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Die
Erfindung betrifft einen Entfeuchter (Trockner, Dehydratisierungsvorrichtung)
mit mechanischer Verdichtung des Dampfs und ein Verfahren zur Behandlung
des Dampfs in einem solchen Entfeuchter, um darin die chemische
Reinigung sicherzustellen.
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Sie
betrifft gleichfalls eine Reinigungseinrichtung, welche mit dem
Entfeuchter kombiniert ist.
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Ein
Entfeuchter mit mechanischer Verdichtung des Dampfs ist ein Entfeuchter,
welcher eine dem Wärmeaustausch
dienende Wand umfasst, von der eine der Seiten dazu angepasst ist,
das zu entfeuchtende Material, welches auf dieser Seite in Form
einer dünnen
Schicht abgeschieden ist, aufzunehmen.
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Diese
warme Seite befindet sich im Inneren eines sogenannten Verdampfungsraums.
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Das
auf der warmen Seite abgeschiedene Material wird entfeuchtet, wobei
das Wasser und die anderen flüchtigen
Substanzen, die dieses enthält, im
Inneren des Verdampfungsraums verdampfen.
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Der
Dampf wird aus diesem Raum abgezogen und wird mechanisch mittels
eines Verdichters verdichtet, dann wird er in einen zweiten sogenannten
Kondensationsraum eingespeist, in welchem sich die andere Seite
der dem Wärmeaustausch
dienenden Wand befindet.
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Dank
dieser Anordnung wird die Wärmemenge,
die durch Kondensation des Dampfs in der Kondensationskammer freigesetzt
wird, auf das Material durch Weiterleitung durch die dem Wärmeaustausch
dienende Wand hindurch auf die andere Seite der Scheibe übertragen
und diese Wärmemenge wird
dazu dienen, ein äquivalentes
Volumen von Flüssig keit,
welches sich in der Schicht aus zu entfeuchtendem Material, welche
auf dieser Seite ausgebreitet ist, befindet, zu verdampfen.
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So
wird die durch die Kondensation abgegebene Wärme für die Verdampfung rückgewonnen, was
es erlaubt, mit einer geringen Energiezufuhr, welche in etwa der
mechanischen Energie, welche für
die Verdichtung des Dampfs erforderlich ist, entspricht, zu arbeiten.
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Dieser
Entfeuchtertyp ist besonders für
die Behandlung einer Viehzuchtgülle
und insbesondere für
Schweinegülle
geeignet; man arbeitet dann bei einem Druck von etwa 1 bar und bei
einer Temperatur in der Größenordnung
von 100°C
in dem Verdampfungsraum und bei einem Druck von etwa 1,4 bar und einer
Temperatur in der Größenordnung
von 110°C
in dem Kondensationsraum.
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Die
dem Wärmeaustausch
dienende Wand ist im allgemeinen eine bewegliche Wand mit zyklischer
Bahn, wobei das feuchte Material auf der warmen Seite zu Beginn
des Zyklus abgeschieden wird, wohingegen die trockenen Rückstände von
der warmen Seite am Ende des Zyklus abgetragen werden.
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Bei
einem bekannten, in dem Dokument W0-93/16005 – welches dem Dokument US-A-5,810,975
entspricht – beschriebenen
Entfeuchtertyp mit mechanischer Verdichtung des Dampfes sind die
dem Wärmeaustausch
dienenden Wände
die oberen Wände
eines Stapels von horizontalen hohlen Scheiben, die auf einer koaxialen
röhrenförmigen Welle
montiert sind, mit vertikaler Achse, welcher in Rotation mit einer
kontinuierlichen und gleichförmigen
Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Zur
Unterrichtung beträgt
die Anzahl von Scheiben des Stapels beispielsweise dreißig; jede Scheibe
hat einen Durchmesser in der Größenordnung
von 2 Metern und dreht sich mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit,
in der Größenordnung von
0,33 Umdrehung/Minute.
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Die
Gesamtheit der Scheiben ist im Inneren eines Behälters, der den Verdampfungsraum
bildet, angeordnet; der Kondensationsraum wird durch den Innenraum
der Scheiben und der röhrenförmigen Welle,
welche mit jeder der Scheiben in Verbindung steht, gebildet.
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Die
Erfindung betrifft gleichfalls ein Verfahren zur chemischen Reinigung
des Dampfs, welcher in dem Verdampfungsraum eines erfindungsgemäßen Entfeuchters
erzeugt wird.
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Sie
ist besonders angepasst für
die Behandlung von Viehzuchtgüllen
und insbesondere von Schweinegülle,
eine Behandlung, für
die es erforderlich ist, mit einem extrem niedrigen Selbstkostenpreis zu
arbeiten und entsprechend auf Lösungen
zurückzugreifen,
bei denen der Energieverbrauch extrem gering ist.
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Damit
das Behandlungsverfahren für
eine Gülle
kommerziell akzeptabel ist, muss die für die Behandlung aufgewandte
Energie tatsächlich
unter ungefähr
50 kWh/m3 Gülle und vorzugsweise unter
30 kWh/m3 liegen.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, dass die Mechanismen
der Kondensation des Dampfs in dem Kondensationsraum, im Inneren
der Scheiben, wenn man es mit einem Entfeuchter des weiter oben
erwähnten
Typs zu tun hat, nicht durch die Anwesenheit von nicht-kondensierbaren
Gasen oder von Substanzen, deren Kondensationstemperatur unter jener
von Wasser liegt, gestört
werden.
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Bei
verschiedenen zu entfeuchtenden Materialien und insbesondere bei
der Gülle
von Schweinen machen die flüchtigen
Produkte, die während
der Entfeuchtung zu gleicher Zeit wie das Wasser verdampfen, eine
bedeutende Masse, in der Größenordnung
von 15 bis 25 kg/m3 Gülle, aus.
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In
diesen Produkten findet man zahlreiche, voneinander sehr stark verschiedene
Substanzen, insbesondere Kohlendioxidgas (CO2),
Ammoniak (NH3), verschiedene flüchtige Fettsäuren (AGV),
aus der Familie [CH3(CH2)nCOOH], welche von Essigsäure [CH3COOH]
bis zu Caprinsäure
[CH3(CH2)8COOH] geht, Phenole und Lösemittel,
wie Alkohol, Ether, Ketone, Aldehyde usw.
