DE19932403A1

DE19932403A1 - Autoklavenanlage und Verfahren zur Autoklavenevakuierung

Info

Publication number: DE19932403A1
Application number: DE19932403A
Authority: DE
Inventors: Arnold Boroske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: DE19932403B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Autoklavenanlage, ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung, eine Injektorstrahlpumpe für eine Autoklavenanlage sowie heißdampfgehärtete Kalksandsteine, die bei der Herstellung mit einem Vakuum beaufschlagt worden sind. DOLLAR A Sowohl bei der Herstellung von Porenbetonkörpern als auch bei der Herstellung von Kalksandsteinen ist erforderlich, für bzw. nach jeder Charge Reaktionsbehälter mittels einer Vakuumeinrichtung zu entleeren. Da die Reaktionsbehälter heutzutage in der Regel ein Fassungsvermögen von 100 m 3 bis 400 m 3 aufweisen, sind erhebliche Luft- bzw. Heißdampfmengen zu bewegen. Dazu werden bisher Wasserringpumpen verwendet, was sich als nachteilig herausgestellt hat. DOLLAR A Um eine Autoklavenanlage und ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Verfügung zu stellen, durch die der Betriebs-, Investitions- und Wartungsaufwand bei der Herstellung von Baustoffen verringert werden kann, ist gemäß der Erfindung als Vakuumeinrichtung eine Injektorstrahlpumpe vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Autoklavenanlage, Verfahren zur Autoklavenevakuierung sowie eine Injektorstrahlpumpe für eine Autoklavenanlage.

In der Baustoffindustrie werden zur Herstellung von Poren betonkörpern und Kalksandsteinen Autoklaven eingesetzt.

Bei der Herstellung von Porenbetonkörpern wird in den Auto klaven gegenüber dem normalen Atmosphärendruck ein Unter druck erzeugt, um bei vor Aushärtung der Porenbetonkörper die Porenbetonkörper zu entwässern und zu entgasen. Nach dieser Einwirkung des Vakuum werden die Porenbetonrohlinge mit Heißdampf beaufschlagt, wobei etwa 12 bar Druck herrschen, was bei gesättigtem Dampf einer Temperatur von ca. 190°C entspricht. Die Materialeigenschaften der fertigen Porenbetonkörper hängen bei dieser Behandlung nicht unwesentlich von dem in dem Reaktionsbehälter (Autoklaven) herrschenden Druck bei der Vakuumbehandlung ab, wobei überlicherweise Drücke von 200 mbara bis 500 mbara gefahren werden und Temperaturen von 20°C bis 100°C herrschen.

Bei der Herstellung von Kalksandsteinen wird bisher in den Autoklaven ausschließlich mit einem gegenüber dem normalen Atmosphärendruck erhöhten Druck gearbeitet, wobei mit heißem Dampf gearbeitet wird und der Druck üblicherweise 16 bara (bar absolut) beträgt, was bei gesättigtem Dampf einer Temperatur von ca. 204°C entspricht. Bei kleinen Steinen erfordert die Behandlung 1 h Hochheizen, 4-5 h Druckhalten und 1 h Ablassen. Bei großen Steinen erfordert die Behandlung 3 h Hochheizen, 6-8 h Druckhalten und 2-3 h Ablassen.

Bei der Herstellung von Porenbetonkörpern ist es aufgrund der oben genannten Verfahrensparameter erforderlich, für jede Charge die Reaktionsbehälter mittels einer Vakuum einrichtung zu entleeren. Da die Reaktionsbehälter heut zutage in der Regel ein Fassungsvermögen von 100 m³ bis 400 m³ aufweisen, sind erhebliche Luftmengen zu bewegen.

Bei der Evakuierung von Reaktionsbehältern bei der Porenbe tonkörperherstellung werden in der Praxis als Vakuumein richtung bisher Wasserringpumpen verwendet. Um für einen schnellen Ladungswechsel kurze Evakuierungszeiten zu errei chen, werden Pumpen mit einer Anschlußleistung von 25 kW verwendet, die stündlich ca. 6-8 m³ Kühlwasser verbrau chen. Diese Pumpen müssen praktisch durchlaufen, da die Be tonkörperrohlinge ausgasen und sich in der Baustoffindu strie Behälterundichtigkeiten nicht vermeiden lassen. Die genannten Pumpen haben jedoch nicht nur hohe Verbrauchs werte, sie verursachen auch einen erheblichen Wartungsauf wand und hohe Investitionskosten bei der Errichtung von An lagen.

