VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR INERTISIERUNG VON VAKUUMFÖRDERERN

Verfahren und Vorrichtung zur Inertisierung von Vakuumförderern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inertisierung von Vakuumförderern, die mindestens eine Einsaugeinrichtung, eine Entleereinrichtung, einen Abscheidebehälter, eine Vakuumpumpeneinrichtung und Mittel zum Einströmen von Inertfluid in den Abscheidebehälter aufweisen, sowie einen entsprechend ausgestatteten inertisierbaren Vakuumförderer.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Vakuumförderer transportieren Material Pulver, Granulate, Stäube, Tabletten, Kleinteile usw. im Sauggasstrom, in der Regel Luft oder Inertgas.

Das Material wird von einer Aufgabestelle zB mit Handsaugrohr, Aufgabetrichter oa angesaugt, durch eine Schlauch- oder Rohrleitung transportiert und gelangt über eine Einsaugöffnung in den Vakuumförderer. Im Vakuumförderer trennt, in der Regel durch Fliehkräfte und Sedimentation unterstützt, ein eingesetztes Filterelement das transportierte Material vom Sauggas. Das transportierte Material wird in dem Abscheidebehälter des Vakuumförderers gesammelt. Der gefilterte Sauggasstrom verläßt den Abscheide- behälter und durchströmt die den Förderprozeß antreibende Vakuumpumpe, die üblicherweise direkt auf dem Oberteil des Vakuumförderers oder in dessen unmittelbarer Umgebung fest installiert und - auch unabhängig von der Umweltentlastung - vor Verschmutzung zu schützen ist. Nach erfolgtem Füllvorgang des Abscheidebehälters wird die Vakuumpumpe angeschaltet oder der Sauggasstrom durch ein auf der gefilterten Rein- Gasseite angebrachtes Ventil zwischen Abscheidebehälter und Vakuumpumpe unterbrochen.

Bei einem Standard-Vakuumförderer öffnet nun ein unten im Abscheidebehälter angebrachtes Entleerventil und das transportierte Material fällt durch die Entleeröffnung aus dem Abscheidebehälter heraus. Brückenbildende Materialien können hilfsweise fluidisiert oder mit Überdruck aus dem Abscheidebehälter herausgedrückt werden. Der Filter wird mittels Gegenblasung von der Reingasseite her vom anhaftenden Filterkuchen gereinigt. Die Dauer der einzelnen Saug- und Entleertakte wird üblicherweise über eine Taktsteuerung mit einstellbaren Saug- und Entleerzeiten geregelt. Saug- und Entleerzeiten sind bei Vakuumförderern üblicherweise relativ kurz und betragen in der Regel jeweils nur wenige Sekunden. Da der Filterkuchen sehr häufig abgereinigt werden kann, erlaubt diese kurze Taktung eine äußerst kompakte Bauform mit extrem kleinen Filterflächen im Vergleich zur Anströmgeschwindigkeit in üblichen Luft-Filteranlagen.

Fördert man Feststoffe im Sauggasstrom, so kommt es aufgrund der Kontakte der einzelnen Materialteilchen untereinander sowie aufgrund der Berührungen mit Förderleitungen zu Ladungstrennungen. Dabei laden sich das Material sowie die berührten O- berflächen elektrostatisch auf, so daß sich Zündrisiken durch verschiedene elektrische Entladungsformen für entzündliche Feststoffe oder vorhandene brennbare Gase sowie deren Gemische ergeben. Diesem Effekt kann man bei den Vakuumförderern durch geeignete Erdungsmaßnahmen entgegenwirken. Insbesondere haben sich komplett durchgängig elektrisch leitfähige Abscheidebehälterlösungen durchgesetzt. Schlauchleitungen sollten mit Drahtspiralen ausgerüstet sein, welche an beiden Enden geerdet werden bzw. metallisch über eine Klemme mit dem Abscheidebehälter verbunden sind. Da im Förderer selbst alle elektrisch leitenden Teile untereinander elektrisch leitend verbunden sind und geerdet werden, kann das Risiko der Funkenentladung im Förderer minimiert und nahezu ausgeschlossen werden.