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Bestimmte
von diesen Produkten sind unter den Bedingungen des Drucks (1 bar)
und der Temperatur (100°C),
die eingesetzt werden, nicht kondensierbar; dies ist der Fall bei
Kohlendioxidgas, Ammoniak, gegebenenfalls Luft, Methan und von Wasserstoff,
wenn eine Gärung
stattgefunden hat.
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Unter
den flüchtigen
Produkten, die schwierig zu kondensieren sind, findet man die Lösemittel, flüchtige Fettsäuren (AGV)
und Phenole.
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Um
ein gutes Funktionieren des Entfeuchters zu erhalten, muss man zuallererst
diese unerwünschten
Produkte so weit wie möglich
entfernen und dann derart vorgehen, dass die restlichen Produkte
nicht störend
sind.
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Man
führt folglich
eine vorab erfolgende Reinigung des zu entfeuchtenden Materials
aus.
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So
strömt
beispielsweise das zu entfeuchtende Material vorab in eine Austauscher-Entgaser-Vorrichtung,
die dessen Vorwärmung
auf eine Temperatur in der Größenordnung
von beispielsweise 85°C
sicherstellt.
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Das
Material, wie die Gülle
von Schweinen, enthält
sehr häufig
Ammoniumcarbonate, die sich ab 50°C
zu Kohlendioxid (CO2) und Ammoniak (NH3) zersetzen, so dass das Material während dieser
Vorwärmung
in dem Austauscher einen großen
Teil des Kohlendioxids begleitet von Wasserdampf und anderen störenden Gasen
verliert; im Gegenzug bleibt der Ammoniak nahezu vollständig in
dem Produkt in Lösung.
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Dann
lässt man
vorteilhafterweise das Material mehrere Stunden in erneut erwärmten Entgasungs-
und Entschäumungsbehältern, damit
diese eine Temperatur in der Größenordnung
von 98°C
annehmen, unmittelbar vor deren Versprühen auf die warme Seite des
Entfeuchters ruhen.
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So
hat das Material, wenn es in dem Entfeuchter ankommt, bereits zwischen
75 und 90% seines Kohlendioxids verloren und diese Vorbehandlung
ist aus wirtschaftlicher Sicht besonders interessant.
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, die Bildung von inerten Ansammlungen
von nicht-kondensierbaren Substanzen oder von störenden Dämpfen während der Zirkulation des Dampfs
in dem Entfeuchter zu verhindern.
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Der
Entfeuchter mit mechanischer Verdichtung, der den Gegenstand der
Erfindung bildet, weist einen Verdichter und einen Kondensationsraum
auf, der aus einem Stapel von hohlen, horizontalen, miteinander
in Verbindung stehenden Scheiben, welche durch eine rotierende röhrenförmige zentrale
Welle mit vertikaler Achse getragen werden, gebildet wird, wobei
dieser Stapel im Inneren eines Behälters, welcher den Verdampfungsraum
bildet, installiert ist, wobei das zu entfeuchtende Material in
Form einer dünnen
Schicht auf der oberen Fläche
oder Oberseite der Scheiben ausgebreitet ist.
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Dieser
Entfeuchter ist darin bemerkenswert, dass im Inneren von jeder Scheibe
eine scheibenartige horizontale Zwischenwand, welche an der zentralen
Welle befestigt ist und einen Durchmesser aufweist, welcher geringer
ist als jener der hohlen Scheiben, montiert ist, wobei diese Zwischenwand
bezogen auf die beiden horizontalen Flächen der Scheibe mit Zwischenraum
angeordnet ist und ein Hindernis für die Fließbewegung des Dampfs bildet.
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Gemäß einer
bestimmten Anzahl von zusätzlichen
möglichen
Merkmalen dieses Entfeuchters:
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- – umfasst
das Wärmerückgewinnungssystem
außerdem
eine Rohrschlange, die in einen Wasserbehälter, welcher im Inneren des
Verdampfungsraums angeordnet ist, eingetaucht ist, durch welche
man die Dämpfe,
die die nicht kondensierbaren Gase mitschleppen, hindurchleitet;
- – umfasst
dieser außerdem
Mittel, um das in den Dämpfen
beim Austritt aus der Rohrschlange vorhandene Kondensationswasser
in den Behälter zurückzuführen;
- – umfasst
dieser außerdem
einen Brenner, welcher in der Lage ist, die nicht kondensierbaren Gase
bei deren Austritt zu verbrennen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht darin, durch chemische Reinigung
den in dem Verdampfungsraum während
der Entfeuchtungsbehandlung erzeugten Dampf zu entfernen, um alle – oder praktisch
alle – unerwünschten
Substanzen, die weiter oben erwähnt
worden sind, insbesondere das Kohlendioxid, den Ammoniak, die AGV,
die Phenole und anderen Lösemittel
daraus zu entfernen.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung gleichfalls eine Einrichtung zur
Reinigung des Dampfs, welche mit einem Entfeuchter gemäß der Erfindung kombiniert
ist, zum Gegenstand.
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Gemäß der Erfindung
umfasst diese Einrichtung eine Gesamtheit von Reinigungsvorrichtungen, welche
in Reihe eine hinter der anderen montiert sind, Mittel, um den zu
reinigenden Dampf zum Einlass dieser Gesamtheit zu leiten, und Mittel,
um den behandelten Dampf in Richtung des Verdichters, mit dem der
Entfeuchter ausgestattet ist, abzuziehen, wobei jede der Reinigungsvorrichtungen
die Form eines Kastens annimmt, in dessen Innerem Mittel angeordnet
sind, welche in der Lage sind, durch Zentrifugation einen Regen
von Tröpfchen
einer Reinigungslösung
zu erzeugen, den der Dampf, welcher auf eine Temperatur von im wesentlichen
gleich 100°C
erwärmt
wird, durchqueren muss, und dass wenigstens einer der Regengüsse aus
Wasser besteht, dass wenigstens ein anderer eine Säure enthält und dass
wenigstens ein dritter eine Base enthält.
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Die
Gesamtheit umfasst vorzugsweise wenigstens drei Batterien von mehreren
Reinigungsvorrichtungen, wobei die eine eine Behandlung des Dampfs
mit Wasser sicherstellt, die andere eine Behandlung mit Säure sicherstellt
und die andere eine basische Behandlung sicherstellt.
