lochboden, versehenen Wirbelbettapparatur (1) zur Erzeugung eines Zwei-Phasen-Gemisches eines körnigen oder pulvrigen Feststoffes mit einem über den Fluidisierungsboden zugeführten Gas, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auslass (3) der Wirbelbettapparatur (1) an den Fluidisierungsboden (11) angeschlossen ist und in dessen Bereich mündet, dass am Auslass (3) eine Auslaufleitung (4) vorgesehen ist, die in eine Mischvorrichtung (18) mündet, der auch die mindestens eine Flüssigkeit, vorzugsweise über Sprühdüsen od.dgl., zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung zum Messen des Feststoffinhaltes des Gas-Stoffgemisches, insbesondere in der Wirbelbettapparatur (1) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass (3) der Wirbelbettapparatur (1) bzw. im Bereich der Auslaufleitung (4) eine, vorzugsweise als Hohlkörper (5) ausgebildete, Düseneinrichtung (28) als Dosiereinrichtung, insbesondere für den Mischvorgang, vorgesehen ist, die Kanäle (10) zur Einbringung von zusätzlichem Gas über eine poröse Wandung (7), Düsen oder dergleichen des Hohlkörpers (5) in bzw. an die homogene Gas-Stoffmischung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Stoffinhaltes der fluidisierten Gas-Stoffmischung die Wirbelbettapparatur (1) und die Düseneinrichtung (28) mit gegebenenfalls voneinander entfernt angeordneten Messstellen (12a bis 12f') mit vorzugsweise elektrischen oder elektronischen Druckmesseinrichtungen bzw. Niveaufühlern ausgerüstet sind, deren Ausgangssignale einer, beispielsweise speicherprogrammierbaren, elektronischen Steuerung (34) zugeführt sind, deren Ausgangssignale bevorzugt zur Steuerung von Ventilen (13, 13'), insbesondere von Wegventilen und/oder Druckbegrenzungsventilen, und vorzugsweise von einer Fördereinrichtung (21) für die Zuführung mindestens eines Stoffes in die Wirbelbettapparatur (1) und/oder in eine Mischvorrichtung zugeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelbettapparatur (1) über ein von der Steuerung (34) steuerbares Ventil (35) mit, insbesondere vorwählbarem, Gasdruck beaufschlagbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitsregelkreis (34, 40, 41) vorgesehen ist, und dass dieser vorzugsweise von dem mit dem jeweiligen Druckmesser (12-12f) an der Wirbelbettapparatur (1) verbundenen Steuer- bzw. Regelkreis (34) regelbar ist.

Claims

1. Process for mixing granular or powdery substances with at least one liquid, wherein, by use of a dosing fluidised bed, the granular or powdery substances are drawn off from the base region of the fluidised bed and then, in the form of a homogenised gas/substance mixture, are dosed to the at least one liquid, and mixed with the latter in a mixing device.

2. Process according to claim 1, characterised in that the liquid is sprayed into the homogenised gas/substance mixture.

3. Process according to one of the preceding claims, characterised in that, for dosing the homogenised gas/substance mixture, gas is additionally supplied to the latter prior to mixing with the at least one liquid, this gas being supplied to the flow of gas/substance mixture flowing to the mixing device so as to surround it and optionally parallel to its direction of flow, and in that the velocity of the additionally supplied gas surrounding the flow of gas/substance mixture is preferably provided to be of like magnitude as the velocity of the flow of gas/substance mixture.

4. Apparatus for carrying out the process according to claim 1, provided with a fluidised bed installation (1), having at least one inlet and at least one outlet, having a gas permeable fluidising base, e.g. a perforated base, for producing a two phase mixture of a granular or powdery solids substance with a gas supplied over the fluidising base, characterised in that the at least one outlet (3) of the fluidised bed installation (1) is adjoined to the fluidising base (11) and opens in the region of the latter, in that an output conduit (4) is provided at the outlet (3) which opens into a mixing device (18), to which can also be supplied the at least one liquid, preferably by way of spray nozzles or the like.

5. Apparatus according to claim 4, characterised in that a measuring device is provided for measuring the solids substance content of the gas/substance mixture, especially in the fluidised bed installation (1).

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterised in that a nozzle device (28) is provided at the outlet (3) of the fluidised bed installation (1) or in the region of the output conduit (4), preferably formed as a hollow body (5), the nozzle device (28) being provided as a dosing device, especially for the mixing action, and having channels (10) for bringing in additional gas by way of a porous wall (7), nozzles or the like of the hollow body (5), in or to the homogeneous gas/substance mixture.

