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"Einrichtung zur innigen Vermischung
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von zwei Stoffkomponenten, von denen zumindest eine flüssig ist."
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur innigen Vermischung von zwei Stoffkomponenten,
von denen zumindest eine flüssig ist, bestehend aus einem stehenden zylindrischen
Behälter, der an seinem einen Ende einen Einlauf für die eine Stoffkomponente, an
seinem anderen Ende einen Ablauf der Mischlösung und an einem Ende einen Einlauf
für die zweite Stoffkomponente aufweist und durch angenähert horizontal angeordnete
Zwischenböden in übereinanderliegende Kammern unterteilt ist, die über in den Zwischenböden
vorgesehene Durchlaßöffnungen untereinander in flüssigkeitsaustauschender Verbindung
stehen und von Rührelementen beaufschlagt werden,die an einer angetriebenen, lotrecht
und zentrisch durch den Behälter geführten Welle befestigt sind, in angenähert horizontalen
Ebenen umlaufen und durch eine Teilstromrückführung von Mischlösung entgegen der
Durchströmrichtung der Mischlösung vom Einlauf zum Ablauf eine Vermischung der Mischlösung
der einen Kammer mit der Mischlösung der benachbarten Kammer bewirken, nach Patent
.. .. ... (Aktenzeichen P 28 33 348.4).
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Eine derartige Ausführungsform entspricht dem Vorkalkungsgefäß von
Naveau ("Technologie des Zuckers", Verlag M. & H. Schaper Hannover 1968, Seite
271). Dieses vorbekannte Vorkalkungsgefäß besteht aus einem stehenden zylindrischen
Gefäß mit einer lotrechten Welle und ist durch horizontale Zwischenböden, die eine
zentrale öffnung und mehrere Öffnungen am Umfang besitzen, in Kammern unterteilt.
An der lotrechten Welle sind in jeder zweiten Kammer große Schaufeln montiert, die
beim Rotieren einen Saftstrom zentrifugal durch die Kammer und die äußeren Öffnungen
in die oben und unten liegenden, schaufellosen Nachbarabteile befördern, wo er sich
mit dem vorhandenen Saft vermischt. Aus diesen schaufellosen Kammern, die mit kurzen
Rührarmen ausgestattet sind, fließt der Saft durch die zentralen Öffnungen der Zwischenböden
in die benachbarten Kammern zurück. Der Rohsaft tritt tangential oben in die erste
Kammer ein. Der für die Aufbereitung erforderliche Kalk wird proportional zur Abflußmenge
unten in die letzte Kammer eingeführt, aus der auch der fertig aufbereitete Saft
abgepumpt wird.
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In derartigen Einrichtunyen wird der in der Extraktion gewonnene Rohsaft
in etwa sieben, durch die einzelnen Kammern gebildete Stufen von einem pH-Wert von
6,4 durch Zugabe von etwa 0,15 bis 0,2 % CaO auf einen Wert von 11,8 angehoben.
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Diese Steigerung des pH-Wertes soll in einer Gesamtzeit von ca. 16
bis 20 Minuten erfolgen. Diese exakte Einhaltung dieser Zeit ist von großer Bedeutung
für den Aufbereitungsprozeß.
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Bei der eingangs erläuterten Einrichtung wird durch die innere Zirkulation,
die in den Kammern mit Schaufeln in zentrifugaler Richtung und in den schaufel losen
Kammern in zentripetaler Richtung erfolgt, ein Rückfluß von aufbereitetem Saft nach
oben erreicht, so daß die pH-Stufen von unten
nach oben gemäß dem
Prinzip der progressiven Vorkalkung durchlaufen werden. Diese Stufen sind von der
Umdrehungszahl abhängig und können ebenso wie die Durchlaufzeit und die Verbindungsöffnung
zwischen den Kammern berechnet werden.
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Der wesentliche Nachteil der vorbekannten Einrichtung gemäß dem System
Naveau liegt in der schwierigen Einstellbarkeit der pH-Wertes in den einzelnen Kammern.
In der Praxis werden daher nahezu ausschließlich Vorkalkungseinrichtungen nach dem
System Brieghel-Müller verwendet (a.a.O. Seite 270). Es handelt sich hier um einen
im Querschnitt angenähert U-förmig ausgebildeten, oben offenen, horizontal liegenden
Trog.
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Ein Vorzug dieser bekannten Einrichtung liegt in der einfachen Einstellbarkeit
der pH-Werte. Von großem Nachteil ist hingegen die Notwendigkeit, diese Anlage aus
wärmetechnischen Gründen innerhalb des Fabrikgebäudes aufzustellen. Nachteilig ist
ferner der große, durch die liegende Anordnung bedingte Raumbedarf.