Jedoch verbleibt auf dem geförderten Material selbst eine Ladung, die nur langsam ü- ber die Behälterwand des Abscheiders bzw. über die Luftfeuchtigkeit abgebaut werden kann. Auch vom am Filterelement des Abscheiders anhaftenden Filterkuchen geht ein Explosionsrisiko aus - die Oberflächenladungen können bei genügend großen Ladungsmengen zu sogenannten Büschelentladungen führen. Büschelentladungen sind nach heutigem Stand der Wissenschaft für Feststoffe mit einer Mindestzündenergie MZE von mehr als 1 mJ nicht zündfähig, so daß sich Vakuumförderer für Feststoffe mit einer MZE größer als 1mJ generell einsetzen lassen. Sicherheitshalber beschränkt man jedoch die Stoffmenge je Fördertakt auf eine Masse von ca. 10kg, um größere Ladungsansammlungen zu vermeiden.

Sind jedoch in der Umgebung brennbare bzw. einen Brennvorgang unterstützende Gase, wie beispielsweise Sauerstoff, vorhanden, reichen meist schon weit geringere Energien aus, diese Gase zu entzünden. In diesen Fällen wird regelmäßig eine Inertisierung als Explosionsschutzmaßnahme gewählt. Dabei wird insbesondere der Sauerstoffgehalt auf ein für die jeweilige Anwendung unkritisches Niveau reduziert und durch ein geeignetes Inertfluid ersetzt. Als Beispiel seien N ₂ , C0 ₂ , oder Edelgase erwähnt.

Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Inertisierungsverfahren bei Vakuum- förderern gemäß EP 0 937 004 B1 wird das Material von einer Aufgabestelle in den Abscheidebehälter des Förderers gesaugt, wird die Einsaugöffnung des Vakuumförderers verschlossen und wird der Abscheidebehälter des Förderers auf ein ausreichend hohes Vakuum evakuiert. Anschließend wird die Vakuumpumpeneinrichtung durch ein Ventil von der Abscheidebehälter getrennt und der Abscheidebehälter von der Reingasseite des Filters her inertisiert.

Um sicherzustellen, daß ein nahezu vollständiger Gasaustausch stattgefunden hat und somit der Sauerstoffgehalt auf ein unkritisches Niveau reduziert wurde, hat sich bei den bekannten Verfahren ein dreifach aufeinander folgender Inertisierungsprozeß durchge- setzt. Dies bedeutet, daß nach erfolgter Einsaugung des Materials der Abscheidebehälter je dreimal evakuiert und inertisiert wird, um den Gasaustausch insbesondere oberhalb des abgeschiedenen Materials sicherzustellen. Anschließend wird das Material unter Stickstoffbeschleierung ausgetragen. Ein Nachteil der bisherigen Verfahren liegt also darin, daß zum Sicherstellen eines unkritischen Sauerstoffgehalts in dem in dem Abscheidebehälter vorhandenen Gas oder Fluid eine zeitintensive mehrfach Inertisierung stattfinden muß.

Es wurde nun festgestellt, daß das oberhalb des abgeschiedenen Materials in den Abscheidebehälter einströmende Inertfluid mit dem Volumen des abgeschiedenen Materials nur wenig wechselwirkt und das Risiko besteht, daß der in Lücken und/oder Porenvolumen des abgeschiedenen Materials vorhandene Sauerstoff mit Hilfe der beschriebenen Inertisierungsprozesse gar nicht oder nur unvollständig mit dem Inertfluid ausgetauscht wird.

DIE ERFINDUNG

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inertisierung von Vakuumförderern bereitzustellen, welches sicher stellt, daß der gesamte Abscheidebehälter und insbesondere die Umgebung des abgeschiedenen Materials nahezu vollständig inertisiert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wir ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, bei dem ein Inertfluid während der Inertisierung unterhalb der freien Oberflä- ehe eines abgeschiedenen Materials in den mindestens einen Abscheidebehälter eingeströmt wird.

Der Grundgedanke, das in dem Abscheidebehälter vorhandene Material mit einem I- nertfluid zu durchströmen, kann in vielfacher Weise verwirklicht werden. In jedem Fall wird erreicht, daß der Austausch des brennbaren Gases oder des Sauerstoffs mit dem Inertfluid nicht nur oberhalb des abgeschiedenen Materials stattfindet, sondern daß, insbesondere aufgrund eines Druckunterschiedes, das abgeschiedene Material, insbesondere von unten nach oben, von dem Inertfluid durchströmt wird, wobei der gesamte Inertisierungsprozeß, vorzugsweise, durch ein kontinuierliches Einströmen, sowie ein Evakuieren des Inertfluids bestimmt wird. Durch die Erfindung können unter anderem Mehrfachzyklen zur Inertisierung des Abscheidebehälters eingespart und der Vakuumförderungsprozeß deutlich beschleunigt werden.

