DE10048516B4 - Device for heat and mass exchanges - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
(1) für
Wärme-
und Stoffaustauschvorgänge,
die zwischen gasförmigen
Medien, wie z.B. Luft, und flüssigen
oder schüttgut-artigen
Medien in direktem Austausch ablaufen,
der auf einer Fluidisierung
der flüssigen
oder schüttgut-artigen
Medien basiert, bestehend aus einem Gehäuse (2) mit einem flüssigen oder
schüttgut-artigen
Medium (4) darin, das einen Ruhespiegel (9) aufweist, und einem über dem
Ruhespiegel (9) befindlichen Freiraum (11),
aus Rohrleitungen
(6/7/12/14/15) für
eine Zuführung
eines gasförmigen
Mediums in das Gehäuse
(2),
wobei die Zuführung über dem
Ruhespiegel (9) erfolgt und aus wenigstens einer Öffnung (5/33/18)
in dem Gehäuse (2)
zur Ableitung des behandelten gasförmigen Mediums, wobei in dem
Gehäuse
(2) die Rohrleitungen (6/7/12/14/15) mehrere Austrittsöffnungen
(8) zum Verteilen des gasförmigen
Mediums aufweisen, die Austrittsöffnungen
(8) in einer horizontal verlaufenden Ebene angeordnet sind und
im
Betrieb von dieser Ebene aus das gasförmige Medium in das flüssige oder
schüttgutartige
Medium (4) geblasen wird,
so dass dadurch...Device (1) for heat and mass transfer processes, which take place between gaseous media, such as air, and liquid or bulk-like media in direct exchange,
which is based on a fluidization of the liquid or bulk-like media, consisting of a housing (2) with a liquid or bulk material-like medium (4) therein, which has a resting mirror (9), and one above the resting mirror (9) located Free space (11),
from pipelines (6/7/12/14/15) for feeding a gaseous medium into the housing (2),
the supply being effected above the resting mirror (9) and from at least one opening (5/33/18) in the housing (2) for discharging the treated gaseous medium, in which housing (2) the pipelines (6/7/12 / 14/15) have a plurality of outlet openings (8) for distributing the gaseous medium, the outlet openings (8) are arranged in a horizontally extending plane, and
In operation, the gaseous medium is blown from this plane into the liquid or bulk-like medium (4),
so that ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Wärme- und Stoff- Austauschvorgänge und Verfahren nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 12, 15, 16 und 17.The The invention relates to a device for heat and mass exchanges and Method according to the preambles of claims 12, 15, 16 and 17.
Wie
in
Eine
Kondensatkammer (
Eine
Anordnung zur Trocknung von Geschirr durch eine Kühlung von
Luft unter direktem Kontakt mit Frischwasser ist in
Eine weitere Behandlung von Luft erfolgt in den sogenannten Luftwäschern. Nach dem Prospekt der Firma Venta-Luftwäscher wird die Luft an befeuchteten Oberflächen vorbei geführt. Wobei für eine Aufsättigung der Luft durch eine Wäsche oder eine Erwärmung der Luft weitere Maßnahmen erforderlich sind.A Further treatment of air takes place in the so-called air-washers. After the prospectus of the company Venta-Luftwäscher the air is moistened surfaces passed by. Whereby for a saturation the air through a wash or a warming the air further action required are.
Ein
Verfahren zur thermischen Behandlung einer Materialschicht ist in
Andere typische Einrichtungen für die Behandlung von Luftströmen sind Lufterhitzer. Für eine Aufheizung eines Mengenstromes von 140 l/min. in einem Erhitzer vom Typ 700 empfiehlt die Fa. Leister (Schweiz) ihr Hochdruckgebläse Typ ROBUST, um die Strömungsverluste in dem Lufterhitzer durch eine statische Pressung von 80 mbar zu überwinden. Wobei zur Behandlung derartiger Luftmengen in Haushaltsmaschinen weitere Maßnahmen erforderlich sind.Other typical facilities for the treatment of air currents are air heaters. For a heating of a flow rate of 140 l / min. in a heater Leister (Switzerland) recommends its Type 700 high pressure blower type ROBUST, around the flow losses in the air heater to overcome by a static pressure of 80 mbar. For the treatment of such amounts of air in household appliances further measures required are.