7. Apparatus according to one of claims 4 to 6, characterised in that, for measuring the substance content of the fluidised gas/substance mixture, the fluidised bed installation (1) and the nozzle device (28) are equipped with measuring locations (12a to 12f'), arranged spaced apart if appropriate, with preferably electrical or electronic pressure measuring devices or level detectors, whose output signals are fed to an, e.g. memory programmable, electronic control (34) whose output signals are fed preferably for the control of valves (13, 13'), especially directional control valves and/or pressure control valves, and preferably for the control of a conveying device (21) for the supply of at least one substance into the fluidised bed installation (1) and/or into a mixing device.

8. Apparatus according to one of claims 4 to 7, characterised in that the fluidised bed installation (1) can be subjected to gas pressure, especially pre settable gas pressure, by way of a valve (35) controllable by the control (34).

9. Apparatus according to one of claims 4 to 8, characterised in that a liquid regulating circuit (34, 40, 41) is provided, and that the latter can be regulated, preferably by the control or regulating circuit (34) connected to the respective pressure gauge (12-12f) on the fluidised bed installation (1).

Revendications

1. Procédé destiné à mélanger des matières granuleuses ou pulvérulentes à au moins un liquide, selon lequel en mettant en oeuvre un lit fluidisé de dosage, les matières granuleuses ou pulvérulentes sont soulevées de la zone de fond du lit fluidisé et sont ensuite additionnées de manière dosée, en tant que mélange homogénéisé de gaz et de matière, audit au moins un liquide, et sont mélangées à celui-ci dans un dispositif mélangeur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide est pulvérisé dans le mélange homogénéisé de gaz et de matière.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour le dosage du mélange homogénéisé de gaz et de matière, on ajoute à celui-ci en supplément un gaz, avant le mélange audit au moins un liquide, ce gaz étant amené à l'écoulement du mélange de gaz et de matière s'écoulant vers le dispositif mélangeur, de manière à envelopper cet écoulement, et, le cas échéant, parallèlement à la direction d'écoulement, et en ce que la vitesse du gaz amené en supplément, qui enveloppe l'écoulement du mélange de gaz et de matière, est de préférence prévue pour être de même grandeur que la vitesse de l'écoulement du mélange de gaz et de matière.

4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant au moins un appareillage à lit fluidisé (1) possédant une entrée et au moins une sortie et pourvu d'un fond de fluidisation, par exemple un fond perforé, pour produire un mélange à deux phases d'une matière solide granuleuse ou pulvérulente avec un gaz amené par l'intermédiaire du fond de fluidisation, caractérisé en ce que ladite au moins une sortie (3) de l'appareillage à lit fluidisé (1) est raccordée au fond de fluidisation (11) et débouche dans la zone de celui-ci et en ce qu'à la sortie (3) est prévue une conduite d'évacuation (4) qui débouche dans un dispositif mélangeur (18) auquel peut également être amené ledit au moins un liquide, de préférence par l'intermédiaire de buses de pulvérisation ou analogues.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu, notamment dans l'appareillage à lit fluidisé (1), un dispositif de mesure destiné à mesurer le contenu en matière solide du mélange de gaz et de matière.

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'à la sortie (3) de l'appareillage à lit fluidisé (1), voire dans la zone de la conduite d'évacuation (4), est prévu un système à buses (28) se présentant sous la forme de corps creux (5), faisant office de dispositif de dosage, notamment pour l'opération de mélange, et comportant des canaux (10) pour l'introduction de gaz supplémentaire dans ou contre le mélange homogène de gaz et de matière, par l'intermédiaire d'une paroi poreuse (7), de buses ou d'éléments similaires du corps creux (5).

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que pour mesurer le contenu en matière du mélange de gaz et de matière fluidisée, l'appareillage à lit fluidisé (1) et le système à buses (28) sont équipés de zones de mesure (12a à 12f'), le cas échéant disposées de manière éloignée les unes des autres, et comportant des systèmes de mesure de pression ou des sondes de niveau de préférence électriques ou électroniques, dont les signaux de sortie sont transmis à une commande électronique (34), par exemple à mémoire programmable, dont les signaux de sortie sont à leur tour transmis, pour leur commande, à des soupapes (13, 13'), notamment des distributeurs et/ou des soupapes de limitation de pression, et de préférence à un dispositif de transport (21) pour l'amenée d'au moins une matière dans l'appareillage à lit fluidisé (1) et/ou dans un dispositif mélangeur.

8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'appareillage à lit fluidisé (1) peut être alimenté, par l'intermédiaire d'une soupape (35) susceptible d'être commandée par la commande (34), en pression de gaz pouvant notamment être présélectionnée.

9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit de régulation du liquide (34, 40, 41), et en ce que celui-ci peut de préférence être régulé par le circuit de commande et de régulation (34) relié à l'appareillage à lit fluidisé (1) par les dispositifs de mesure de pression ou manomètres respectifs (12 - 12f).

Zeichnung