Um einen geeigneten Differenzdruck aufzubauen und gleichzeitig das brennbare Gas und/oder den Sauerstoff aus dem Abscheidebehälter zu entfernen, wird von der insbesondere oberhalb des abgeschiedenen Materials angebrachten Vakuumpumpeneinrichtung während der Inertisierung in dem mindestens einen Abscheidebehälter ein Druck erzeugt oder aufrecht gehalten, der unterhalb des Inertfluiddruckes liegt, oder aber der Speisedruck der Inertisiervorrichtung wird ausreichend hoch gewählt, so daß bei abge- schalteter und frei durchströmbarer Vakuumpumpeneinrichtung bzw. einem zuschaltenden Bypassventil eine ausreichende Durchströmung bzw. Fluidisierung des geförderten Produktes vorliegt.

Um eine platzsparende Anordnung der Inertfluidzuleitung und einen insbesondere wir- kungsvollen Explosionsschutz zu ermöglichen, wird das Inertfluid in unmittelbarer Nähe, insbesondere oberhalb, der Entleeröffnung in den mindestens einen Abscheidebehälter eingeströmt.

Um eine nahezu vollständige Durchströmung des abgeschiedenen Materials und des restlichen Volumens des Abscheidebehälters mit dem Inertfluid, sowie des Filterelements und des an dem Filterelement anbackenden Filterkuchens zu gewährleisten, durchströmt das mittels einer, insbesondere ventilgesteuerten, Leitung in den Abscheidebehälter eingeströmte Inertfluid durch den Filter in Richtung Reingasseite, wo es aus dem Abscheidebehälter austritt.

Um die Zeit für die Inertisierung möglichst kurz zu halten und die dazu notwendigen Arbeitsschritte zu reduzieren, kann die Inertisierung im Rahmen eines Prozesses stattfinden, welcher durch ein kontinuierliches Einströmen des Inertfluids und durch die gleichzeitig kontinuierliche Evakuierung des Abscheidebehälters gekennzeichnet ist. Um über den Gehalt an insbesondere Sauerstoff während der Inertisierung permanent informiert zu sein und diese Informationen gegebenenfalls für die Steuerung der Inertisierung zu verwenden, wird, insbesondere in einem Bereich der Reingasseite, die Sauerstoff-Konzentration des in dem mindestens einen Abscheidebehälter vorhandenen Fluids gemessen.

Um möglichst flexibel einsetzbar zu sein, ist das erfindungsgemäße Verfahren in geeigneter Weise mit einem konventionellen, nicht das abgeschiedene Material, sondern insbesondere das Filterelement aus Richtung der Reingasseite durchströmenden Inertisie- rungsschritt kombinierbar.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, einen Vakuumförderer bereitzustellen, der ein gründliches Inertisieren des Abscheidebehälters gewährleistet und sicher stellt, daß insbesondere das abgeschiedene Material nahezu vollständig der Inertisierung un- terworfen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wir ein Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, bei der die Mittel zum Einströmen von Inertfluid unterhalb der freien Oberfläche des abzuscheidenden Materials an und/oder in dem mindestens einen Abscheide- behälter vorgesehen sind.

Um ein kontrolliertes und effektives Einströmen des Inertfluid in den Abscheidebehälter zu gewährleisten, sind die Mittel zum Einströmen des Inertfluids als Fluidisierdüsen ausgebildet.

Um das Einströmen des Inertfluids zu jedem Zeitpunkt zu kontrollieren und gegebenenfalls die Menge an Inertfluid einstellen zu können, sind die Einströmmittel führenden Leitungen mittels Ventilen steuerbar. Um die Einströmmittel für Inertfluid im Hinblick auf das Durchströmen des abgeschiedenen Materials in eine optimale Position zu bringen und dabei zusätzlich eine kompakte Bauform zu gewährleisten, sind die Einströmmittel in und/oder an der Behälterwand und/oder in der zu der Entleervorrichtung gehörenden Entleerklappe vorgesehen.