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Jede
der Batterien ist vorteilhafterweise mit einem unterschiedlichen
Behälter,
welcher die Lösungen,
die für
die Behandlung gedient haben, sammelt, verbunden.
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Schließlich zieht
man in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
das den Entfeuchter oder die Einrichtung gemäß der Erfindung einsetzt, den
Dampf in dem Kondensationsraum des Entfeuchters ab und man lässt diesen,
bevor man diesen verdichtet, bei einer Temperatur von im wesentlichen
gleich 100°C nacheinander
eine Reihe von Reinigungsvorrichtungen durchströmen und man zwingt diesen dazu,
in jeder dieser Reinigungsvorrichtungen einen Regen, welcher eine
Reinigungslösung
enthält,
zu durchqueren, wobei wenigstens einer der Regengüsse aus Wasser
besteht, ein anderer eine Säure
enthält
und ein anderer eine Base enthält.
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Gemäß anderen
möglichen
Merkmalen des Verfahrens:
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- – ist
die Säure
außerdem
eine Lösung,
die Schwefelsäure
und Salpetersäure
umfasst;
- – ist
die Base außerdem
eine Lösung
von Kalk, von Kali oder von Soda;
- – erzeugt
man außerdem
den Regen mittels eines rotierenden Rohrs, welches von einer Mehrzahl von
kleinen Löchern
durchbohrt ist, im Inneren von welchem sich die Lösung befindet,
wobei diese durch Zentrifugation in Form von feinen Tröpfchen auf
die Außenseite
des Rohrs herausgeschleudert wird.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung
und den beigefügten Zeichnungen,
die eine bevorzugte Ausführungsweise davon
darstellen, ersichtlich.
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In
diesen Zeichnungen:
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- – ist
die 1 ein allgemeines
Schema einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
mit der ein Entfeuchter mit hohlen Scheiben ausgerüstet ist;
- – ist
die 2 eine schematische
Axialschnittansicht von einer der Reinigungsvorrichtungen, welche
die Einrichtung bilden;
- – sind
die 3 und 4 schematische Ansichten eben
dieser Reinigungsvorrichtung von oben bzw. von der Seite bzw. im
Schnitt, wobei die Schnittebene die in der 3 als IV-IV bezeichnete, strichpunktiert
dargestellte Ebene ist;
- – ist
die 5 eine allgemeine
Ansicht der Reinigungsvorrichtung.
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In
der 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 der Behälter eines
Entfeuchters mit mechanischer Verdichtung des Dampfs bezeichnet,
dessen Innenraum 10 den Verdampfungsraum bildet. Im Inneren
dieses Raums ist ein Stapel von identischen hohlen Scheiben 2 montiert,
welche durch eine röhrenförmige zentrale
Welle 20 mit vertikaler Achse Z Z' getragen werden.
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Die
hohlen Scheiben 2 haben eine glatte, ebene und horizontale
obere Fläche
oder Oberseite, auf welcher das zu entfeuchtende Material in Form einer
dünnen
Schicht ausgebreitet ist, wobei diese Ausbreitung durch die Pfeile
m symbolisiert wird.
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In
der Figur sind nur drei Scheiben dargestellt, um diese nicht unnötig zu überladen.
Es versteht sich von selbst, dass die Anzahl von Scheiben in Wirklichkeit
höher als
drei, beispielsweise gleich dreißig ist.
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Die
röhrenförmige Welle 20 wird
um ihre eigene vertikale Achse Z Z' mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit in Rotation
gesetzt.
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Im
Verlauf einer Umdrehung entfeuchtet sich die auf den Scheiben abgeschiedene
Materialschicht unter der Einwirkung der Wärme und das Wasser sowie die
anderen flüchtigen
Substanzen, die in dem Material enthalten sind, verdampfen in den
Raum 10, wie dies durch die kleinen Pfeile E symbolisiert
wird.
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Nicht
gezeigte Mittel zum Abkratzen oder Abziehen entfernen die festen
und trockenen Rückstände, die
sich auf den Scheiben am Ende einer Rotationsumdrehung befinden.
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Im
Inneren von jeder der Scheiben 2 ist eine scheibenartige
horizontale Zwischenwand 22 angeordnet, welche auf dem
Rohr 20 durch den Rand ihrer zentralen Öffnung oder Bohrung befestigt
ist.
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Jede
Zwischenwand 22 hat einen Durchmesser, welcher etwas geringer
ist als jener der Scheibe, und ist im wesentlichen auf halber Höhe von jeder
Scheibe zentriert angeordnet derart, dass ein Zwischenraum zwischen
dieser Zwischenwand und der oberen und der unteren Wand der Scheibe
ausgespart bleibt.
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Der
Entfeuchter umfasst einen Verdichter 3, dessen Ausgang 31 durch
das Zwischenglied einer Leitung 100 mit der Basis der röhrenförmigen Welle 20 in
Verbindung steht. Diese Letztere steht in ihrem oberen Abschnitt
mit der obersten Scheibe 2 in Verbindung, wobei diese Verbindung
oberhalb der Zwischenwand 22, die sich in dieser obersten
Scheibe befindet, erfolgt.
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Die
Gesamtheit der Innenräume
der Scheiben steht miteinander in Verbindung (und mit dem Inneren
der Welle 21), wobei dieser Raum den Kondensationsraum,
in welchem der verdichtete Dampf ankommt, bildet.
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An
der Basis des Kondensationsraums befindet sich ein Sammelbecken 11,
welches das Kondensat aufnimmt; eine Leitung 12 erlaubt
es, dieses zu dem Verdichter 3 über einen motorisierten Schieber
oder ein motorisiertes Ventil 120, dessen Funktion weiter
unten erläutert
werden wird, weiterzuleiten.
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Im
Inneren des Kondensationsraums befindet sich ein doppelter Rohrstutzen 14, 15,
der mit einer röhrenförmigen Rohrschlange 41 in
Verbindung steht, die in Wasser, welches in einem Behälter 40, welcher
sich im Inneren des Verdampfungsraums 10 befindet, enthalten
ist, eingetaucht ist, wodurch ein Wärmerückgewinnungstauscher 4,
dessen Funktion gleichfalls weiter unten erläutert werden wird, gebildet
wird.