Für die Herstellung von Kalksandsteinen ist aus DE 197 02 430 C2 bekannt, zur schnellen Entleerung der heißdampfgefüllten Reaktionsbehälter nach der Beendigung des Härtens eine Vakuumpumpe für Dampf und Luft zu verwenden. Auch diese Pumpen erfordern hohe Betriebs-, Investitions- und Wartungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Autoklaven anlage und ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Ver fügung zu stellen, durch die der Betriebs-, Investitions- und Wartungsaufwand bei der Herstellung von Baustoffen ver ringert werden kann und verringertem Aufwand Baustoffe mit verbesserten Materialeigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruch 1, 12, 14 bzw. 15.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vakuumeinrich tung eine Injektorstrahlpumpe ist. Injektorstrahlpumpen er fordern im Vergleich zu den bisher verwendeten Kreisel- und Kolbenpumpen einen erheblich geringeren Investitionsauf wand, wobei sie verschleiß- und damit praktisch wartungs frei sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, als Injektorstrahlpumpe eine Heißdampfinjektor strahlpumpe vorzusehen. Heißdampf, insbesondere Heißdampf mit einem Druck von 16 bara steht in Baustoffwerken prak tisch überall zur Verfügung und ist damit ein besonders ko stengünstig verfügbarer Energieträger. Dies gilt sowohl für die Porenbetonherstellung als auch die Kalksandsteinherstellung, da in den Werken ohnehin zum schnellen Befüllen der Reaktionsbehälter hohe Dampferzeugerleistungen installiert sind.

Zur Verwendung bei der Porenbetonkörperherstellung sollte die Injektorstrahlpumpe vorzugsweise so ausgelegt sein, daß mit ihr ein Saugdruck von 200 mbara bis 500 mbara erzielt werden kann. Um bei geringem Betriebsmittelverbrauch, ins besondere bei geringem Dampfverbrauch eine schnelles Errei chen des Betriebspunktes zu erreichen, sollte die Injektor kennlinie einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Saugleistung bis 50 mbar oberhalb des vorgegebenen Betriebspunktes, das ist bei der Herstellung von Porenbetonkörpern beispielsweise 250 mbara nur je 100 mbar Druckreduzierung einen Saugleistungs abfall von 30-50 kg/h, vorzugsweise 40 kg/h aufweist und darunter bis zum Erreichen des Betriebspunktes 50-100 kg/h, vorzugsweise 80 kg/h.

Vorzugsweise sind die Reaktionsbehälter zur Herstellung von Kalksandsteinen für einen Druck von 16 bar ausgelegt. Um durch ein wirkungsvollere Dampfbehandlung und damit verbesserte Materialeigenschaften zu erreichen, sollten die Reaktionsbehälter auch vakuumtauglich sein, da gemäß einer bevorzugten Verfahrensauslegung die Kalksandsteine vor der Dampfbeaufschlagung mit Vakuum beaufschlagt werden sollen.

Für die Herstellung von Porenbetonkörpern sollten die Reaktionsbehälter nach unten für Drücke von 0,2 bis 0,5 bar, insbesondere 0,25 bar und nach oben für 12 bar ausgelegt sein.

In die Autoklavenanlage sollte ein Dampferzeuger integriert sein, wobei aus Gründen des Umweltschutzes eine Rückführung des beim Betrieb der Injektorstrahlpumpe anfallenden Kon densats vorgesehen sein sollte, auch wenn der Dampfver brauch der Injektorstrahlpumpe je Arbeitszyklus bei 120 m³ bis 300 m³ großen Reaktionsbehältern zur Erzielung eines Betriebsdruckes von 200 mbara vorzugsweise nur ca. 250 kg Dampf beträgt.

Wenn der abzusaugende Behälterinhalt heiß ist, was insbesondere bei der Dampfbehandlung der Fall ist, oder auch nur sehr warm ist, was bei der Vakuumbehandlung der Fall sein kann, sollte in der Leitung von dem Reaktionsbehälter zu der Injektorstrahlpumpe ein Kühlaggre gat vorgesehen sein, welches mit Luft oder Wasser betrieben werden sollte.

Um die Anlage hinsichtlich des Energieverbrauchs zu opti mieren, sollte hinter der Injektorstrahlpumpe ein Wärmetau scher vorgesehen sein, um Kesselspeisewasser für den Dampferzeuger vorzuwärmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung einer Injektorstrahlpumpe zur Autoklavenevakuierung aus. Dadurch lassen sich die Autoklaven mit geringem Aufwand in kurzer Zeit entleeren, was nicht nur Zeit und damit Kosten spart sondern auch zu besseren Baustoffqualitäten, insbesondere zu leichteren Porenbetonkörpern führt. Durch die wirkungsvollere Entwässerung und Entgasung der Rohlinge kann anschließend der Heißdampf besser Wirken, wodurch die besseren Baustoffqualitäten erzielt werden, was sowohl für die Porenbetonkörper als auch die Kalksandsteine gilt.