Um das Inertfluid im Hinblick auf das Durchströmen des abgeschiedenen Materials in eine möglichst optimale Position zu bringen, werden die Bereiche der Behälterwand, in denen die Fluidisierdüsen vorgesehen sind, nach unten schräg zulaufend angeordnet, vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 30° - 75°. Auf diesen trichterförmigen Be- reich kann aber insbesondere bei kleineren Behälterdurchmessern von bis zu 450mm verzichtet werden, so daß sich eine zylindrische Fläche ergibt, auf der die Inertisierein- richtungen angeordnet sind. Der Behälter ist dann nach unten hin von einem den gesamten Behälterdurchmesser verschließenden Entleerventil abschließbar.

Um ein möglichst wirksames Durchströmen des abgeschiedenen Materials zu gewährleisten, werden mehrere Einströmmittel, in einer Struktur angeordnet, die der Geometrie des Abscheidebehälters, insbesondere dessen Umfangsform, entspricht, insbesondere in einer Ringstruktur. Bei kleinen Behälterdurchmessern ist erfindungsgemäß auch ein einzelnes, an nur einer Seite angebrachtes Einströmmittel möglich,

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Verfahrens der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels das erfin- dungsgemäße Verfahren zur Inertisierung von Vakuumförderern dargestellt ist. Im einzelnen zeigt die Zeichnung:

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig.1 ein Blockschaltbild in schematisierter Vertikalschnittansicht von einem Vakuumförderer mit Abscheidebehälter, Vakuumpumpeneinrichtung und Einsaugeinrichtung.

Fig. 2 eine dreidimensionale Teilschnittansicht eines Vakuumförderers mit vollständig zylindrischem Abscheidebehälter und mit Einströmmitteln in der Behälterwand sowie einer Entleerklappe in Form eines Scheibenventils.

Fig. 3 eine dreidimensionale Teilschnittansicht eines Vakuumförderers mit nach unten schräg geneigtem Abscheidebehälter und mit in einer einseitig zu öffnenden Klappe eingebaute Einströmmittel.

Das aus Figur 1 ersichtliche Blockschaltbild eines Vakuumförderers 10 umfaßt einen Abscheidebehälter 100, eine Vakuumpumpeneinrichtung 20, eine Einsaugeinrichtung 30 sowie eine Entleereinrichtung 40. Die Einsaugeinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Leitung 32, die mittels Ventilen 34, 34' gesteuert werden kann und zum anzusaugenden Material 36 führt, wobei die Verbindung zum Abscheidebhälter 100 mittels einer Einsaugöffnung 38 hergestellt wird. Das zum Saugen notwendige Vakuum wird durch die Vakuumpumpeneinrichtung 20 erzeugt, die mittels Leitungen 22, 24 über ein Ventil 23 steuerbar, mit einer Saugöffnung 100B in dem oberen Teil des Abscheidebehälters 100 fluiddicht verbunden ist. An die Leitung 22 schließt sich eine weitere, mittels Ventil 23' gesteuerte Leitung 26 an, deren Funktion unten beschrieben wird.

Innerhalb des Abscheidebehälters 100 filtert ein Filterelement 50 das angesaugte För- derfluid von Staub oder Partikeln, so daß diese nicht in die Vakuumpumpeneinrichtung 20 gelangen können. In dem oberen Teil des Abscheidebehälters 100 ist eine weitere Öffnung vorgesehen, an die sich eine mittels Ventil 29 gesteuerte Leitung 28 anschließt, die das Fluid innerhalb des Abscheidebehälters 100 an ein entsprechendes Meßgerät weiterleitet, mit dessen Hilfe beispielsweise der Sauerstoffgehalt ermittelt werden kann. Ausreichend ist auch nur eine Öffnung im Behälterdeckel, die alle anderen Einrichtungen über eine Sammelleitung verbindet. Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten am Abscheider des Vakuumförderers können hiermit vereinfacht werden (kleinere zu hantierende Massen). Im unteren Bereich des Abscheidebehälters befindet sich eine Entleereinrichtung 40, die in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als schwenkbare Entleerklappe 41 ausgebildet ist, die geschlossen und geöffnet 41' werden kann. In unmittelbarer Nähe zu der Entleeröffnung 40A befinden sich von Ventilen 43, 43' gesteuerte Leitungen 42, 44, die an beispielsweise der Behälterwand 100A in Fluidisierdüsen 45, 46 enden. Die Position dieser Düsen 45, 46 ist so gewählt, daß ihre Austrittsöffnungen unterhalb der freien Oberfläche des abgeschiedenen Materials 103 liegen und so ein durch die Leitungen 42, 44 strömendes und durch die Düsen 45, 46 austretendes Inertfluid aufgrund des etwaigen Inertfluiddrucks und/oder aufgrund des von der Vakuumpumpeneinrichtung 20 erzeugten Vakuums das Volumen des abgeschiedenen Materials 102 so gut wie vollständig durchströmt und anschließend das sich oberhalb des abgeschiedenen Materials 102 befindliche und einen Restsauerstoffgehalt aufweisendes Fluid 104 im Kammervolumen verdrängt, sowie das Filterelement 50 durchströmt, um schließlich über seine Auslaßöffnung 100B den Abscheidebehälter 100 zu verlassen. Dieser Inertisierungsvorgang kann kontinuierlich erfolgen. Der Strömungsverlauf ist in Figur 1 durch Pfeile angedeutet. Erst nach erfolgter Vakuumspülung mit dem Inertfluid, deren Fortschritt anhand einer Restsauerstoffgehaltsmessung be- stimmt werden kann, öffnet die Entleereinrichtung 40 und das abgeschiedene Material 102 gelangt beispielsweise in einen Transportbehälter 48.