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Der Erfindung gemäß dem Hauptpatent lag die Aufgabe zugrunde, die
eingangs erläuterte Einrichtung hinsichtlich der Teilstromrückführung zu verbessern,
um dadurch in den einzelnen Kammern exaktere pH-Werte zu erreichen. Angestrebt wurde
also eine Verbesserung der Vermischung zweier flüssiger Stoffkomponenten.
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In Überordnung zu dem Hauptpatent liegt der Erfindung gemäß Zusatzanmeldung
die Aufgabe zugrunde, durch weitere Ausbildung der Einrichtung gemäß Hauptpatent
unter Ausnutzung der verbesserten innigen Vermischung zweier Stoffkomponenten den
Einsatzbereich derartiger Einrichtungen zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Rührelemente
für die Teilstromrückführung durch ein Rohrsystem gebildet sind, das aus mehreren,
angenähert winkelförmig ausgebildeten und jeweils zwei Kammern miteinander verbindenden
Rohren besteht, von denen jedes Rohr mit seinem einen, eine Ansaugöffnung aufweisenden
Ende eines angenähert lotrecht verlaufenden Rohrschenkels in die eine der beiden
Kammern und mit dem eine Ausströmöffnung aufweisenden Ende seines angenähert horizontal
verlaufenden Rohrschenkels in die andere der beiden Kammern mündet.
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Wesentlich für dieses neue System ist die Differenz zwischen den radialen
Abständen der Ansaugöffnung sowie der Ausströmöffnung von der zentralen Drehachse.
Bezeichnet man den radialen Abstand der Ansdugöffnung mir r1 und den der Ausströmöffnung
mit r2, dann stellt sich bei einem um die genannte lotrechte Achse rotierenden Winkelrohr
gemäß der Erfindung an den genannten Öffnungen ein Differenzdruck ein nach der Beziehung
Demnach arbeitet das neue System für die Teilstromrückführung strömungstechnisch
nach dem Prinzip einer Kreiselpumpe.
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Dabei ist die zu fördernde bzw. umzuwälzende Menge über die Drehzahl
der lotrechten Antriebswelle bzw. über die Veränderung des Ansaugquerschnitts in
besonders einfacher Weise einzustellen. Es ist daher gemäß der Erfindung vorteilhaft,
wenn die Ansaugöffnung ein ihren Ansaugquerschnitt veränderndes Regelorgan aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es nicht wesentlich, daß der lotrecht
und zentrisch durch den Behälter geführte Antrieb für das Rohrsystem durch eine
Welle gebildet wird. Es wäre z.B.
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möglich, die Welle durch eine einen hohlen Innenraum aufweisende Gitterkonstruktion
zu ersetzen, in die sich die einzelnen Winkelrohre besonders einfach einhängen ließen.
Wesentlich ist allein, daß alle Winkelrohre mit einem zentralen Antrieb drehfest
verbunden sind.
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Ferner ist es im Rahmen der Erfindung nicht wesentlich; daß die das
Rohrsystem bildenden Rohre jeweils exakt winkelförmig ausgebildet sind. Entscheidend
ist vielmehr, daß die Ausströmöffnung einen-größeren radialen Abstand von der Rotationsachse
aufweist als die Ansaugöffnung, und daß jedes Rohr um eine lotrechte Achse rotiert.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion lassen sich die Verstellmechanismen
für die den Ansaugquerschnitt verändernden Regelorgane in besonders einfacher Weise
anordnen. So läßt sich beispielsweise ein Gestänge von unten durch den hohl ausgebildeten
zentralen Antrieb nach oben zu den einzelnen Regelorganen führen. Die eigentlichen
Verstelleinrichtungen für das Gestänge können dann auf dem den Behälter aufnehmenden
Fundament angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, unmittelbar im Bereich
jedes Regelorganes an dem Rohr selbst oder aber an dem zentralen Antrieb einen pneumatisch
oder hydraulisch zu betätigenden, wartungsfreien Verstellzylinder anzuordnen.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion fördert jedes um die lotrechte
Drehachse rotierendes Winkelrohr einen exakt einstellbaren Teilstrom von einer unten
liegenden Kammer in eine darüber liegende Kammer.
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Die Einrichtung läßt sich besonders vorteilhaft zur Herstellung von
Kalkmilch einsetzen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn am oberen Ende des zylindrischen
Behälters ein Einlauf für gebrannten Kalk sowie ein Ablauf für die Kalkmilch und
am unteren Ende des Behälters ein Einlauf für Wasser sowie eine Entnahme für körnige
Bestandteile vorgesehen sind, wobei die horizontal verlaufenden Rohrschenkel jedes
Rohres in der jeweils oberen der beiden zugeordneten Kammern umläuft.