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Man
wird festhalten, dass einer der Rohrstutzen, welcher mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist,
oberhalb der Zwischenwand der obersten Scheibe mündet, wohingegen der andere,
15, unterhalb der Zwischenwand der untersten Scheibe mündet.
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Zwischen
diesem doppelten Rohrstutzen 14, 15 und der Rohrschlange 41 ist
ein Schieber oder Ventil 410 montiert.
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Es
empfiehlt sich, zu präzisieren,
dass die 1 sehr schematisch
ist; wenn die Gesamtheit aus röhrenförmiger Welle 20 und
hohlen Scheiben 2 sich dreht, versteht es sich von selbst,
dass deren Anschluss an die Leitung 100, der doppelte Rohrstutzen 14, 15 und
das Sammelbecken 11, die fixiert sind, (und) in Folgerichtigkeit
angeordnet sind, wobei diese Anpassung im Vermögen des Fachmanns auf diesem
Gebiet liegt.
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Die
Rohrschlange 41 verlängert
sich bis auf die Außenseite
des Behälters 1 hinaus
durch eine Leitung 410, welche in einen Scheider oder Separator
der gasförmigen
und flüssigen
Phasen mündet.
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Auf
dieser Leitung befindet sich ein Manometer 411 und ein
Ventil 412 zur Regelung des Drucks in der Rohrschlange.
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Das
Wasser, das in dem Scheider oder Separator 42 kondensiert,
wird in den Behälter 40 durch eine
Rückführleitung 420 über ein
Elektroventil 421, dessen Funktion automatisch abhängig von
dem Wasserniveau, das in dem Scheider oder Separator 42 vorliegt,
gesteuert wird, zurückgeführt .
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Die
Gase werden aus dem Scheider oder Separator 42 durch eine
Leitung 44 in Richtung eines Brenners 45, der
die Funktion ausübt,
diese nicht-kondensierbaren Gase und die verschiedenen, übelriechenden
Dämpfe
zu pyrolysieren, abgezogen. Am Ausgang dieses Brenners sind die
Rauchgase, die daraus austreten und die durch den Pfeil k symbolisiert
werden, vollständig
geruchlos.
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Die
erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung,
die das Bezugszeichen 5 trägt, wird aus einer Gesamtheit
von identischen chemischen Reinigungsvorrichtungen 50,
welche in Reihe angeschlossen sind, gebildet.
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Der
in dem Verdampfungsraum 10 entnommene Dampf wird nach oberhalb
von dieser Reinigungsvorrichtung 5 mittels einer Leitung 101,
die mit einem den Eintritt in die Reinigungsvorrichtung bildenden
Rohrstutzen 500 verbunden ist, geleitet. Der den Ausgang
aus der Reinigungsvorrichtung bildende Rohrstutzen, welcher das
Bezugszeichen 30 trägt,
ist an den Eingang des Verdichters 3 angeschlossen.
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Das
Strömen
oder der Weg der Dämpfe
im Inneren des Entfeuchters und der Reinigungsvorrichtung wird durch
Pfeile symbolisiert.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 4 werden wir jetzt die Struktur
einer elementaren Reinigungsvorrichtung 50 beschreiben.
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Diese
besteht aus einem Kasten in Form eines rechteckigen Parallelepipeds
mit quadratischem horizontalem Querschnitt, dessen große Seiten
die Höhe
bilden, wobei die großen
Seiten vertikal sind.
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Zur
Unterrichtung hat jeder Kasten 50 eine Seite bzw. Seitenlänge von
120 cm und eine Höhe von
250 cm.
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Die
seitliche Wand des Kastens trägt
das Bezugszeichen 53 und sein Boden 54.
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Im
Inneren des Kastens ist ein System zur Versprühung einer chemischen Lösung, welche
Eigenschaften zur Reinigung des Dampfs aufweist, montiert.
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Dieses
System 6 umfasst ein zylindrisches vertikales Rohr 60,
das im Zentrum des Kastens montiert ist. Dieses Rohr wird an seiner
Basis in einem Lager 63, welches durch einen feststehenden Träger 55,
welcher aus einem Stück
mit dem Boden 54 besteht, getragen wird, geführt. In
seinem oberen Abschnitt wird es in einem Lager 62, welches
durch einen Sockel 620 getragen wird, dessen Umrandungszone
in Auflage gegen den Rand einer Öffnung von
entsprechender Form, welche in der oberen (die Oberseite bildenden)
Wand 56 des Kastens vorgesehen ist, ruht, geführt.
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Der
untere Träger 55 und
der Sockel 620 sind durch vertikale Profile 58,
beispielsweise in einer Anzahl von vier, verbunden.
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Der
Sockel 620 trägt
einen Elektromotor 61, welcher dazu in der Lage ist, das
Rohr 60 um seine Achse rotierend zu bewegen. Zur Unterrichtung
hat das Rohr 60 einen Durchmesser zwischen 80 und 200 mm,
beispielsweise von etwa 115 mm.
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Die
zylindrische Wand des Rohrs 60 ist von einer Mehrzahl von
kleinen Löchern,
welche regelmäßig über dessen
gesamte Länge
verteilt sind, durchbohrt.
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Zur
Unterrichtung sind mehrere hundert kleine Löcher, deren Durchmesser zwischen
0,5 und 2 mm, beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm liegt,
vorgesehen.
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Der
obere Abschnitt des Rohrs wird durch einen Stopfen 65 verschlossen.
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Sein
unterer Abschnitt ist offen und umfasst eine kleine Turbine 64.
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Der
untere Träger 55 weist
seitliche Öffnungen 56 auf,
die den Durchtritt eines flüssigen
Produkts, in diesem Falle einer Reinigungslösung, die in den Kasten eingefüllt worden
ist und in der die offene Basis des Rohrs 60 badet, erlaubt.
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Diese
Lösung
S kann dementsprechend in die untere Öffnung des Rohrs durch die
Löcher 56 hindurch
eindringen, bevor sie in Richtung nach oben im Inneren des in Rotation
befindlichen Rohrs dank der Turbine 64 angesaugt wird,
wie durch die Pfeile i symbolisiert wird.
