DE1199176B - Intermittierendes Verfahren zum Herstellen von Blaehton - Google Patents

Description

• Intermittierendes Verfahren zum Herstellen von Blähton Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Blähton im heißen Gasstrom, und zwar ein intermittierendes Verfahren. Ehe auf die Erfindung selbst eingegangen wird, seien einige Ausführungen über die besonderen Gesichtspunkte gemacht, die beim Blähen von Ton zu berücksichtigen sind.
• Der zum Blähen verwendete Rohton, der in Form von Granalien in eine Behandlungskammer eingegeben und dort der Einwirkung eines heißen Gasstrahles ausgesetzt wird, hat die Eigenschaft, bei Erreichen einer bestimmten Behandlungstemperatur durch Umsetzungen innerhalb des Kornes Gase frei zu machen, die das Korn aufblähen. Aus einem Korn geringer Größe und großer spezifischen Masse entsteht ein Korn von wesentlich größeren Abmessungen und entsprechend verringerter spezifischen Masse. Diese dem Blähton spezifische Eigenschaft führt zu besonderen Folgerungen für die Durchführung der Blähverfahren und die Ausbildung der Anlagen, über die noch Näheres ausgeführt werden wird. Das typische Blähverfahren, von dem eben gesprochen wurde, ist im Laufe der Entwicklung verfeinert worden. Ohne besondere Maßnahmen erhält man geblähte Granalien, die durch eine Art Verpuffung der beim Blähen entwickelten Gase eine räuhe, unregelmäßige, zerklüftete Oberfläche besitzen. Das so erhaltene Blähgut ist an sich verwendbar, hat sich aber für eine Reihe von Anwendungsfällen als nicht hinreichend befriedigend erwiesen. Man weiß nun, daß der Blähton in der Lage ist, bei Erhitzung eine glasartige Oberfläche anzunehmen. Von dieser Erscheinung wird in der Weiterbildung der ursprünglichen Blähverfahren Gebrauch gemacht in der Weise, daß man in einer ersten Stufe des Blähvorganges auf den Granalien eine plastische Glashaut bildet, die bei weiterer Erhitzung in einer zweiten Verfahrensstufe durch die im Korninneren entwickelten Gase ballonartig aufgebläht wird. Es bilden sich also im wesentlichen kugelförmige geblähte Grana- . lien mit einer geschlossenen Oberfläche, die sich bei der Verwendung in Leichtbauelementen sehr gut bewähren. Das Plastischwerden der Oberfläche der Granalien ist ein Vorgang, der bei allen neuzeitlichen Blähverfahren zu Schwierigkeiten führt, denn in diesem Zustand haben die Granalien die Neigung, zusammenzubacken und Klumpen zu bilden. Das Augenmerk ist also in jedem Fall darauf zu richten, die Granalien bis zur Beendigung des Blähvorganges soweit wie möglich getrennt voneinander zu halten. Das bedeutet mit anderen Worten, daß eine Schichtbildung mit dichter Packung vermieden werden muß. Infolgedessen ist das unter dem Namen »Sprudelbettverfahren« bekannte Verfahren zur Trocknung von Getreide u. dgl. nicht anwendbar, bei dem aus einer dichtgepackten Säule durch einen Gasstrahl ein mittlerer Kern von Granalien sprudelartig nach oben geschossen wird, dessen Granalien auf die Oberfläche der langsam nach unten wandernden Säule zurückfallen. Wenn es Tongranalien wären, die durch den heißen Gasstrahl aus der Säule herausgeschossen und hierbei plastisch werden, so würde die Säule schon nach kurzer Zeit durch Zusammenbacken der Granalien eine feste Masse sein. Einwandfrei sind Verfahren dieser Art nur dort, wo das Gut keine Neigung zum Zusammenbacken hat.