Aus den vorstehenden Verfahren ist ersichtlich, daß bei der Behandlung von Luftströmen weitere Verbesserungen notwendig sind. Zusätzlich ist bei Verfahren, die bereits gute Stoffaustauschvorgänge ermöglichen, der großer Platzbedarf bei der Behandlung kleiner Luftmengen nachteilig.Out From the above process it can be seen that in the treatment of air streams further Improvements are necessary. Additionally, in processes that already good mass transfer processes enable, the big one Space requirement in the treatment of small amounts of air disadvantageous.
Aus
der
Aus
der
Aus
Aus
der
Bei den vorstehend aufgeführten Verfahren mit einem Wärme- und Stoffaustausch ist ein apparativer Aufbau gegeben, der sich in der Höhe oder in der Fläche ausdehnt. Für die anlagentechnische Umsetzung der Austauschvorgänge sind größere Wegstrecken und ein entsprechender Platzbedarf erforderlich. Damit ist die Ausführung der Austauschvorgänge in den technischen Anlagen mit dem Problem verbunden, dass bestimmte Vorgänge nicht vollständig ablaufen und/oder zu deren Durchführung der Platz nicht vorhanden ist.at the above Method with a heat and mass transfer is given an apparatus construction, which is in height or in the area expands. For are the technical implementation of the exchange processes longer distances and a corresponding space required. This is the execution of the exchanges in the technical equipment associated with the problem that certain operations are not Completely expire and / or the implementation of the space not available is.
Aufgabe der Erfindung ist es daher jetzt, die Behandlung eines gasförmigen Mediums bei dem Kontakt mit flüssigen oder schüttgutartigen Medien in der Weise zu ermöglichen, daß sich die angestrebten Austauschvorgänge zwischen den Medien in kleinen Einheiten realisieren lassen.task The invention is therefore now the treatment of a gaseous medium in contact with liquid or bulk-like To enable media in the way that yourself the desired exchanges between the media in small units.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und mit den Verfahren der Ansprüche 12, 15, 16 und 17 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2–11 und 13–14 gelöst.According to the invention This object is achieved by the device according to claim 1 and with the method the claims 12, 15, 16 and 17 solved. Further embodiments of the invention are in the claims 2-11 and 13-14 solved.
Über Fließbetten ist dem Erfinder bekannt, daß bei Schüttgütern wie Kochsalz und einer Kornverteilung ähnlich einem Verdampfersalz, bei einer fluidisierten Höhe von 10 cm zwischen der Luft (zur Fluidisierung) und dem Schüttgut über der Wirbelschicht in der Abluft ein Temperatur- und Stoffaustausch gegeben sein kann. Stoffaustausch bedeutet dabei, daß die örtlich austretende Abluft entsprechend dem lokalen Dampfdruck über dem Salz mit Wasserdampf gesättigt ist.About fluid beds is known to the inventor that at Bulk goods like Common salt and a grain distribution similar to an evaporator salt, at a fluidized level of 10 cm between the air (for fluidization) and the bulk material above the Fluidized bed in the exhaust air given a temperature and mass transfer can be. Mass transfer means that the locally exiting exhaust air accordingly the local vapor pressure over the salt saturated with water vapor is.
Es ist weiter bekannt, daß in einer derartigen Wirbelschicht gute Wärmeübergänge zwischen Heiz-/Kühlflächen und dem fluidisierten Schüttgut realisierbar sind.It is further known that in such a fluidized bed good heat transfer between heating / cooling surfaces and the fluidized bulk material are feasible.
Zur Lösung von Aufgaben des Wärme- und Stoffaustausches im Haushalts- und Gewerbebereich sind gegenüber industriellen Prozessen aus Platzgründen kleine Apparate(Einrichtungen) einsetzbar.to solution of tasks of heat and mass transfer in the household and commercial sector are compared with industrial Processes for reasons of space small apparatus (facilities) can be used.
In derartigen fließbettähnlichen Apparaten können die oben bekannten Austauschvorgänge in Produkten mit kleinen Kornfraktionen und kleinen Anströmgeschwindigkeiten und entsprechend kleinen Schichthöhen umgesetzt werden. Dabei kann die Ausströmgeschwindigkeit ein Vielfaches der eigentlichen Fluidisierungsgeschwindigkeit betragen.In Such fluid bed-like Apparatus can the above-known exchanges in products with small grain fractions and small flow velocities and be implemented according to small layer heights. there can the outflow speed be a multiple of the actual fluidization speed.
Beispiel:Example:
Bei einer offenen Fläche in den Düsen von insgesamt 2% der Grundfläche des Fließbettes ist die Austrittsgeschwindigkeit 50mal so hoch.at an open area in the nozzles of a total of 2% of the floor area of the fluidized bed The exit speed is 50 times higher.