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Das
flüssige
Produkt steigt folglich im Inneren des Rohrs hoch und wird durch
Zentrifugation durch die Löcher 600 hindurch
herausgeschleudert, wie durch die Pfeile j symbolisiert wird, um
einen Regen aus feinen Tröpfchen
zu bilden, welche den gesamten Innenraum des Kastens überfluten
und besetzen.
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An
der Basis des Versprüher-
oder Regnersystems ist ein Filter 57 angeordnet; es handelt
sich in dem veranschaulichten Beispiel um ein Paar von konzentrischen
zylindrischen Gewebelagen mit vertikaler Achse, die auf dem Träger 55 auf
jeder Seite der Profile 58 angeordnet sind.
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Die
Rolle dieses Filters besteht darin, zu verhindern, dass feste Teilchen,
die in der Lösung
S vorhanden sind, nicht in das Rohr 60 eindringen, was das
Risiko mit sich bringen würde,
die Löcher 600 zu verstopfen.
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In
dem oberen Abschnitt des Kastens sind auf einer seiner seitlichen
Flächen
eine Eintrittsmündung 500 und
auf der gegenüberliegenden
Fläche eine
Austrittsmündung 501 für den Dampf
vorgesehen.
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Diese
Mündungen
haben einen rechteckigen Querschnitt.
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Im
Inneren des Kastens 50 ist eine vertikale Zwischenwand 51 montiert,
die sich diagonal zu jeder Seite des Versprüher- oder Regnersystems 6 erstreckt
und in zwei diametral gegenüberliegenden Ecken
des Kastens befestigt ist.
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Wie
man in der 4 sieht,
ist diese Zwischenwand 51 im oberen Abschnitt an der oberen (die
Oberseite bildenden) Wand 56 des Kastens befestigt; ihre
Höhe ist
merklich geringer als die Höhe des
Kastens, so dass ihr unterer Rand sich in einem bestimmten Abstand
h oberhalb des Niveaus der Lösung
S befindet, wodurch ein Raum für
das Durchtreten des Dampfs, dessen Zirkulation durch die Pfeile G
symbolisiert wird, ausgespart wird.
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Man
versteht, dass dank dieser Anordnung der Dampf, der den Kasten von
der Mündung 500 in Richtung
der Mündung 501 durchströmt, dazu
gezwungen wird, unter der Zwischenwand 51, die die Rolle
eines Hindernisses spielt, durchzuströmen; der Dampf wird folglich
dazu gezwungen, den Regen, der durch das Versprüher- oder Regnersystem 6 er zeugt wird,
zweimal zu durchqueren, zuerst indem er diesen von oben nach unten
durchquert, dann von unten nach oben.
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Der
obere Raum der stromabwärts
befindlichen Abteilung des Kastens (in Richtung des Ausgangs bezogen
auf die Zwischenwand 51) wird durch eine Vorrichtung 52 eingenommen,
die man herkömmlicherweise
als "Entvesikelungsvorrichtung" ("Devesiculeur") bezeichnet. Es
handelt sich um ein Polster, welches aus kleinen Spänen aus
Kunststoffmaterial oder aus rostfreiem Stahl gebildet wird, dessen
Funktion darin besteht, aus dem zirkulierenden Dampf die festen
Teilchen und/oder die relativ voluminösen Tröpfchen derart zu entfernen,
dass der Dampf den Kasten in Form eines aus extrem feinen Tröpfchen gebildeten
Dampfes verlässt.
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Die
Abmessungen der Reinigungsvorrichtung und die Fläche der Eintritts- und Austrittsmündungen
werden vorzugsweise so festgelegt, dass die Geschwindigkeit des
Dampfes im Inneren des Kastens zwischen 0,5 und 0,75 m/s liegt.
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Die
Höhe der
Reinigungslösung
in dem Kasten beträgt
einige zehn Zentimeter.
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Die
Rotationsgeschwindigkeit des Versprüher- oder Regnerrohrs 60 wird
so gewählt,
dass die Lösungsstrahlen
mit einer Geschwindigkeit austreten, die weder zu langsam noch zu
schnell ist.
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Zur
Unterrichtung liegt diese Geschwindigkeit in der Größenordnung
von 1400 Umdrehungen/min.
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Die
Kavitationsprobleme sind viel weniger störend als bei klassischen Pumpen.
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Die
Wartung der Reinigungsvorrichtung ist sehr leicht, denn der Versprüher oder
Regner kann in einem Stück
aus dem Kasten durch die in der oberen Wand 56 vorgesehene Öffnung herausgenommen werden.
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Die
verschiedenen Kästen
sind in Reihe montiert.
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Gemäß einem
wichtigen Merkmal der Erfindung erzeugt wenigstens eine der Reinigungsvorrichtungen
einen Regen von Wasser, eine andere erzeugt einen Regen von starker
Säure und
eine andere einen Regen von starker Base.
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Vorzugsweise
und wie dies in der 5 veranschaulicht
wird, ist für
jeden Versprühungstyp
eine Batterie von nebeneinander angeordneten Kästen vorgesehen.
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In
dieser Figur werden mit dem Bezugszeichen N – wie "neutral" – die
Reinigungsvorrichtungen mit Versprühung von Wasser, mit dem Bezugszeichen
A – wie "Säure" – die
Reinigungsvorrichtungen mit Versprühung von Säure und mit B – wie "Base" – die Reinigungsvorrichtungen
mit Versprühung
von Base bezeichnet.
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Jedem
dieser Buchstaben N, A oder H ist eine Zahl zugeordnet, die der
Reihenfolge der Reinigungsvorrichtung in der Einrichtung entspricht
unter Berücksichtigung
der Zirkulationsrichtung des Dampfs in dieser Letzteren.
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Es
sind aufeinanderfolgend von stromabwärts in Richtung stromaufwärts, wenn
man diese Fortbewegungsrichtung des Dampfs berücksichtigt, eine Batterie von
drei nebeneinander angeordneten Versprühern bzw. Regnern von Wasser
N1, N2, N3, eine Batterie von drei nebeneinander angeordneten Versprühern bzw.
Regnern von Säure
A1, A2, A3, eine Batterie von drei nebeneinander angeordneten Versprühern bzw.