• Der Blähvorgang erfordert eine gewisse Behandlungsdauer, d. h. eine gewisse Verweilzeit des Gutes in der Behandlungskammer. Die zahlreichen Vorschläge, nach denen das Gut in einem einmaligen Durchgang durch die Behandlungskammer behandelt wird, sei es im aufsteigenden oder fallenden Strom oder auf einem einmaligen U-förmigen Weg, lassen sich praktisch nicht verwirklichen, insbesondere dann nicht, wenn das Gut unterschiedliche Körnung aufweist. Selbst bei Vorliegen gleichmäßiger Körnung ist es praktisch nicht möglich, Korngröße, Temperatur der Behandlungskammer und Gasgeschwindigkeit so fein aufeinander abzustimmen, daß die Granalien auf dem einmaligen, ihnen vorgeschriebenen Weg einwandfrei gebläht sind. Das hat die Erfahrung erwiesen. Bei ungleichmäßiger Körnung sind die Schwierigkeiten noch wesentlich größer; denn entweder ist die Verweilzeit in der Behandlungskammer für die größeren Granalien richtig, dann ist sie für die feineren zu groß, und umgekehrt.
• In der Erkenntnis der Schwierigkeiten des Blähvorganges ging man dann dazu über, den einmaligen Durchgang der Granalieri durch die Behandlungskammer durch ein sich über einen längeren Zeitraum erstreckendes Schweben der Granalien zu ersetzen, d. h. die unter dem Namen »Wirbelbettverfahren« und »Wirbelschichtverfahren« bekannten Verfahren anzuwenden. Die Granalien in einem Wirbelbett oder in einer Wirbelschicht verhalten sich analog einer kochenden Flüssigkeit. Damit war man in der Blähtechnik einen guten Schritt weitergekommen. Aber es zeigten sich dann doch störende Erscheinungen. Wenn auch die Granalien in der Schicht wirbeln, wie es der Name besagt, so ist ihre Packung doch immerhin noch groß genug, daß es zu einem Zusammenbacken kommen kann. Das ist der eine störende Faktor. Die andere Störung entsteht daraus, daß die Wirbelschicht gewissermaßen klassierend wirkt. Es tritt eine Art Entmischung ein derart, daß sich die größeren Granalien in der unteren Zone, die leichteren Granalien in der oberen Zone -der Wirbelschicht ansammeln. Die Folge davon ist, daß zwar die untere Zone Gas von der richtigen Behandlungstemperatur erhält, die obere Zone aber nicht, da sich das Gas beim Durchgang durch die untere Zone durch Wärmeabgabe an die größeren Granalien abkühlt. Die - Blähung - der kleineren- Granalien in der oberen Zone ist also nicht einwandfrei. Infolgedessen erreicht das Schüttgewicht einer geblähten Charge nicht den angestrebten Wert. Immerhin hat das Wirbelschichtverfahren den Vorteil, daß man die Verweilzeit des Gutes festlegen kann. Man setzt die Wirbelschicht so lange der Gaseinwirkung aus, wie es zur Sicherung eines gleichbleibenden Blähgrades aller Granalien nötig erscheint.
• Die unter erheblichem Aufwand an Entwicklungsarbeiten und Entwicklungskosten gewonnenen Erfahrungen und Ergebnisse waren der Anlaß, nach einem neuen Verfahren zu suchen, das in erster Linie zwei Hauptforderungen erfüllen sollte. Die Verweilzeit des Gutes in der Behandlungskammer sollte nicht wegabhängig sein, sondern unabhängig von der Bewegung der Granalien in der Behandlungskammer wählbar sein, wie es auch beim Wirbelschichtverfahren möglich ist. Eine Schichtbildung der Granalien sollte vermieden werden. Außerdem sollte das Verfahren nicht an eine weitgetriebene Klassierung des Rohgutes gebunden sein, sondern auch bei Granalien unterschiedlicher Körnung anwendbar sein.