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Durch innige Vermischung des Wassers mit dem gebrannten Kalk entsteht
Kalkmilch. Da mit dem gebrannten Kalk auch körnige Bestandteile mitgeführt werden,
ist es von großer betriebswirtschaftlicher Bedeutung, diese körnigen Bestandteile
aus Kalkmilch abzuscheiden, bevor letztere einem weiteren ,prozeß zugeführt wird,
da andernfalls an den nachgeschaltejten Armaturen, Pumpen, Rohrleitungen u.dgl.
ein erheblicher Verschleiß entstehen würde. Das Abscheiden dieser körnigen Bestandteile
aus der Kalkmilch ist mit der erfindungsgemaßen Einrichtung besonders einfach und
betriebssicher durchzuführen: Es ist lediglich darauf zu achten, daß innerhalb des
Behälters die Steiggeschwindigkeit des unten in den Behälter eingeführten Wassers
niedriger liegt als die Sink-.geschwindigkeit der körnigen Bestandteile. Sind die
in den Zwischenböden vorgesehenen Durchlaßöffnungen in zweckmäßiger Weise am Umfang
der Zwischenböden angeordnet, die ihrerseits ;n vorteilhafter Weise leicht konisch
ausgebildet sein können,
dann wandern die körnigen Bestandteile
an der Innenwandung des Behälters entlang von Kammer zu Kammer nach unten, wobei
sie von dem von unten nach oben fließenden Wasser von anhaftendem, nutzbaren Kalk
befreit werden. Die sich in der Nähe der Eintrittsstelle des Wassers auf dem sich
zweckmäßig nach unten konisch verjüngenden Boden des Behälters sammelnden körnigen
Bestandteile können hier über die genannte Entnahme abgezogen werden.
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Der große Vorteil dieser Einrichtung liegt also darin, daß in einer
einzigen Vorrichtung die Kalkmilch hergestellt und die mitgeführten körnigen Bestandteile
kalkfrei abgeführt werden können. Dabei sorgt das erfindungsgemäße umlaufende Rohrsystem
für eine gute Durchmischung, wobei durch die Förderwirkung der einzelnen Rohre eine
zusätzliche Umwälzung in Strömungsrichtung des Wassers, also von unten nach oben
erfolgt. Da die Ansaugöffnungen der Rohre jeweils in der Behältermitte liegen, wird
die angesaugte Mischlösung jeweils frei von körnigen Bestandteilen in die darüber
liegende Kammer gefördert, von wo sie dicht neben der Behälterinnenwandung aus dem
sich auf einer Kreisbahn bewegenden Rohraustritt und zum Teil mit den in diesem
Bereich nach unten sinkenden körnigen Bestandteilen nach unten fließt.
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Hierdurch ist ein besonderer Wascheffekt der körnigen Bestandteile
sowie eine besondere Förderwirkung auch der feinsten Körner in Richtung zum Behälterboden
gewährleistet.
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Die neue Einrichtung kann auch in vorteilhafter Weise zur Auflösung
von Zucker verwendet werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn am oberen Ende
des zylindrischen Behälters ein Einlauf für Zucker sowie für Löseflüssigkeit und
am unteren Ende des Behälters ein Ablauf für die Kläre
vorgesehen
sein, wobei die horizontal verlaufenden Rohrschenkel jedes Rohres in der jeweils
oberen der beiden zugeordneten Kammern umläuft.
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Dabei kann für Zucker und Löseflüssigkeit jeweils ein sepa-:rater,
oder aber ein für beide Stoffkomponenten gemeinsamer Einlauf vorgesehen sein.
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In der Zuckerindustrie wird bei der Gewinnung des Zuckers aus Saft
in normaler Weise drei hintereinander folgenden Verfahrensschritten der Zucker gewonnen.
Bei dem zweiten Verfahrensschritt (Rohzucker 2) wird der Zucker aus dem Zentrifugenablauf
des ersten Verfahrensschrittes (Weißzucker 1 oder 2) beim dritten Verfahrensschritt
(Nachprodukt) der Zucker aus dem Zentrifugenablauf des zweiten Verfahrensschrittes
gewonnen. Der so gewonnene Zucker des zweiten und dritten Verfahrensschrittes wird
wieder aufgelöst, wobei die so gewonnene Kläre im ersten Verfahrensschritt zu Weißzucker
mitverarbeitet wird.
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Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Zucker oberen
Bereich des zylindrischen Behälters zusammen mit der Löseflüssigkeit, die z.B. Kondensat
sein kann, aufgegeben.