Regnern von Base B1, B2, B3 sowie ein vierter Versprüher bzw.
Regner von Wasser N4 vorgesehen.
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Innerhalb
einer Batterie strömt
die Lösung von
einem Kasten zum anderen in umgekehrter Richtung zu jener des Dampfs
dank eines "Überlauf"-Systems von bekanntem
Typ, wobei das Niveau der in dem letzten Behälter, dem die laufende Nummer
3 zugewiesen ist, enthaltenen Lösung
höher ist
als jenes des zentralen Behälters,
dem die laufende Nummer 2 zugewiesen ist, welches seinerseits höher ist als
jenes des ersten Behälters,
dem die laufende Nummer 1 zugewiesen ist.
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Es
sind geeignete Anschlüsse
vorgesehen, damit die Lösung
des Kastens mit der laufenden Nummer 3 durch Schwerkraft in den
Kasten mit der laufenden Nummer 2, dann in jenen mit der laufenden
Nummer 3 strömt.
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Außerdem ist
gleichfalls ein ähnliches
Fließen
von dem terminalen Kasten N4 in Richtung des Kastens N3 über eine
Leitung 81 möglich.
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Mit
dem Bezugszeichen 7 wird ein Reservoir, welches Schwefelsäure enthält, mit
dem Bezugszeichen 7' ein
Reservoir, welches Salpetersäure
enthält, mit
dem Bezugszeichen 8 ein Wasserreservoir und mit dem Bezugszeichen 9 ein
Reservoir mit Kali, Kalk oder Soda bezeichnet.
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Vorteilhafterweise
ist das Wasser das warme Destillat, das in dem Sammelbecken 11 des
Entfeuchters abgezogen wird.
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Dieses
Wasser kommt in der Reinigungsvorrichtung N4 durch eine Rohrleitung 80 an;
der Überlauf
entleert sich über
die Rohrleitung 81 in die Reinigungsvorrichtung N3, dann
nacheinander in die Reinigungsvorrichtungen N2 und N1.
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Die
Rückstände aus
der Dampfbehandlung werden durch eine Rohrleitung 82 in
einen Aufbewahrungsbehälter 84 abgeführt.
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Das
abgeführte
Produkt ist eine Lösung
von AGV-NH4.
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Die
Säuren
werden mittels Pumpen 70, 70' von den Reservoiren 7 bzw. 7' her in die
Reinigungsvorrichtungen A2 und A3 durch das Zwischenglied von geeigneten
Elektroventilen geleitet.
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Die
Pumpen 70, 70' sind
Dosierungspumpen, die es erlauben, die Prozentsätze von Schwefel- und Salpetersäure anzupassen.
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Zur
Unterrichtung liegt der Prozentsatz der Schwefelsäure in der
Größenordnung
von 90 bis 95% und der Prozentsatz von Salpetersäure in der Größenordnung
von 5 bis 10%.
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Die
Anwesenheit von Salpetersäure,
sogar in einem geringen Prozentsatz, ist nützlich, wenn die konstitutiven
Bestandteile der Reinigungsvorrichtung (insbesondere Kästen, Behälter und
Rohrleitungssysteme) aus rostfreiem Stahl bestehen.
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Tatsächlich erlaubt
die Salpetersäure,
dieses Material zu "passivieren", um dessen Korrosionsbeständigkeit
zu verbessern.
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Man
wird festhalten, dass man in die saure Reinigungsvorrichtung A3
gleichfalls heißes
Wasser einspritzt; dies erlaubt, die Behandlungstemperaturen in
den sauren Reinigungsvorrichtungen konstant zu halten und den für A1 und
A2 gewählten
Wert der pH konstant zu halten.
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Die
Temperaturen des Dampf-Lösungs-Gleichgewichts
der Reinigungsvorrichtungen A hängen
von der jeweiligen Konzentration von deren Reinigungslösung ab.
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Diese
Temperaturen können
von 101 bis 110°C
gemäß den Mengen
von Säure
und von Salz, die in den Kästen
vorhanden sind, gehen.
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Am
Ausgang von A1 ist die Lösung
neutral und sie wird über
eine Leitung 71 in einen Behälter 72 eingelagert.
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Man
findet darin gleichfalls Ammoniumsulfat, ein wenig Ammoniumnitrat
und Komplexe, welche Phenole enthalten.
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Diese
Lösung,
die am Ende der Behandlung schließlich sauer ist, wird später behandelt.
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Die
basischen Reinigungsvorrichtungen B erhalten ihre Zusatzstoffe auf
der Ebene der Reinigungsvorrichtungen B2 und B3 über eine Pumpe 90 und
Rohrleitungen 91 bzw. 92.
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Die
Reinigungsvorrichtung B3 erhält
gleichfalls heißes
Wasser aus dem Reservoir 8 über eine mit einem Elektroventil
ausgestattete Röhrenleitung 81.
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Die
basische Lösung,
beispielsweise eine Kalilösung,
wird von dem Reservoir 9 in B3 und B2 mittels einer Pumpe 90 geleitet.
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Die
Regulierung der basischen Reinigungsvorrichtungen, wie jene der
sauren Reinigungsvorrichtungen, erfolgt, indem man auf die Mengen
von Wasser und von Kali, welche in jede der Reinigungsvorrichtungen
B2 und B3 eingespritzt werden, derart einwirkt, dass die für die Behandlung
in diesen Reinigungsvorrichtungen gewählten Temperaturen konstant
gehalten werden und gleichfalls die Werte der pH, die für B1 und
B2 gewählt
werden, konstant gehalten werden. Beim Austritt aus B1 ist die Lösung teilweise
neutralisiert und wie wird in dem Reservoir 94 über eine
Leitung 93 eingelagert.
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Die
Reinigungsvorrichtungen N erlauben, wie bereits gesagt, eine Verbindungsbildung
zwischen Ammoniak und den AGV, wodurch Ammoniumacetate gebildet
werden.
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Wenn
in dem zu behandelnden Dampf der Ammoniak in übermäßiger Menge vorhanden ist, wird
nahezu die gesamte Menge der AGV in diesen Reinigungsvorrichtungen
N unwirksam gemacht.
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Die
sauren Reinigungsvorrichtungen A werden die Gesamtheit des restlichen
Ammoniaks und einen großen
Teil der Phenole unwirksam machen.