Um zu einem gegebenen Zeitpunkt das Filterelement 50 mittels Gegenblasimpuls zu reinigen, kann die über das Ventil 23' gesteuerte Leitung 26 benutzt werden. Durch ihr kann während des oben beschriebenen Inertisierungsprozesses optional zusätzlich I- nertfluid zugeführt werden.

In Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform eines entleerten Vakuumförderer 10 ver- einfacht dreidimensional in Teilschnittansicht dargestellt, bei dem der Abscheidebehälter 100 vollständig zylindrisch ausgestaltet ist und keine Verengung insbesondere im Bereich, in dem die Einströmmittel vorgesehen sind, aufweist. Diese Ausführung ist insbesondere aber nicht ausschließlich für kleinere Behälter mit einem Durchmesser von bis zu 450mm empfehlenswert. Zusätzlich ist eine modifizierte Entleerklappe 41 darge- stellt, die aus einem Scheibenventil besteht, welches eine im wesentlichen mittig angeordnete Achse aufweist, mit der die Verschlußplatte drehbar an der Entleereinrichtung 40 befestigt wird. Die Einströmmittel sind oberhalb der Entleereinrichtung 40 in der Behälterwand 100A angeordnet. Die den Innenraum des Abscheidebhälters 100 zu der Auslaßöffnung 100B abgrenzenden Filterelemente 50 sind in der Ausführungsform als eine Mehrzahl von einzelnen Filtereinheiten, wie beispielsweise Filterkerzen oder Filtersäcke, ausgestaltet. Weitere Details, wie beispielsweise Ventilsteuerungen, können a- nalog der Fig. 1 entnommen werden.

Fig. 3 zeigt vereinfacht in dreidimensionaler Teilschnittansicht eine weitere Ausfüh- rungsform, bei der der entleerte Abscheidebehälter 100 im unteren Bereich sich nach unten verjüngt. Eine derartige Ausführung empfiehlt sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich für größere Behälter mit einem Durchmesser von mindestens 450mm. Als Öffnungswinkel für den trichterförmigen Bereich hat sich vorzugsweise ein Wert von 30° - 75° erwiesen, wobei jedoch durchaus größere oder kleinere Werte im Sinne dieser Erfindung sind. Als weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung sind bei dieser Ausführungsform die Einströmmittel in der Entleerklappe 41 angeordnet, wobei diese, wie dargestellt, einseitig an der Entleereinrichtung 40 befestigt wird. Weitere Details, wie beispielsweise Ventilsteuerungen, können erneut analog der Fig. 1 entnommen werden. Bezuqszeichenliste

10 Vakuumförderer

20 Vakuumpumpeneinrichtung

23, 23', 29 Ventil

22, 24, 26, 28 Leitung

30 Einsaugeinrichtung

32 Leitung

34, 34' Ventile

36 anzusaugendes Material

38 Einsaugöffnung

40 Entleereinrichtung 0A Entleeröffnung

41 Entleerklappe 1' Entleerklappe (geöffnet)

42, 44 Leitung 3, 43' Ventil 5, 46 Fluidisierdüsen 8 Transportbehälter

50 Filterelement

100 Abscheidebehälter

100A Behälterwand

100B Auslaßöffnung

102 abgeschiedenes Material

102A Schüttungsoberfläche

103 Oberfläche des abgeschiedenen Materials

104 Restsauerstoff aufweisendes Fluid