Dazu kann das zur Fluidisierung verwendete gasförmige Medium, wie Luft, von oben über eine Düsensystem in das feine Schüttgut, flächenmäßig verteilt, eingeblasen werden. Durch die Verteilung der Luft und das Aufsteigen im Freiraum Freeboard, wird das Schüttgut fluidisiert und überdeckt die von oben wirkenden Auslaßöffnungen z.B. für die Luft.To For example, the gaseous medium used for fluidization, such as air, of above over a nozzle system in the fine bulk, distributed by area, be blown. By the distribution of the air and the rising Freeboard freeboard, the bulk material is fluidized and covered the outlet openings acting from above e.g. For the air.
Verschiedene
Möglichkeiten
für die
Verteilung von Luft werden im Zusammenhang mit
Vorteilhaft ist es in diesem Fall, die einzelnen Düsen oder Austrittsöffnungen im Verteiler des Gases so anzuordnen, daß sie im nicht fluidisierten Zustand außerhalb des Produktbettes angeordnet sind. Vorteil:
- – kein Verstopfen der Austrittsöffnungen,
- – kein Eindringen von Flüssigkeit in das Verteilrohr,
- – kurze Ansprechzeit zum Aufbau des Fließbettes,
- – geringer Energiebedarf für die Fluidisierung.
- - no clogging of the outlet openings,
- No penetration of liquid into the distributor tube,
- - short response time to build up the fluidized bed,
- - low energy requirement for fluidization.
Dabei wird die seitliche Ausdehnung der Wirbelschicht durch ein kanalähnliches Gehäuse und die Höhe der Schicht durch den vorhandenen Freeboard begrenzt.there is the lateral extent of the fluidized bed by a channel-like casing and the height the layer is limited by the existing freeboard.
Dabei kann das gasförmige Medium vor dem Austritt aus dem Freeboard in einem Abscheider für Staub oder einem für Tropfen gereinigt werden. In gleicher Weise ist mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 die Möglichkeit gegeben, gasförmige Luft über einer salzhaltigen Lösung, z.B. relativ auf 70% aufzusättigen und gleichzeitig Aerosole dieser Lösung in dem austretenden Gas zu belassen.In this case, the gaseous medium before exiting the freeboard in a separator for Dust or one to be cleaned for dripping. In the same way is given with the device according to claim 1, the possibility of gaseous air over a saline solution, eg relatively aufzusättigen to 70% and at the same time to leave aerosols of this solution in the exiting gas.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutet. Dazu zeigt: The Invention will be explained in more detail with reference to the drawing. This shows:
In
Über eine
Rohrleitung
Diese
Austrittsöffnungen
liegen zu Beginn einer Gasförderung
oberhalb des Mediums
Die
Gasausstrittsöffnungen
Die
in
- – Inhalation von Dampfanteilen aus einer (im Kochtopf) erwärmten Flüssigkeit;
- – Inhalation eines mit Tröpfchen angereicherten Gases über einer Salzlösung;
- – Befeuchtung von Raumluft durch eine Wäsche der Luft in einer Wasservorlage. Der Waschprozeß kann z.B. durch die Zugabe von Oxidationsmittels intensiviert werden.
- – Entstauben von kleinen Produktschüttungen.
- - inhalation of vapor content from a (heated in a saucepan) heated liquid;
- Inhalation of a droplet-enriched gas over a saline solution;
- - Humidification of room air by washing the air in a water mask. The washing process can be intensified, for example, by the addition of oxidizing agent.
- - Dusting of small product fillets.
Weiter
ist in
Nun
zur Beschreibung der Einrichtung mit einem runden Gehäuse in
Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einem rechteckigen Gehäuse in Form
eines Lufterhitzers wird im Zusammenhang mit
Fall A: Fluidisierung von WasserCase A: fluidization of water
Mit
dem Beginn der Luftförderung
kann der Flüssigkeitsspiegel über das
Heizelement
- – Erzeugung von Heißdampf zum Befeuchten und Aufheizen von kaltem Geschirr,
- – Anfeuchten von Pils- oder Weizenbiergläsern,
- – Zusätzlicher Betrieb als Durchlauferhitzer zur Erwärmung von Spülwasser,
- – Luftbefeuchter für erwärmte Luft z.B. bei Klimaanlagen in Fahrzeugen.
- Generation of superheated steam for humidifying and heating cold dishes,
- - moistening Pils or wheat beer glasses,
- - additional operation as instantaneous water heater for heating rinse water,
- - Humidifier for heated air eg for air conditioning systems in vehicles.