• Die Erfüllung dieser Forderungen setzt zunächst ein intermittierendes Verfahren voraus, denn es sollte ja die Verweilzeit des Gutes in der Behandlungskammer frei wählbar sein. Die Lösung der gestellten Aufgabe wurde gemäß der Erfindung schließlich darin gefunden, daß den einzelnen Granalien des Gutes in der Behandlungskammer ohne Schichtbildung durch einen aufsteigenden heißen Gasstrahl, dessen Querschnitt nur ein Bruchteil des Kammerquerschnittes ist, eine aufsteigende und zum Eintritt des Gasstrahles zurücklaufende Zirkulationsbewegung aufgezwungen wird, die im aufsteigenden Ast durch den Gasstrahl und im abfallenden Ast außerhalb des Gasstrahls durch das Gewicht der Granalien erzeugt wird, und die so lange aufrechterhalten wird, bis die gesamte Beschickung gebläht ist, worauf diese ausgetragen wird. Da die sich in der Brennkammer ausbildenden Wirbel des Gasstrahles, der ja nicht laminar strömt, ebenfalls eine abwärts gerichtete Komponente haben, wird hierdurch die Rücklaufbewegung des Gutes unterstützt.
• Um Mißverständnisse zu vermeiden, sei darauf hingewiesen, daß nur das Blähgut diese Zirkulationsbewegung ausführt, nicht aber der Gasstrom, der vielmehr die Behandlungskammer im einmaligen Durchgar- durchströmt. Für das Verfahren gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß das vom Gasstrahl mitgenommene Gut nach Zurücklegung eines bestimmten Weges aus diesem wieder austritt, da es an den Eintritt des Gasstrahles zurückfließen soll. Das kann man beispielsweise durch eine Ablenkplatte vor dem Gasaustritt erreichen, die gleichzeitig verhindert, daß die durch Blähen spezifisch leichter gewordenen Teilchen vom Gasstrom mitgeführt werden. Man kann die Trennung von Granalien und Gasstrom aber durch eine entsprechende Gestaltung der Behandlungskammer erzielen, indem man sie nämlich als Trichter mit verhältnismäßig großem Öffnungswinkel (beispielsweise 60°) ausführt. Da infolge der starken Erweiterung die Strömungsgeschwindigkeit des am Trichterhals eintretenden Gasstrahles sehr stark zurückgeht, nimmt die auf die Granalien ausgeübte Auftriebskraft entsprechend ab, während gleichzeitig die Turbulenz des Gasstrahles zunimmt. Auf diese Weise läßt sich ein Heraustreten der Granalien aus dem Gasstrom auch ohne mechanische Mittel, wie Ablenkplatte, erzielen.
• Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung den Behandlungsvorgang in der Brennkammer und F i g. 2 ein Anlagenschema.
• In F i g. 1 sind lediglich die Brennkammer und die Brennereinrichtung dargestellt. Die Brennkammer 1 hat die Form eines Trichters mit starker Erweiterung, mit einem Trichterhals 2, in den der Gaskanal 3 mündet. 3, 4 ist das Gebläse, 5 die Brennstoffzufuhr. Die Brennereinrichtung 4, 5 ist relativ zur Brennkammer 1 so angeordnet, daß nicht die Flamme, sondern nur das heiße Gas in die Brennkammer eintreten kann. Durch den verhältnismäßig engen Trichterhals 2 wird das Brenngas in den Trichter 1 eingeführt, und zwar mit so hoher Geschwindigkeit, daß sich das Gas nicht über den ganzen Trichterquerschnitt ausbreitet, sondern der geschlossene Strahl mehr oder weniger erhalten bleibt. Wenn jetzt angenommen wird, daß eine bestimmte Menge körnigen Gutes in den Trichter eingegeben ist, so wird von ihm eine etwa dem Strahlquerschnitt entsprechende Menge vom aufsteigenden heißen Gasstrom mitgenommen und unterliegt hier der Wärmeeinwirkung. Am oberen Ende der Brennkammer trifft das Gemisch aus Gasstrom und mitgenommenem Gut auf eine Prallfläche 6 auf. Da hierdurch der Strahl verwirbelt wird, büßt er seine Auftriebskraft ein. Es entsteht eine heftige Turbulenz, unter deren Wirkung die Massenteilchen abgelenkt und aus dem Strahl herausgeführt werden. Sie werden, unterstützt von den Turbulenzwirbeln, gegen die Trichterwand geführt, rollen auf dieser ab und gelangen wieder in den Gasstrahl. Dieses Spiel dauert während der ganzen Verweilzeit des Gutes in der Brennkammer an. Es ist also nicht nur die gleiche Verweilzeit aller Körnungen in der Brennkammer sichergestellt, sondern auch die Behandlung aller Körnungen mit Gas gleicher Temperatur; denn da eine Schichtung nicht eintreten kann und das Gut in ungeordneter Verteilung dauernd in Umlauf gehalten wird, können sich unterschiedliche Temperaturzonen nicht ausbilden. Man erhält also auf diese Weise ein von der Körnung unabhängiges homogenes Gut.