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Dabei beginnt sofort der Auflösevorgang, wobei Kondensat und Zucker
durch das sich drehende Rührwerk vermischt werden.
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Die vollständige Auflösung selbst erfolgt in der von der Durchsatzmenge
und dem Behältervolumen vorgegebenen Aufenthaltezeit. Durch das Rohrfördersystem
wird eine Teilmenge der aus Zucker und Löseflüssigkeit bestehenden Mischlösung jeweils
von einer unteren Kammer in die darüberliegende Kammer und somit entgegengesetzt
der allgemeinen Fließrichtung gefördert. Dadurch ergibt sich eine besonders gute
Durchmischung
und gleichmäßige Auflösung des Zuckers. Dies kann noch dadurch intensiviert werden,
daß die in den Zwischenböden vorgesehenen Durchlaßöffnungen abwechselnd nur am Umfang
bzw. nur im Zentrum der Zwischenböden angeordnet sind.
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In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung einen
Vertikalschnitt durch eine Einrichtung zur Herstellung von Kalkmilch; Figur 2 in
einer Darstellung gemäß Figur 1 eine Einrichtung zur Auflösung von Zucker und Figur
3 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt gemäß der Linie lII-III in Figur 2.
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Gemäß Figur 1 besteht die dargestellte Einrichtung aus einem stehenden
zylindrischen Behälter 1, der einen sich nach unten konisch verjüngenden Boden 2
aufweist, an dem ein Einlauf 3 für Wasser angeordnet ist. Direkt unterhalb des Behälterdeckels
4 befindet sich ein Ablauf 5 für Kalkmilch, die durch freien Überfluß austritt.
Ebenfalls direkt unterhalb des Behälterdeckels 4 ist ein Einlauf 6 für gebrannten
Kalk vorgesehen.
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Der Behälter 1 ist durch Zwischenböden 7 in acht übereinanderliegende
Kammern 8 unterteilt. Alle Zwischenböden 7 sind nach oben leicht konisch ausgebildet
und weisen lediglich an ihrem Umfang Durchlaßöffnungen 9 auf, über die die einzelnen
Kammern 8 untereinander in flüssigkeitsaustauschender Verbindung stehen.
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Durch den Behälter 1 ist lotrecht zentrisch eine Welle 10 geführt,
die über einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben
wird und
mit der Winkelgeschwindigkeit CJ umläuft.
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Mit der Welle 10 drehfest verbunden ist ein Rohrsystem, das aus mehreren,
angenähert winkelförmigen Rohren 11 besteht.
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Jedes Rohr 11 verbindet zwei Kammern 8 miteinander und mündet mit
seinem unteren, eine Ansaugöffnung 12 aufweisenden Ende eines angenähert lotrecht
verlaufenden Rohrschenkels 11a in die jeweils untere der beiden Kammern und mit
dem eine Ausströmöffnung 13 aufweisenden Ende seines angenähert horizontal verlaufenden
Rohrschenkels 11b in die jeweils obere der beiden Kammern.
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Im Behälterboden 2 ist ferner eine Entnahme 21 für körnige Bestandteile
vorgesehen.
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Die gestrichelte und mit Pfeilen versehene Linie 16 zeigt den Strömungsweg
des Wassers von unten durch den Behälter 1 hindurch nach oben.
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Die in Figur 2 dargestellte Einrichtung entspricht im wesentlichen
der gemäß Figur 1. Jedoch sind hier am oberen Ende des zylindrischen Behälters 1
ein Einlauf 6 für Zucker sowie für eine Löseflüssigkeit und am Boden 2 des Behälters
ein Ablauf 5 für die Kläre vorgesehen. Außerdem sind die in den Zwischenböden 7
vorgesehenen Durchlaßöffnungen 9,14 abwechselnd nur am Umfang bzw. nur im Zentrum
der Zwischenböden angeordnet. Die gestrichelte Linie 16 zeigt den Strömungsweg der
aus Zucker und Löseflüssigkeit bestehenden Mischung von oben durch den Behälter
nach unten bis zum Auslauf 5.
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Figur 3 zeigt die Anordnung und Ausbildung eines in Fig. 2 dargestellten
Rohres 11 in vergrößertem Maßstab. In dieser Darstellung sind allerdings die Zwischenböden
7 nicht konisch, sondern exakt horizontal ausgerichtet. In dieser Darstellung ist
erkennbar, daß die Ansaugöffnung 12 jedes Rohres 11 ein ihren Ansaugquerschnitt
veränderndes Regelorgan 15 aufweist.
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Die Pfeile 17 deuten den zickzackförmigen Durchlaufweg der .Mischlösung
durch den Behälter 1 an. Die Pfeile 18,19 und 20 symbolisieren die Teilstromrückführung.
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