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Die
basischen Reinigungsvorrichtungen B werden das restliche Kohlendioxid,
die restlichen AGV und einen Teil der Phenole unwirksam machen.
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Schließlich dient
die neutrale Reinigungsvorrichtung N4, die lediglich Wasser, welches
langsam erneuert wird, enthält,
als Schutzpuffer für
den Verdichter. Sie macht unter anderem die feinen basischen Teilchen
unschädlich,
die aus der Reinigungsvorrichtung B3 stammen und die Entvesikelungsvorrichtung 52 von
dieser überwunden
haben.
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Diese
feinen Teilchen sind Tröpfchen
von sehr geringem Volumen, welche einen Nebel bilden, welcher durch
die Entvesikelungsvorrichtung nicht aufgehalten wird und bei dem
das Risiko besteht, dass er das Funktionieren des Verdichters stört.
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Unausweichlich
bleiben trotzdem beim Austritt aus der letzten Reinigungsvorrichtung
N4 Spuren von CO2, Luft, Methan und Wasserstoff
sowie die Gesamtheit der Lösemittel
(Alkohole, Ether, Aceton, Aldehyde usw. und mehrere sehr übelriechende
Verbindungen) weiterhin übrig.
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Diese übrigbleibenden
Verbindungen werden durch das im Inneren des Entfeuchters vorgesehene
Ausblasen entfernt.
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Die
durch den Entfeuchter und die Einrichtung zur chemischen Reinigung
gebildete Gesamtheit funktionieren auf die folgende Weise: Der gereinigte
Dampf wird durch den Verdichter 3 in den Kondensationsraum 21 des
Entfeuchters D geleitet.
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Der
Druck des Verdichters muss leicht über Atmosphärendruck liegen, um einen Eintritt
von störender
Luft zu vermeiden.
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Das
motorisierte Ventil 120 wird abhängig von der Austrittstemperatur
des Verdichters gesteuert, wobei das in dem Sammelbecken 11 entnommene
Destillationswasser zum Zwecke des Entgegenwirkens einer Überhitzung
oder Heißdampfkühlung ("desurchauffe") dient, d.h, um
den Verdichter zu kühlen,
um zu vermeiden, dass dessen Temperatur übermäßig ansteigt. Dieses Wasser
findet sich in Form von Dampf im Förderkreislauf des Dampfs wieder
und wird erneut durch die Leitung 100 in den Kondensationsraum
injiziert.
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Der
in der obersten Scheibe ankommende Dampf sinkt nach und nach von
Scheibe zu Scheibe nach unten, indem er einer Hindernisbahn aufgrund der
Anwesenheit der zentralen Zwischenwände 22 folgt, wie
dies weiter oben erläutert
worden ist. Diese Zirkulationsweise des Dampfs verhindert die Bildung von
inerten Ansammlungen von nicht-kondensierbaren Substanzen oder von
störenden
Dämpfen
und spielt eine bedeutende Rolle beim guten Funktionieren des Entfeuchters.
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Getrieben
durch den Dampf konzentrieren sich die nichtkondensierbaren Substanzen
und die störenden
Dämpfe
in der untersten Scheibe. Alle diese nicht-kondensierbaren Substanzen
bis auf Wasserstoff (sehr selten) haben molare Massen, die viel größer sind
als jene von Wasserdampf, und aus diesem Grunde lässt man
sie in die Scheiben von oben her zufließen.
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Um
zu vermeiden, dass die unterste Scheibe einen zu hohen Prozentsatz
von nicht-kondensierbaren Substanzen aufweist, bläst man diese
Scheiben durch den Rohrstutzen 15 aus; der andere Rohrstutzen 14,
der mit der obersten Scheibe in Verbindung steht, bildet eine Sicherheit,
die dazu bestimmt ist, die gegebenenfalls erfolgende Anhäufung von
Wasserstoff auf diesem Niveau zu vermeiden.
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Dank
des Wärmerückgewinnungssystems 4, welches
weiter oben beschrieben worden ist, gewinnt man die Energie der
ausgeblasenen Produkte zurück.
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Indem
er die Rohrschlange durchströmt,
wird der vom Ausblasen her eingespeiste Wasserdampf seine Energie
freisetzen, indem er kondensiert, was zur Wirkung hat, dass die
gleiche Menge Wasser des Behälters 40 verdampft.
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So
ersetzt man durch den eigenen Dampf in dem Raum 10 die
gleiche Menge Dampf, die durch das Ausblasen verloren geht. Der
resultierende Energieverlust ist nur jener, den der Verdichter 3 verbrauchen
wird, um diesen Dampf in die Scheiben, aus welchen er ausgetreten
ist, wieder einzuspeisen.
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Für einen
Entfeuchter mit mechanischer Verdichtung, welcher eine Leistungsziffer
von ungefähr 20
hat, liegt der resultierende Energieverlust zwischen ungefähr 0,6 und
3,2 kWh/m3, was relativ wenig und auf wirtschaftlicher
Ebene vollständig
akzeptabel ist.
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Wie
dies weiter oben bereits erläutert
worden ist, wird das in dem Behälter 42 rückgewonnene
Kondensat erneut in den Behälter 40 eingespritzt,
wohingegen die übelriechenden
nicht-kondensierbaren Substanzen durch Pyrolyse mittels des Brenners 45 verbrannt
werden.
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In
dem Ausmaß der
Entfeuchtung des Materials durch die Scheiben 2, werden
die in der Verdampfungskammer 10 erzeugten Dämpfe durch
die Leitung 101 in Richtung der Reinigungsvorrichtung 5 abgezogen.
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In
dieser Reinigungsvorrichtung nimmt man die chemische Behandlung
durch Hindurchleiten des warmen Dampfes (bei 100°C) nacheinander durch die Regengüsse aus
neutraler, saurer und basischer Behandlungslösung vor, wie dies detailliert
bereits weiter oben erläutert
worden ist.
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Der
am Ausgang aus der Reinigungsvorrichtung N1 angeordnete Lagerungsbehälter 84 könnte durch
einen thermischen Verdampfer oder eine thermische Aufkonzentrierungsvorrichtung
ersetzt werden, der bzw. die zu Lösungen mit sehr hohen Konzentrationen
von AGV-NH4 führen würde, die andere Anwendungen,
insbesondere die Extraktion des Kohlendioxids und des konzentrierten
Ammoniaks erfahren könnten.