• Die in F i g. 2 dargestellte Anlage ist nur eine der verschiedenen Ausbildungsmöglichkeiten und bedeutet keine Festlegung gerade auf diese Form. Soweit die Teile 1 bis 6 in Frage kommen, sind sie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert worden. Hinzugekommen ist lediglich die Prallfläche 6'.
• Die Brennkammer 1, deren Beschickung nicht dargestellt ist, ist unterhalb der Einmündung des Gaskanals 3 durch eine Absperrvorrichtung, hier der Einfachheit halber als Kegel ? dargestellt, abgeschlossen. Das Brenngas verläßt die Kammer 1 durch eine Leitung 8, durchströmt die Vortrocknung 9 für das zu behandelnde Gut und tritt bei 10 aus. Die Klappe 11 befindet sich dabei in der eingezeichneten Stellung, in der die Austragsleitung 12 abgesperrt ist.
• Die vom Gebläse 4 geförderte Luft wird über die geöffnete Klappe 12, die Kanäle 13 und 14 und die geöffnete Klappe 15 dem Brenner 16 zugeleitet. Der Kamin 17 ist durch die Klappe 18 abgeschlossen.
• Zwischen die Kanäle 13 und 14 ist die Kühlkammer 19 eingeschaltet. 20 ist eine Austragskammer, die zunächst durch den Kegel 21 abgeschlossen ist. 22 ist ein weiterer Abschlußkegel, 23 ein kegelförmiges Sieb. Wie eben gesagt, ist die Kühlkammer 19 zwischen dem Gebläse 4 und dem Brenner 16 eingeschaltet. In der Kühlkammer 19 befindet sich Gut, das in der vorangegangenen Charge behandelt wurde. Da die Kammer vom Kaltluftstrom des Gebläses 4 durchströmt wird, wird in ihr das Gut in gleicher Weise wie in der Brennkammer 1 in der Schwebe gehalten, kann also nicht zur Austragskammer 20 gelangen und gibt dabei seine Wärme an die Luft ab. Die Verbrennungsluft des Brenners 16 wird also vorgewärmt.
