DE958281C - Verfahren zum Entwaessern ruhender Feststoff-Fluessigkeitsgemische - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAE1957

Rooio Vl/ia

Bei der technischen Aufarbeitung vieler Feststoff-Flüssigkeitsgemische bereitet die Entwässerung der Feststoffe, besonders die von Feinkohle, große Schwierigkeiten. Seit Jahrzehnten hat sich die naßmechanische Kohleaufbereitung in Setzmaschinen durchgesetzt. Dabei bringt man die mit den sogenannten Bergen verunreinigte Kohle mit Wasser zusammen und versetzt das Gemisch in rhythmische Schwingungen, wodurch sich die Feststoffe nach der Wichte ihrer Bestandteile schichten. Erhebliche Schwierigkeiten bereitet nun später die Entwässerung, insbesondere der feinkörnigen Bestandteile. Sie muß, zumal der Wassergehalt von Feinkohle für Verkokungs- oder Verbrennungszwecke höchstens 10% betragen soll, nach Abzug der Feinkohle aus der Setzmaschine in besonderen, umfangreichen und kostspieligen Einrichtungen vorgenommen werden. Die neuzeitliche Entwicklung des Kohlebergbaues hat das Problem der Feinkohlenentwässerung noch verschärft. Die zunehmende Erschöpfung der natürlichen Lagerstätten zwingt dazu, auch stark mit Bergen durchsetzte Flöze abzubauen, wie sie sich besonders in größeren Tiefen vorfinden, zu denen der Bergbau fast aller Länder zwangläufig vorgestoßen ist. Zur Trennung des verhältnismäßig hohen, Bergeanteils in der Setzmaschine sind entsprechend hohe Wassermengen erforderlich, die anschließend wieder aus der Kohle abgeschieden werden müssen. Weiterhin verursacht die fortschreitende Mechani-

sierung einen höheren Anfall an schwer zu entwässernder Fein- und Feinstkohle. Endlich wirken sich in dieser Hinsicht erschwerend auch die bergbaulichen Bestimmungen aus, die bereits unter S Tage die Berieselung vor Ort oder das sogenannte S toß tränkverfahren vorschreiben.

Man hat nun seit langem versucht, das Problem der Feinkohlenentwässerung in wirtschaftlicher Weise zu lösen und dafür zahlreiche Vorschläge ίο gemacht, die sich durchweg in zwei Richtungen bewegen:

Die eine dieser Entwässerungsmethoden entzieht der Kohle das Wasser durch Abschleudern in Zentrifugen oder durch Eindicken des Kohle-Wasser-Gemisches in schwingend bewegten. Absetzbehältern, die zweite durch eine sogenannte ruhende Entwässerung in Entwässerungstürmen od. dgl. Die Verwendung von Zentrifugen und Schwingbehältern ist wegen ihrer hohen Störanfälligkeit ao und geringen Durchsatzleistung, des hohen Bedarfs an Ersatzteilen und elektrischem Strom und auch wegen der Zertrümmerung· gewisser Kornklassen nachteilig. Außerdem findet sowohl beim Abschleudern als auch beim Ausschütteln in den Absetzbehältern weniger eine echte Entwässerung als vielmehr ein Verlagern der Kohlefeuchtigkeit aus Klassen gröberen Korns in die des Feinstkorns statt. Wegen ihrer hohen Kosten und Umständlichkeit ist die Feinstkornentwässerung ganz unverhältnismäßig schwieriger. Deshalb hat sich die Turmentwässerung mit ruhendem Gut, auf die sich die Erfindung ausschließlich bezieht, von jeher durchgesetzt.

Bei den bekannten Schwemmsümpfen, die gleichzeitig als Stapelraum dienen, wird die Vor- und Nachentwässerung der Kohle vereint vorgenommen. In neuerer Zeit bevorzugt man das System der Abtropftürme mit getrennter Vor- und Nachentwässerung. Durch die Einführung eines sogenannten Zonenschrägbunkers, bei dem die Höhe der einzelnen Entwässerungszonen nur einen Bruchteil der bei der Turmentwässerung üblichen beträgt und stets gleichbleibt, hat man auf dem Gebiet der ruhenden Entwässerung in letzter Zeit +5 beachtliche Fortschritte erzielt. Sie noch zu steigern ist die dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.

Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich auch in neuzeitlichen Anlagen mit ruhender Vor- und Nachentwässerung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen nach wie vor drei scharf voneinander zu trennende Vorgänge abspielen. Der erste dieser Vorgänge, die sogenannte Vorentwässerung, umfaßt den Flüssigkeitsablauf in geschlossenem Strom durch Überläufe an dem oberen Rand des Turmentwässerers und durch Ableitungen an seinem Boden. Während des zweiten Vorganges, der Nachentwässerung, tritt die Flüssigkeit nur noch tropfenweise aus den Feststoffen aus. Man kann das durch Anwendung von Unterdruck, der die Kapillaren der oberen Schichten des Gutes leersaugt, unterstützen. Trotzdem kommt man auch dabei nach und nach zu dem Zustand, bei dem sich allein unter der Einwirkung der Schwerkraft keine Flüssigkeit mehr aus den Feststoffen absondern läßt. Eine weitere Entwässerung ist dann praktisch nur noch durch Verdunstung möglich, die die letzte Stufe der Gesamtentwässerung darstellt. Bisher hat man gerade dieser so entscheidenden Stufe kaum Beachtung geschenkt und meist nur unbewußt und betrieblich bedingt Nutzen aus ihr gezogen.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie geht davon aus, daß sich der Entwässerungsvorgang im ruhenden Zustand des Gutes, d. h. in Bunkern oder Türmen, nicht in zwei, sondern in drei Stufen abspielt, so daß es zu seiner Vervollkommnung notwendig ist, nicht nur die Vor- und die Nachentwässerung mit konstruktiven Mitteln zu fordern, sondern auch fördernd in die dritte Stufe, nämlich die der Ent-' Wässerung durch Verdunstung, einzugreifen. Zu diesem Zweck wird nach der Erfindung die Verdunstung der noch in den Feststoffen enthaltenen Feuchtigkeit durch ein bewegtes, gasförmiges Medium, vorzugsweise durch Luft, bewirkt, und zwar unter gewöhnlichem, erhöhtem oder vermindertem Druck und/oder erhöhter Temperatur. Die Umkehr der Entwässerungsrichtung, die bei der Vor- und Nachentwässerung in Richtung der Schwerkraft und bei der Entwässerung durch Verdunsten dieser entgegen verläuft, braucht dabei nicht gleichzeitig in allen Höhenlagen des Behälters bewirkt zu werden. Es kann vielmehr schon in den oberen Schichten des Haufwerks auf Verdunstung gearbeitet werden, während sich der untere Turmoder Behälterinhalt noch in der Nachentwässerung, d.h. der Abtropfstufe, befindet. Entscheidend bleibt in jedem Fall eine gewollt eingeschaltete Verdunstungsstufe.

Das Ausbringen von Feuchtigkeit aus Feststoffen mittels eines durch letztere hindurchgeführten trockenen, zuweilen erhitzten Gas- insbesondere Luftstromes, der eine Verdunstung der Feuchtigkeit bewirken soll, ist bei Trockenvorrichtungen, insbesondere bei sogenannten Schachttrocknern, an sich bekannt. Derartige Trockenvorrichtungen, in denen das zu trocknende Gut ständig im Gegenstromverfahren der Wirkung des gasförmigen Trockenmittels ausgesetzt wird, sind aber für die mit der Erfindung verfolgten Zwecke bei Turmentwässerungsanlagen unbrauchbar. Sie können no lediglich für Durchlaufbetriebe und — was noch entscheidender ist — nur für bereits ausreichend vor- und nachentwässerte Feststoffe verwendet werden, da sie keinerlei Mittel zum Abführen des ablaufenden bzw. abtropfenden Wassers enthalten. Es handelt sich hier also jeweils nur um Einrichtungen zum Trocknen durchlaufender Feuchtgüter, während sich die Erfindung ausschließlich auf statisch arbeitende, d. h. gleichzeitig auch zum Speichern und Aufbewahren der zu entwässernden Feststoffe dienende Entwässerungstürme bezieht. Andererseits hat man auch bei Kohleentwässerungstürmen bereits vorgeschlagen, mit Preßluft oder -gas zu arbeiten. Dies jedoch nur, um je nach Belieben und Erfordernis die Entwässerungsflächen der Türme von Kohleteilchen rein zu halten. Nur

insoweit läßt sich damit also eine gewisse Steigerung der Entwässerungswirkung erreichen, da die bauliche Ausgestaltung dieser Türme, die oben völlig geschlossen sind, die Verwendung der Preßluft für die Verdunstung der Kohlefeuchtigkeit hier von vornherein ausschließt.

Zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Entwässerungsverfahrens sind die bisher im wesent- ■ liehen nur für die Nachentwässerung durch Abtropfen eingerichteten Anlagen nicht so ohne weiteres geeignet. Dort werden nämlich in der Abtropfstufe die unteren Schichten des Haufwerks durch die nach unten abziehende Flüssigkeit fortlaufend aufs neue bewässert. Würde man in den bekannten Entwässerungstürmen und Bunkern nun so ohne weiteres künstlich verdunsten, dann würden bei umgekehrter Entwässerungsrichtung die oberen Schichten des Gutes durch den aufsteigenden Wasserdampf stets wieder aufs neue befeuchtet, zumindest aber am Abtrocknen gehindert. Bei Entwässerungstürmen stört darüber hinaus die große Schichthöhe des hohen S trömungs Widerstandes wegen in allen Entwässerungsstufen.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Entwässerungsverfahren an Hand von Ausführungsbeispielen für Turmentwässerungsanlagen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. ι einen senkrechten Querschnitt durch einen Entwässerungsturm,

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt nach Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 bis 10 den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsarten von Entwässerungstürmen,

Fig. 11 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform für einen Entwässerungsturm und

Fig. 12 eine Draufsicht in.Richtung des Pfeiles./4 der Fig. 11 einer abgeänderten Ausführungsform; Fig. 13 bis 16 sind jeweils waagerechte Querschnitte durch Großraumentwässerungstürme.

Die Richtung der in der Abtropfstufe abziehenden Flüssigkeit ist in den Figuren in punktierten, diejenige des die Anlage in der Verdunstungsstufe beaufschlagenden gasförmigen Trockenmittels bzw. des abziehenden Dampfes in voll gezeichneten Pfeilen erläutert.

Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Entwässerungstürme haben als Siebe ausgebildete ßodentrichter 2. Zum Auffangen der aus dem Turm abtropfenden Flüssigkeit dient eine untere Blechschürze, die den Siebtrichter 2 mit Abstand umgibt, an seinem Auslauf angeschlossen und mit einer nicht gezeichneten Abführung für das Tropfwasser versehen ist. Der Siebtrichter 2 ist durch einen als Rost ausgebildeten Schieber 5 abgeschlossen. Ein nicht bis auf den Boden reichendes zentrales, als Sieb ausgebildetes Rohr wirkt in der Verdunstungsstufe entweder als Kamin für die zwischen der Schürze 3 und den Siebkegel 2 eintretende Luft und den aus dem Turminhalt abzuziehenden Dunst oder, wenn man es an eine Saugleitung anschließt, als Saugrohr. In beiden Fällen können in Entwässerungstürmen häufig für die Ableitung des freien Wassers benutzte seitliche Siebschächte 7 die Zufuhr von Verdunstungsluft od. dgl. unterstützen. Wie die in die Figuren eingezeichneten Pfeile andeuten, bewegt sich das Abtropfwasser in Richtung der Schwerkraft, das trocknende Medium, vornehmlich die Luft, dieser Richtung entgegen. Das gasförmige Trockenmittel geht dabei den Weg des geringsten Widerstandes, indem es durch das zentrale Sieb abzieht und dabei den im Haufwerk enthaltenen Dunst mitnimmt, ohne mit den oberen, bereits abgetrockneten Schichten in Berührung zu kommen.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Turm 1 sind auch die Seitenwände mit Durchtrittsöffnungen 8 versehen, durch die während der Abfließ- und Abtropfstufen das Wasser aus- und während der \^rerdunstungsstufe Frischluft eintreten kann. Der Turmquerschnitt läßt sich jeweils quadratisch oder kreisförmig ausbilden (Fig. 4).