Fall B: Fluidisierung eines TrockengutesCase B: Fluidization a dry good
Hierbei
kann eine bestimmte Kornfraktion eines Kalksteines CaCO3 z.B. 0,1
bis 0,3 mm, oder ein anderes Granulat als Schuttgut fluidisiert
werden. Die Fluidisierung der Schüttgutes um das Heizelement
- – Erzeugung von Trocknungsluft für das Geschirr.
- – Abkühlung der Heizelemente und gleichzeitige Kühlung des Geschirres nach der Trocknung.
- - Production of drying air for the dishes.
- - Cooling of the heating elements and simultaneous cooling of the dishes after drying.
Der
Weg der Luft führt
in diesem Fall von einem Eintritt
Der
Weg einer zu kühlenden
Flüssigkeit
führt über eine
Einspeisung
Die
Vorrichtung
Das
Gas wird hierbei im Gegenstrom zur herabfließenden Flüssigkeit geführt. Es
ist weiter möglich
ein Gas zuerst in der oberen Ebene
Für die Durchführung von Gas-flüssig-Reaktionen hat die vorstehende Vorrichtung den Vorteil, daß ein Reaktionsprozeß der im Reagenzglas mit einem Gas abläuft, in einem Skale-up auf eine größere halbtechnische und gewerbliche Anlage übertragbar ist. Dies ist z.B. bei der Oxidation von NOx in Abgasen in einer Waschflüssigkeit mit H2O2 von Vorteil.For the implementation of Gas-liquid reactions The above device has the advantage that a reaction process in the Test tube expires with a gas, in a scale-up to a larger semi-technical and commercial investment transferable is. This is e.g. in the oxidation of NOx in exhaust gases in a scrubbing liquid with H2O2 advantageous.
Das Einblasen eines Gases in ein Reagenzglas kann auf diese Weise auch in gewerblichen Anlagen umgesetzt werden. Wobei die Fließbetttechnik den Vorteil hat, daß man von einer halbtechnischen Ausführung die Betriebsdaten auf eine gewerbliche Anlage übertragen kann.The Blowing a gas into a test tube can also be done this way be implemented in commercial facilities. Where the fluidized bed technology has the advantage that one from a semi-technical execution the Transfer operating data to a commercial facility.
Weiter
ist es möglich,
die fluidisierte Schicht über
ein Heizelement, induktiv oder mittels Wärmestrahlung partiell oder
als Ganzes zu erwärmen.
- 11
- Behandlungseinrichtungtreatment facility
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Unterseitebottom
- 44
- flüssiges oder schüttgut-artiges Mediumliquid or bulk-like medium
- 55
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 66
- Rohrleitungpipeline
- 77
- Verteilrohrdistributor
- 88th
- Austrittsöffnungenoutlet openings
- 99
- Ruhespiegelcalm mirror
- 1010
- Niveau der fluidisierten Schichtlevel the fluidized layer
- 1111
- Freeboard/FreiraumFreeboard / space
- 1212
- Belüftungsleitungvent line
- 1313
- Mittelachsecentral axis
- 1414
- Rohrleitungpipeline
- 1515
- Verteilrohremanifolds
- 1616
- Zuführleitungensupply lines
- 1717
- Gehäusecasing
- 1818
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 1919
- Bodenplattebaseplate
- 2020
- Heizelementheating element
- 2121
- elektrischer Anschlußelectrical Connection
- 2222
- Vorrichtungcontraption
- 2323
- fliudisierbares Mediumfliudisierbares medium
- 2424
- Düsenreihennozzle rows
- 2525
- Düsenreihennozzle rows
- 2626
- Niveau der Flüssigkeitlevel the liquid
- 2727
- Ebenelevel
- 2828
- Ebenelevel
- 2929
- Eintrittentry
- 3030
- Austrittöffnungoutlet opening
- 3131
- Ventilatorfan
- 3232
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 3333
- Auslaßöffnungoutlet
- 3434
- Einspeisung für Flüssigkeitfeed for liquid
- 3535
- ÜberlaufwehrOverflow weir
- 3636
- UnterlaufwehrUnderflow weir
- 3737
- Überlaufoverflow
- 3838
- Rohrleitungpipeline
- 3939
- Kondensattopfsteam trap
- 4040
- Überlaufoverflow
- 4141
- Kondensattopfsteam trap
- 4242
- Speicherbeckenreservoir
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