• Nach Aufgabe des Gutes in die Brennkammer 1 verläuft der Brennvorgang wie an Hand der F i g. 1 erläutert wurde. Jetzt sei das Gut fertig behandelt und soll ausgetragen werden. Hierzu werden zunächst die Klappen 12 und 15 geschlossen (senkrechte Stellung). Die Leitungen 13 und 14 sind jetzt abgeschaltet, und die vom Verdichter 2 geförderte Luft gelangt über die Leitung 24 unmittelbar zum Brenner 16. Infolge Wegfallens des Gasauftriebes in der Kühlkammer 19 kann jetzt das hierin befindliche Gut in die Austragskammer 20 fallen. Nun wird der Kegel 7 und gleichzeitig der Kegel 21 geöffnet, so daß das in der Kammer 20 befindliche Gut ausgetragen werden kann, während über den Kegel 7 heißes Gut aus der Brennkammer 1 in die Kühlkammer 19 fällt. Da diese jetzt nach unten durch das Sieb 23 abgeschlossen ist, kann das heiße Gut nicht in die Austragskammer 20 fallen. Gleichzeitig mit diesem Vorgang wird die Klappe 11 geschlossen (senkrechte Stellung). In der Brennkammer 1 entsteht infolgedessen ein überdruck. Da jedoch der Kegel 22 geschlossen ist, kann das Brenngas nicht nach unten durchschlagen. Infolge des Überdruckes öffnet sich die Klappe 18 am Kamin 17, und das Brenngas kann jetzt ins Freie austreten.
• Das Verschwenken der Klappe 11 hat nicht nur eine Absperrung des Gasstromes zur Folge, sondern es wird hierbei gleichzeitig die Entleerungsleitung 12 der Vortrocknungskammer 19 geöffnet, so daß vor- i getrocknetes Gut entnommen, unter Umständen gesiebt und der Brennkammer 1 zugeführt werden kann. Jetzt beginnt der Vorgang von neuem, wie beschrieben.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Intermittierendes Verfahren zur Herstellung von Blähton im heißen Gasstrom, d a d u r c h gekennzeichnet, daß den einzelnen Granalien des Gutes in der Behandlungskammer ohne Schichtbildung durch einen aufsteigenden heißen Gasstrahl, dessen Querschnitt nur ein Bruchteil des Kammerquerschnittes ist, eine aufsteigende und zum Eintritt des Gasstrahles zurücklaufende Zirkulationsbewegung aufgezwungen wird, die im aufsteigenden Ast durch den Gasstrahl und im abfallenden Ast außerhalb des Gasstrahles durch das Gewicht der Granalien erzeugt wird, und die so lange aufrechterhalten wird, bis die gesamte Beschickung gebläht ist, worauf diese ausgetragen wird.
2. 2. Anlage für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer zur Erzielung der aufgezwungenen, senkrecht in sich zurücklaufenden Zirkulationsströmung des Gutes trichterförmig gestaltet ist mit Eintritt des heißen Gases am Trichterhals in der Weise, daß das Gut durch den Eintritt zentralen Gasstromes etwa in Achsrichtung der Kammer mitgenommen wird, seine Bewegung in der Nähe des Kammerkopfes umkehrt und entlang der Trichterwandung in den Bereich des eintretenden Gasstrahles zurückfließt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungskammer (1) eine von Kaltluft durchströmte Kühlkammer (19) nachgeschaltet ist, in der das aus der Behandlungskammer (1) abgezogene Gut durch hindurchgeschickte Kaltluft gekühlt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkammer (19) eine Austragskammer (20) nachgeschaltet ist.
5. 5. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entleerung der Behandlungskammer zunächst der das Gut in der Kühlkammer (19) tragende Luftstrom umgeleitet wird, so daß das Kühlgut in die Austragskammer (20) fällt, daß hierauf die Austragskammer (20) oben absperrt und die Behandlungskammer (1) in die Kühlkammer (19) entleert wird und daß anschließend die Behandlungskammer (1) neu beschickt und die Schicht des Kühlgutes in der Kühlkammer (19) neu gebildet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 444 185, 454 402, 498 406; deutsche Auslegeschriften Nr. 1045 986, 1097 414; deutsche Auslegeschrift M 10076 IV a/12 g (bekanntgemacht am 19. 1. 1956); österreichische Patentschrift Nr. 114 147; französische Patentschriften Nr. 1116 019, 1137 417; Verfahrenstechn. Berichte, 1957, H. 1360; Chemie-Ingenieur-Technik, 1952, H.2; 1954, H.6; Europ. Techn. Informationen, 1956, S. 210.