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Im
Rahmen dieser Annahme einer Rufkonzentrierung der AGV2-NH4-Lösungen
erlaubt dies, den Verbrauch von Säuren zu verringern und den Verbrauch
von Kali, welches sehr teuer ist, praktisch rückgängig zu machen.
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Man
kann beispielsweise bei tierischen Exkrementen je nach Alterung
und je nach bestimmten Vorbehandlungen Dämpfe erhalten, bei denen die Anteile
von AGV und NH4 im Gleichgewicht stehen;
in diesem Falle kann der Verbrauch von Säuren und von Kali nahe Null
sein.
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Dann
kann man bei diesen sehr konzentrierten Lösungen in Betracht ziehen,
den Ammoniak selektiv für
andere valorisierende Anwendungen zu extrahieren.
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Der
Behälter 84 könnte gleichfalls
durch einen cyclischen chemischen Reaktor ersetzt werden, in welchen
man Kalk einspritzt, wie dies durch den Pfeil 83 in der 5 symbolisiert wird; dieser
Reaktor ist so dazu angepasst, um (AGV)2Ca-Salze,
welche sehr stabil und wenig kostspielig sind, zu bilden; am Zyklusende
kann der Inhalt des Reaktors 84 in den Behälter 94 über, wie
symbolisiert, durch die Rohrleitung 840 transferiert werden.
Bei dieser Annahme, wo man die Lösung
mit Kalk reagieren lässt,
findet sich der Ammoniak in dem Kreislauf wieder und es gibt keine
Einsparung von Säure
mehr. Im Gegenteil werden die AGV durch den Kalk unwirksam gemacht, wobei
der Ammoniak in dem Dampf im Überschuss vorliegt,
und der Verbrauch an Kali in den Reinigungsvorrichtungen B wird
gering.
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Man
muss wissen, dass bei gleicher Valenz der Kalk fünfzehnmal weniger kostspielig
als Kali ist; unglücklicherweise
macht die geringe Löslichkeit
des Kalks seine Verwendung in den Reinigungsvorrichtungen B schwierig.
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Die
sauren und basischen Reinigungslösungen
werden jeweils, wie bereits gesagt, in den Behältern 72 und 94 gelagert.
Indem man diese Lösungen getrennt
dehydratisiert, erhält
man trockene und lagerungsfähige
Produkte.
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Im
Gegenzug ist es nicht möglich,
diese zu mischen und diese zusammen zu dehydratisieren, denn ein
großer
Teil des Ammoniaks und der AGV, die in diesen Lösungen unwirksam gemacht worden sind,
würde freigesetzt
werden.
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Wenn
die Salze trocken sind, ist es möglich, diese
zu mischen, dann diese einzusetzen.
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Wenn
man das Beispiel der Behandlung der Gülle von Schweinen mit einem
Entfeuchter mit dreißig
Scheiben nimmt, besteht eine der Lösungen darin, die Gülle mit
28 Scheiben zu entfeuchten oder zu dehydratisieren, die Lösungen von
Ammoniumsulfat und -nitrat auf der neunundzwanzigsten Scheibe zu trocknen,
die (AGV)2Ca + AGV K + Carbonat auf der dreißigsten
Scheibe zu trocknen.
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Eine
andere Lösung
besteht darin, in einem Mischbehälter
X die Reinigungslösungen
mit der Gülle,
die aus dem normalen Mischer-Rührer-Behälter Y, der
den Entfeuchter D mit Gülle
versorgt, stammt, zu mischen.
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Es
ist diese Mischung aus Gülle
und Lösungen,
die in den Trockner D, welcher partiell in dem unteren rechten Abschnitt
der 5 dargestellt ist, befördert wird.
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Angesichts
der Tatsache, dass es unmöglich ist,
die sauren und basischen Reinigungslösungen gemeinsam zu dehydratisieren,
geht man dann auf sequentielle Weise vor.
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Während der
ersten Sequenz mischt man die aus dem Mischer-Rührer Y stammende Gülle mit
der sauren Reinigungslösung,
welche aus dem Behälter 72 stammt,
während
etwa einer Stunde (Volumen von 1 m3 insgesamt)
und man leitet sie zu dem Entfeuchter D.
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Während der
folgenden Sequenz speist man in den Entfeuchter nur aus dem Mischer
Y stammende Gülle
ein.
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In
einer dritten Sequenz leitet man zu dem Entfeuchter eine Mischung
von Gülle
und von basischer Reinigungslösung,
welche aus dem Behälter 94 stammt.
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Für die vierte
Sequenz leitet man zu dem Entfeuchter allein Gülle.
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Diese
Sequenzabfolge wird wiederholt.
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Beim
Austritt, wenn das Produkt in Form von Granulat oder Körnchen austritt,
erhält
man Granulat oder Körnchen
von Gülle,
welche (s) mit Granulat oder Körnchen
von Sulfat gemischt ist bzw. sind, Granulat oder Körnchen von
Gülle allein
oder Granulat oder Körnchen
von Gülle,
welche (s) mit einem Produkt AVGCa oder K gemischt ist bzw. sind.
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Alle
diese Körnchen
oder alles dieses Granulat können,
sind sie einmal trocken, ohne Schwierigkeit gemischt werden und
man findet in einer anderen Form alle Bestandteile der Ausgangsgülle wieder.
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Alle
diese Sequenzen werden mittels einer Pumpe 900 und von
geeigneten Elektroventilen 720, 940 ausgeführt.
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Anstatt
einen separaten Mischer X einzusetzen, könnte man Gebrauch von Mischer-Reservoiren 72, 94 machen;
der Ab gang aus diesen Mischern wie auch jener aus dem Mischer Y
wird sequentiell in Richtung des Entfeuchters D umgeschaltet werden.
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Die
Erfindung richtet sich nicht nur an die Behandlung von tierischen
Exkrementen, sondern auch an die Behandlung von anderen unterschiedlichen Materialien,
insbesondere von Schlämmen
aus Kläranlagen
und von Ausstoß von
agrarwirtschaftlichen Betrieben.