Unabhängig von dem zuvor beschriebenen Verfahren und den zuvor beschriebenen Anlagen wird auch für die gemäß dem Verfahren hergestellten Kalksandsteine Schutz begehrt, da sich in den verbesserten Kalksandsteinen die Wirkung des Verfahrens in besonderer Weise manifestiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Autoklavenanlage,

Fig. 2 ein Injektorpumpengehäuse für die Injektorstrahl pumpe in Fig. 1,

Fig. 3 eine in dem Injektorpumpengehäuse in Fig. 2 einzuset zende Injektordüse und

Fig. 4 Injektorkennlinien.

Die in Fig. 1 gezeigte Autoklavenanlage 10 ist zur Herstel lung von Porenbetonkörpern vorgesehen weist drei druck dichte Reaktionsbehälter 12, 14, 16 auf, in welche chargen weise auszuhärtende Rohlinge eingebracht werden. Die Reaktionsbehälter 12, 14, 16, die jeweils ein Volumen von 160 m³ aufweisen, können selektiv über eine Evakuierungs leitung 18 an eine Injektorstrahlpumpe 20 angeschlossen werden. Ein Kühlaggregat ist mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet.

Die Injektorstrahlpumpe 20, die in den Fig. 2 und 3 im De tail gezeigt ist und deren Kennlinie sich in Fig. 4 findet, ist über eine Heißdampfversorgungsleitung 22 an einen Dampferzeuger 24 angeschlossen, welcher Heißdampf mit einem Druck von 15 bar liefert. Über eine Abdampfleitung 26, in welcher ein Wärmetauscher 28 zur Frischwasservorwärmung vorgesehen ist, wird der Abdampf von der Injektorstrahl pumpe 20 über eine Kondensataufbereitungsvorrichtung 30 in dem Dampferzeuger 24 zurückgeführt.

Die Injektorstrahlpumpe 20 weist ein in Fig. 2 gezeigtes Pumpengehäuse 32 mit einer Ansaugkammer 34 und einem Diffu sor 36 auf, welcher an einem ersten Flansch 38 endet, der zum Anschluß der Abdampfleitung 26 vorgesehen ist. Ein an der Betriebsmitteleintrittsseite vorgesehener zweiter Flansch 40 weist einen eingedrehten Sitz 42 für eine in Fig. 3 gezeigte Düse 44 auf. Die Düse 44 und der Diffusor 36 sind miteinander fluchtend angeordnet. Ein Saugrohran schlußstutzen 46, an welchem die Evakuierungsleitung 18 an zuschließen ist, mündet unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Längserstreckung der Düse 44 in die Ansaugkammer 34.

Die in der in Fig. 1 eingebaute und in den Fig. 2 und 3 ge zeigte Injektorstrahlpumpe 20 ist zur Evakuierung eines 240 m³ großen Reaktionsbehälters in 10 bis 15 Minuten auf einen Nennarbeitsdruck von 200 mbara, was einem leichten Vakuum entspricht, ausgelegt, und verbraucht 320 kg Heißdampf je Stunde. Sie weist die in Fig. 4 mit II gekennzeichnete Kennlinie auf, welche die Saugleistung in kg/h in Abhängig keit von dem in den Reaktionsbehältern erreichten Druck an zeigt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Saugleistung um so mehr abnimmt, je geringer der bereits erreichte Druck ist. Es ist ferner deutlich zu erkennen, daß die Kennlinie nicht linear ist und grob gesagt zwei Bereiche beschreibt, nämlich einen ersten Arbeitsbereich oberhalb 250 mbara, in welchem die Saugleistung nur langsam abfällt, und einen Ar beitsbereich unterhalb 250 mbara, in welchem die Sau gleistung mit abnehmendem Druck stark abfällt. Bei dem im wesentlichen konstanten Dampfverbrauch von 320 kg/h beträgt der Saugleistungsabfall bis zu dem genannten Zwischenpunkt 50 mbar oberhalb des Nennarbeitsdrucks mit zunehmendem Unterdruck 40 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung und unter halb dieses Zwischenpunktes 80 kg/h je 100 mbar Druckredu zierung.

Die weiteren gezeigten Kennlinien zeigen das Betriebsver halten anderer Injektorstrahlpumpen. Die Kennlinie I ist die einer Injektorstrahlpumpe mit 400 kg Dampfverbrauch pro Stunde. Da unabhängig von der Reaktionsbehältergröße mit etwa 80 kg Verlust durch Undichtigkeiten gerechnet werden muß, ist diese Pumpe für einen 320 m³ Reaktionsbehälter ge eignet. Die Kennlinie III ist die einer Injektorstrahlpumpe mit 240 kg Dampfverbrauch pro Stunde für 160 m³ große Reak tionsbehälter und Kennlinie IV die einer Injektorstrahl pumpe mit 160 kg Dampfverbrauch pro Stunde für 80 m³ große Reaktionsbehälter.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt ab: Zunächst werden die Autoklaven mit Porenbeton- oder mit Kalksandsteinrohlingen beschickt. Nach dem Verschließen der Autoklaven wird in diesen ein Vakuum erzeugt, indem eine mit dem Autoklaven verbundene Injektorstrahlpumpe mit Heißdampf beaufschlagt wird. Das Vakuum von etwa 0,25 bara (bar absolut) wird dabei in 15 Minuten aufgebaut. Nach einer Einwirkzeit des Vakuums von 1/2 Stunde wird der Druck in dem Autoklaven langsam durch Zuführung von Heißdampf auf 12 bar bei der Porenbetonkörperherstellung und 16 bar bei der Kalksandsteinherstellung erhöht. Der Heißdampf dringt wirkungsvoll in die Rohlinge ein, da diese durch das Vakuum entwässert und entgast sind und den Heißdampf quasi aufsaugen. Nach einem Halten der Autoklaven auf hohem Druck für 4-8 h werden die Autoklaven entleert. Dazu kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die gleiche Injektorstrahlpumpe verwendet werden. Das Abführen des Heißdampfes kann jedoch zur besseren Energieausnutzung auch über ein anderes System erfolgen. Die Entleerung erfolgt in 30-60 Minuten. Durch die bessere Entgasung und Entwässerung der Rohlinge können 10-20% kürzere Härtezeiten gefahren werden als bei der Anwendung der bekannten Verfahren auf gleiche Rohlinge.

Claims

1. Autoklavenanlage mit mindestens einem, im wesentlichen druckdichten Reaktionsbehälter (12, 14, 16) und min destens einer Evakuierungsleitung (18) sowie einer damit verbundenen Vakuumeinrichtung zur Entleerung des min destens einen Reaktionsbehälters (12, 14, 16), dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumeinrichtung eine Injektorstrahlpumpe (20) aufweist.

2. Autoklavenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) eine Heißdampfinjektor strahlpumpe ist.

3. Autoklavenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) zur Erzeugung eines Behälterdrucks (Nennarbeitsdrucks) von 200 mbara bis 500 mbara, insbesondere 250 mbara ausgelegt ist.

4. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) eine nichtlineare Kennlinie aufweist.

5. Autoklavenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) derart ausgelegt ist, daß bei vorgegebenem Betriebsmittelverbrauch die Saugleistungskurve bis zu einem Zwischenpunkt 50 mbar oberhalb eines vorgeschriebenen Nennarbeitsdrucks mit zu nehmendem Unterdruck einen Saugleistungsabfall von 30- 50 kg/h, vorzugsweise 40 kg/h je 100 mbar Druckreduzie rung und unterhalb dieses Zwischenpunktes einen Saugleistungsabfall von 50-100 kg/h, vorzugsweise 80 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung aufweist.

6. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Reaktionsbehälter (12, 14, 16) für Drücke von 0,2 bara bis 0,5 bara, insbesondere 0,25 bara ausgelegt ist.

7. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Reaktionsbehälter für Drücke von 12 bara bis 16 bara, insbesondere 16 bara ausgelegt ist.

8. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heißdampferzeuger (24) vorgesehen ist.

9. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Injektorstrahlpumpe (20) eine Kondensatrückführung (28, 26, 30) zum Dampferzeuger (24) vorgesehen ist.

10. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Injektorstrahlpumpe (20) ein Wärmetauscher (28) zur Speisewasservorwärmung vorge sehen ist.

11. Autoklavenanlage nach einem Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mindestens einen Reaktionsbehälter (12, 14, 16) und der Injektorstrahl pumpe (20) ein Kühlaggregat (48) vorgesehen ist.

12. Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Porenbetonkör per- oder Kalksandsteinherstellung, bei dem zur Erzeugung eines Vakuums in mindestens einem Reaktionsbehälter Heißdampf aus einem Dampferzeuger einer Injektorstrahlpumpe, deren Saugleitung mit dem mindestens einen Reaktionsbehälter verbunden ist, zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der aus dem mindestens einen Reaktionsbehälter abzusaugende Behälterinhalt vor dem Eintritt in die In jektorstrahlpumpe zwischengekühlt wird.

14. Injektorstrahlpumpe zur Verwendung in einer Autoklaven anlage, gekennzeichnet durch eine Auslegung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5.

15. Heißdampfgehärteter Kalksandstein, gekennzeichnet durch ein verringertes spezifisches Gewicht, welches durch Beaufschlagung der Bausteinrohlinge mit einem Vakuum vor der Heißdampfhärtung erzielt ist.

16. Heißdampfgehärteter Kalksandstein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vakuumbeaufschlagung ein Druck von 0,2 bara-0,5 bara, insbesondere 0,25 bara geherrscht hat.

17. Heißdampfgehärteter Kalksandstein nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum bei der Vakuumbeaufschlagung von einer Injektorstrahlpumpe erzeugt worden ist.