In den Fig. 5 und 6 ist ein Entwässerungsturm mit geschlossenem Außenmantel gezeigt, in dem mit Abstand ein in gleicher Weise gestalteter Siebmantel 9 steht. Die Zufuhr des in der Verdunstungsstufe wirkenden gasförmigen Mittels erfolgt hier durch Öffnungen 10 oder 10' im Außenmantel des Turmes.

Der Entwässerungsturm gemäß den Fig. 7 und 8 entspricht baulich im wesentlichen den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Türmen. Hier dient aber das zentrale Siebrohr 6 der Zufuhr von unter Umständen erwärmter Druckluft, die nach ihrer Sättigung durch die seitlichen Behälter 7 bzw. die Öffnungen 8 in der Turmummantelung abzieht. Warme und trockene Druckluft steht in vielen Betrieben zur Verfugung, besonders dann, wenn eine Hochdruckanlage vorhanden ist. Um die dort auftretende Ver- 1°° dichtungswärme zu vernichten, sind Zwischenkühler erforderlich, die man auch als Luftkühler ausbildet. Die bisher nutzlos abziehende warme Kühlluft kann nunmehr zur Verdunstung des Haufwerks verwendet werden. Unter Umständen kann der Turm sogar die Aufgabe eines Zwischenkühlers übernehmen.

Vornehmlich für kleinere Anlagen geeignet ist der Turm nach den Fig. 9 und 10, der voll ummantelt ist. Die Verdunstungsluft tritt hier nur durch den rostartigen Bodenschieber 5 und den Spalt zwischen dem Außenmantel 3 und/oder durch Öffnungen des Kegels 3' dem im Abstand dahinterstehenden Siebtrichter 2 in das Turminnere ein. Unter Umständen kann hier auch, besonders wenn die Füllhöhe des Haufwerks nur gering ist, z. B. die Hälfte der Turmhöhe beträgt, auf die Verwendung des zentralen Siebrohres verzichtet werden.

Der Entwässerungsturm nach Fig. 11 und 12 ist bis auf den unteren Siebtrichter 2 vollkommen ummantelt und auch nach oben hin luftdicht abgeschlossen. Nach Anschluß des zentralen Siebrohres 6 an eine Saugleitung kann man nun in der Verdunstungsstufe mit Unterdruck arbeiten und so die physikalischen Vorteile des niedrigen Luftdrucks beim Verdunstungsvorgang ausnutzen.

Bei Großraumentwässerungstürmen ist eine Unterteilung des Innenraums in mehrere Bunkerabteile durch siebartige Kammern 11 zweckmäßig. Geeignete Anordnungen solcher Kammern zeigen die Fig. 13 bis 16, wobei man entweder das zum Abzug der Verdunstungsluft dienende Siebrohr 6 zentral (Fig. 15 und 16) oder in jedem Bunkerabteil (Fig. 13 und 14) anordnen kann. Das Maß der Unterteilung hängt im wesentlichen von der Körnung des Entwässerungsgutes ab. Sehr feinkörniges Haufwerk setzt sowohl dem Ablauf der Flüssigkeit in den beiden ersten Entwässerungsstufen als auch der Verdunstung in der letzten Stufe großen Widerstand entgegen. Die Bunkerabteilungen müssen dann entsprechend kleine lichte Querschnitte aufweisen.

Die Siebkammern 11 können auch allein, also ohne die Siebrohre 6, als Kaminzüge arbeiten.
Es kann unter Umständen auch zweckmäßig sein,

ao die durch die Öffnungen 10', 10 usw. eintretende Luft vorher über Heizrohrsysteme zu leiten, die durch Abwärme aufgeheizt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Entwässern ruhender Feststoff-Flüssigkeitsgemische in Entwässerungstürtnen mit je einer Vor- und Nachentwässerungsstufe, in denen das Wasser zunächst geschlossen und dann tropfenweise abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut in einer sich an die Abtropfstufe anschließenden oder mit ihr zusammenfallenden Verdunstungsstufe der Einwirkung eines durch den Turm ganz oder teilweise hindurchgeführten trocknenden Gases, insbesondere Luft, ausgesetzt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 424718, 714 691, 774, 441 359; Winnacker-Weingaertner, »Handbuch der

   chemischen Technologie«, 1950,Bd-I₅ S.83(Bild58); Beiheft »Verfahrenstechnik« der VDI-Zeitschr.,

   1940, Nr. 4, S. 131.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen!