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Verfahren zur thermischen Behandlung von fein zerteilten Materialien
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findet nur in der oberen (oder Verdai'11pfungs-) Zone des Reaktors eine gewisse Beschleunigung statt, während in der unteren (oder Umsetzungs-) Zone, wo die Verweilzeit den wichtigsten Faktor darstellt, diese Zeit für eine gegebene Temperatur durch die Zuführungsgeschwindigkeit und die im Reaktor herrschenden Druckverhältnisse entscheidend beeinflusst werden kann. Als Mindestgeschwindigkeit des Gasstromes ist diejenige anzusehen, gegenüber welcher die Sinkgeschwindigkeit der Teilchen in demselben, aber unbewegten Gas vernachlässigbar klein ist, so dass sich alle Teilchen in dem Gasstrom mit der gleichen Geschwindigkeit durch die Heizzone bewegen.
In manchen Fällen, wo kurze Verweilzeiten erwünscht sind, kann die Geschwindigkeit des Gasstromes noch weit über dieses Minimum gesteigert und damit die Reaktionszeit gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen die Verweilzeit durch die Sinkgeschwindigkeit der Teilchen zufolge der Schwerkraft festgelegt ist, erheblich gesteigert werden. Eine obere Grenze für die Gasgeschwindigkeit ergibt sich durch allfälliges Einsetzen von Turbulenz, wodurch die Wege der Teilchen in der Heizzone ungleich zu werden beginnen.
Die in dem Gasstrom mitgeführten Teilchen oder Tröpfchen werden auf dem Wege zum Auslass weiter der Strahlungswärme ausgesetzt, bis die Trennung oder Zersetzung bis zu einem gewünschten Grad fortgeschritten oder vollendet ist. Selbst eine ganze Reihe von Trennvorgängen oder chemischer Reaktionen kann in dieser Strömung vorgenommen werden, indem man sie aufeinanderfolgende Zonen passieren lässt, in denen die Kammerwand auf geeigneten Temperaturen gehalten ist, und in welche, wenn gewünscht, chemische Reagenzien in Gas- oder Spray-Form eingeführt werden. Nach einer oder einer Reihe solcher Trennungen, Zersetzungen oder Umsetzungen kann das entwickelte gasförmige Material und etwaige restliche Tröpfchen oder Teilchen aus der Kammer ausströmen und der jeweils erwünschten Trennung, Weiterverarbeitung oder Verwendung zugeführt werden.
Bei einer sehr einfachen Anwendungsform der Erfindung besteht die zu behandelnde Substanz aus der wässerigen Lösung eines hitzebeständigen Stoffes, welche eingeengt oder bis zu einem wasserfreien Zustand getrocknet werden soll. Diese wässerige Lösung kann aus einer geeigneten Düse in fein zerteilter Form in einer Kammer gesprüht werden, welche beheizte Wände oder eine sonstige geeignete Quelle für Strahlungswärme besitzt, wobei die Temperatur so hoch gehalten wird, dass das Wasser von jedem Tröpchen verdampft.
Der entwickelte Dampf bildet dann eine sich bewegende Atmosphäre, in welcher die restlichen Tröpfchen suspendiert und mitgeführt werden können und dabei so lange der Strahlungswärme ausgesetzt bleiben, bis die gewünschte Konzentrierung oder die vollständige Verdampfung des Wassers von jedem Tröpfchen erreicht ist. Die Mischung aus Dampf und konzentrierten Tröpfchen oder übrigbleibenden trockenen Partikeln kann von der Kammer zu einer Trennvorrichtung strömen, z. B. zu einem Zyklon, wenn getrocknete Teilchen zurückbleiben, um diese von dem Dampf zu trennen. Der Dampf kann dann zu einem Kondensator oder Wärmeaustauscher geführt werden.
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einer Substanz dar, welche nicht hitzebeständig ist und einer thermischen Zersetzung unterworfen werden soll.
In diesem Fall ist die durch Strahlung beheizte Kammer so konstruiert, dass eine genügend lange Bestrahlungszeit ermöglicht wird, um die Feuchtigkeit vollständig zu entfernen, und die getrockneten
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gewünschtegas-oder dampfförmige Zersetzungsprodukte mischen sich hiebei mit dem Wasserdampf. Wenn feste Teilchen zurückbleiben, können sie von dem Wasserdampf oder der Dampfmischung wie oben beschrieben, getrennt werden. Nutzbare Wärme kann dem Wasserdampf entzogen und etwaige nicht kondensierbare Gase können nach Wunsch abgetrennt und wiedergewonnen werden.
Bei einer weiteren Anwendungsform der Erfindung kann die Verweilzeit der zurückbleibenden Feststoffe
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Jeder der nach der Erfindung vorgesehenen Prozesse kann bei oder nahe Atmosphärendruck durchgeführt werden, wobei der entwickelte Wasserdampf in jeder für Abdampf geeigneten Weise kondensiert oder nutzbar gemacht werden kann. Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt jedoch darin, dass sie auch bei superatmosphärischem Druck durchgeführt werden kann, wodurch, gegebenenfalls über einen Dampfkonverter, nutzbarer Betriebsdampf erzeugt werden kann. Einen zusätzlichen Vorteil stellt die erhöhte Reaktions- (z. B. Pyrolyse) geschwindigkeit nach erfolgter Verdampfung im Apparat selbst dar, welche vielleicht auf die Erhöhung der wirksamen Oberflächenbereiche der Teilchen als Folge der ausserordentlichen Verdampfungsbedingungen zurückzuführen ist. So wurde z.
B. gefunden, dass für eine bestimmte Substanz die für Verdampfung plus Pyrolyse erforderliche Zeit in dieser Vorrichtung 6 Sekunden betrug, gegenüber 20 Minuten für die Pyrolyse allein in einer üblichen Verwirbelungseinrichtung-also eine etwa 200fache Beschleunigung erzielt wurde. Ein weiterer Vorzug der Erfindung liegt in ihrer Anwendbarkeit auf industrielle Abwässer, welche häufig sehr stark verdünnt sind, korrodierend wirken oder bei der teilweisen Einengung klebriger Massen oder Kesselstein bilden können. Die Abdampfung des Wassers aus solchen Abwässern in den üblicherweise verwendeten Mehrfachverdampfern oder auf direkter Wärme- übertragung beruhenden Sprühtrocknern ist oft unwirtschaftlich und schwierig.
Insbesondere bei den erstgenannten Vorrichtungen verursachen korrodierend wirkende Stoffe oder klebrige Rückstände oft ernstliche Materialschwierigkeiten, während bei den letztgenannten nur wenig von der für die Verdampfung aufgewendeten Wärme rückgewinnbar ist. Im Gegensatz hiezu kann erfindungsgemäss aus hochverdünnten
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Substanzen nutzbarer, nicht mit grösseren Mengen Trocknungsgas vermischter Dampf erzeugt werden und die gesamte Verdampfung oder Wärmezersetzung wird bewirkt, während das Material in seiner eigenen Gas- oder Dampfatmosphäre suspendiert oder mitgeführt wird.
Korrodierende Materialien werden in dieser Weise praktisch solange gänzlich ausser Kontakt mit den Wänden oder Oberflächen der Anlage gehalten, bis sie durch Trocknung oder Zersetzung in eine verhältnismässig unschädliche Form übergeführt sind. Ebenso werden Stoffe, die in teilweise getrocknetem Zustand klebrig sind oder zur Bildung von Ansätzen an den Wänden neigen, so lange ausser Kontakt mit den Wänden oder Oberflächen, an denen sie sich ansammeln können, gehalten, bis sie vollständig getrocknet oder zersetzt sind.
Wenn auch im folgenden wässerige Lösungen zur beispielsweisen Veranschaulichung herangezogen werden, ist zu bemerken, dass Lösungen, Suspensionen oder Aufschlämmungen sowohl vom wässerigen als auch vom nichtwässerigen Typ in gleich guter Weise behandelt werden können, wenn Düsen oder Versprühungsanlagen geeigneter Art verwendet werden. Das Material kann auch der mittels Strahlungswärme beheizten Kammer in Form fein verteilter fester oder halbfester Stoffe zugeführt werden unter Verwendung von geeigneten Dispersionseinrichtungen, welche eine Wolke solcher Teilchen zu erzeugen vermögen.
In der Zeichnung sind in etwas schematisierter Form bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einiger Ausführungsformen der Erfindung und Fig. 2 eine Ansicht ähnlich derjenigen der Fig. 1 einer Vorrichtung zur Durchführung weiterer Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäss Fig. 1 wird eine Flüssigkeit, bestehend aus einer flüchtigen Fraktion wie Wasser und einer darin gelösten, dispergierten oder suspendierten, weniger oder gar nicht flüchtigen Substanz unter hydrostatischem Druck in die Leitung 10 eingebracht. Die Leitung 10 ist mit einem Absperrventil12 ausgestattet und steht über dieses mit der Leitung 14 in Verbindung, welche sich durch den oberen Abschluss 16 der Kammer 18 hindurcherstreckt. Die Leitung 14 endigt im oberen Teil der Kammer 18 und ist mit einer Düse 20 von geeigneter Bauart ausgestattet, um die aus der Leitung 10 zugeführte Flüssigkeit in einen feinstzerteilten Sprühregen zu verwandeln. Vorzugsweise ist die Düse 20 so ausgebildet, dass die Flüssigkeitsteilchen nicht gegen die Kammerwandung geschleudert werden.
Die Kammer 18 kann zylindrischen Querschnitt aufweisen und verjüngt sich an ihrem unteren Ende bis zum Anschluss an eine Abfuhrleitung 24.
Die Kammer 18 kann aus Metall oder einem andern, im Hinblick auf die Eigenschaften der durch die Düse 20 zugeführten Flüssigkeiten geeigneten Material hergestellt sein. Innerhalb der Kammer sind
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zur Erzeugung von Strahlungswärme vorgesehen. So können z.auf irgendeine geeignete Art auf die für die Verdampfung der flüchtigen Fraktion erforderliche Temperatur erhitzt werden. Die axiale Länge der Kammer 18 muss unter Berücksichtigung ihres Durchmessers oder Querschnitts und der Durchtrittsgeschwindigkeit der Teilchen gross genug sein, dass genügend Zeit für die Verdampfung einer gewünschten Menge der flüchtigen Fraktion von jedem Teilchen bei der herrschenden Temperatur zur Verfügung steht. Die Kammer 18 wird von einem Heizmantel26 mit Ein- und Auslass 28 bzw. 30 für ein Heizmedium, wie z. B. heisses Gas, umschlossen.
Wenn die aus der Düse 20 austretende Flüssigkeit wässerig ist, werden die Wände der Kammer 18 auf einer Temperatur gehalten, die die Sättigungstemperatur bei dem angewendeten Druck übersteigt, u. zw. vorzugsweise beträchtlich übersteigt, wobei Wärme durch Strahlung auf die fein zerteilten Flüssigkeitsteilchen innerhalb der Kammer 18 übertragen wird. Da die Kammer 18, mit Ausnahme der Mündung der Flüssigkeitszuleitung 14, oben geschlossen ist, kann der so erzeugte Wasser- oder sonstige Dampf nur durch Strömen nach der Abfuhrleitung 24 aus der Kammer entweichen. Die strömende Dampfmasse führt die Teilchen oder Tröpfchen mit und trägt sie gegen den Auslass 24, während sie weiterhin der Strahlungswärme ausgesetzt sind.
Die restlichen Teilchen strömen dann mit dem Wasser- oder sonstigen Dampf durch den Auslass 24 nach aussen. Die austretende Mischung aus Teilchen oder konzentrierten Tröpfchen und Dampf kann getrennt oder in sonstiger Weise weiter verarbeitet werden.
Das in die obere Zone der Kammer 18 eingebrachte fein verteilte Material kann aber auch aus einem festen oder halbfesten Stoff bestehen, der eine beträchtliche Menge einer flüchtigen Flüssigkeit enthält, welche durch Verdampfung zum Teil oder gänzlich entfernt werden soll. Das Material kann z. B. aus fein zerteilter Rinde bestehen, die von den für die Zellstoff- und Papiererzeugung verwendeten Hölzern stammt. In einem solchen Fall kann es erwünscht sein, entweder das ganze in der Rinde enthaltene Wasser zu verdampfen oder den Wassergehalt so weit herabzusetzen, dass diese als Brennstoff verwendbar wird.
Das fein zerteilte feste Material kann mittels geeigneter Zubringereinrichtungen einem Verteiler passender Bauart zugeführt werden, welcher an Stelle der in Fig. 1 dargestellten Düse tritt. Ein solcher Verteiler kann mechanisch oder vermittels verhältnismässig hohem Gasdruck betrieben werden, wobei seine spezielle Konstruktion dem jeweiligen Material angepasst sein wird, ohne dass dies einen Teil vorliegender Erfindung bildet. Die Funktion des Verteilers besteht in der Ausbildung einer Wolke der fein zerteilten festen Teilchen von entsprechender Dichte, welche durch die Kammer 18 strömt und dort der zugeführten Strahlungswärme ausgesetzt wird.
Die ganz oder teilweise getrockeneten Teilchen treten gemeinsam mit dem Wasser- dampf oder sonstigen, von der Verdampfung der flüchtigen Flüssigkeit herrührenden Dampf durch die
Leitung 24 aus der Kammer 18 aus und können getrennt oder in irgendeiner geeigneten Weise weiterverarbeitet werden.
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Bei der erwähnten thermischen Behandlung von Rinde können z. B. folgende Betriebsbedingungen angewendet werden : Mittels elektrischer Heizelemente imHeizmantel ss werden die Wände der Kammer. ? von oben bis unten gleichmässig auf eine Temperatur von 800 C gebracht. Die Kammer hat in diesem speziellen Fall einen Durchmesser von 20 cm und eine Länge von 3 m. Rinde mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 65% wird in einer Menge von 9 kg pro Stunde zugeführt, wobei die Dicke der eingebrachten Teilchen ungefähr 10 bis 30 Mikron und ihre durchschnittliche Länge 75 Mikron beträgt. Die Verweilzeit in der Behandlungskammer beträgt 10 Sekunden.
Die Vorrichtung zur Trennung des Dampfes von den konzentrierten oder festen Phasen der aus der Leitung 24 austretenden Mischung kann aus einem Gas-Flüssigkeits- oder Gas-Feststoff-Separator bestehen. Zur Trennung von Gasen und Feststoffen eignet sich z. B. der mit 36 bezeichnete Zyklon üblicher Bauart, welcher unten mit einer Austrittsöffnung 38 und Ventil 39 für die Feststoffe und mit einem oben herausragenden Rohr 40 zur Ableitung des Dampfes oder der gasförmigen Fraktion der Mischung versehen ist. Bei einem einfachen Vorgang, bei dem z. B. eine wässerige Lösung eines relativ hitzebeständigen Materials in die Kammer 18 gesprüht wird, besteht die aus der Leitung 24 in den Zyklon 36 eintretende Mischung aus Wasserdampf und Teilchen des ganz oder teilweise getrockneten Materials.
Die Teilchen
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weiligen Erfordernissen angepassten Wärmerückgewinnungsanlage oder durch Druck betriebenen Einrichtung geführt werden.
Fig. 1 zeigt auch eine geeignete Einrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus den aus dem Separator 36 durch die Leitung 40 abströmenden Dämpfen oder Gasen. Der Wärmeaustauscher 42 ist mit einem Einlass 44 für das zu erwärmende Medium und einem Auslass 46 ausgestattet, von welchem das erwärmte Medium zu irgendeinem Verwendungsort geführt werden kann. Der kondensierbare Teil der aus der Leitung 40 kommenden Gase kondensiert sich innerhalb des Wärmeaustauschers 42 und kann über die Leitung 48 und das Ventil 50 abgezogen werden, wogegen die nicht kondensierbaren Teile weiter durch die Leitung 52 abströmen.
Bei einem einfachen, bei oder nahe Atmosphärendruck durchgeführten Prozess, bei welchem das durch die Leitung 40 strömende gasförmige Material im wesentlichen zur Gänze aus Wasserdampf besteht, kann dieser durch die Leitung 52 direkt an die Aussenatmosphäre abgeführt werden. In andern Fällen, wenn dem Dampf in der Leitung 40 nutzbare Gase beigemischt sind, kann die Leitung 52 zu geeigneten Aufbewahrungs- oder Weiterverarbeitungsanlagen für diese Gase geführt werden.
Bei jeder der erfindungsgemäss durchführbaren Operationen kann die Kammer 18 auch unter einem superatmosphärischen Druck gehalten werden. Zu diesem Zweck wird die Leitung 52 mit einem Ventil 54 ausgestattet, mittels dessen der Druck derart reguliertwerden kann, dass der gewünschte superatmosphärische Gegendruck innerhalb der Leitungen 52 und 40, dem Zyklon 36 und der Kammer 18 aufrechterhalten wird.
In diesem Falle müssen auch das Ventil 39, durch welches die Feststoffe aus dem Zyklon 36 entleert werden, und das Ventil 50, durch welches Kondensat aus dem Wärmeaustauscher 42 entfernt wird, für entsprechende Druckregelung oder Druckhaltung ausgebildet sein. Der als Folge der Verdampfung von Feuchtigkeit gebildete Wasserdampf oder die infolge der Verdampfung anderer flüchtiger Flüssigkeiten entstehenden Dämpfe werden so unter einem Überdruck in der Kammer 18 gebildet und die aufgewendete Wärme kann in dem Wärmeaustauscher 42 wiedergewonnen werden. Der Wasserdampf oder die andern kondensierbaren Dämpfe kondensieren sich im Wärmeaustauscher 42 unter Abgabe von Wärme an das durch den Einlass 44 eingeführte und durch den Auslass 56 abgezogene Medium.
Die kondensierten Flüssigkeiten können durch die Leitung 48 und das Ventil 50 abgeführt werden, während alle unkondensierten Gase durch das Druckregulierungsventil 54 entweichen können. Falls diese Gase nutzbare Gase enthalten, können diese zu den jeweils gewünschten Aufbewahrungs- oder Verarbeitungsanlagen geführt werden.
Ausser zur thermischen Trennung wie der Konzentrierung oder Trocknung fein verteilten Materials kann die Vorrichtung nach Fig. 1 auch für die thermische Zersetzung fein verteilten Materials, z. B. die Herstellung von Kohlenstoff aus geeigneten fein zerteilten kohlenstoffhältigen Substanzen verwendet werden. Die Produkte einer solchen Zersetzung oder Pyrolyse bestehen aus festen und gasförmigen Stoffen, welche gemeinsam mit Wasserdampf aus der Kammer 18 durch die Abfuhrleitung 24 strömen. Die axiale Länge der Kammer 18 und die deren Wänden erteilte Temperatur müssen z.
B. so gewählt sein, dass die flüchtigen flüssigen Anteile des aus der Düse 20 oder dem diese ersetzenden Feststoff-Verteiler austretenden Materials innerhalb der mit 32 bezeichneten Zone im wesentlichen verdampft sind, worauf die getrockeneten Teilchen durch die mit 34 bezeichnete Zone weiterströmen und dabei weiterhin der Strahlungswärme bei solchen Temperaturen ausgesetzt sind, dass die gewünschte Wärmebehandlung wie Zersetzung oder Pyrolyse bewirkt wird. Der in der Zone 32 gebildete Dampf bewegt sich durch die Zone 34, wobei er sich mit etwaigen gasförmigen Zersetzungsprodukten vereinigt und gegebenenfalls durch die Ableitung 24 aus der Kammer 18 ausströmt. Die Feststoffe können aus der Mischung im Zyklon 36 abgeschieden werden, während die Mischung aus Dampf und Gas über die Leitung 40 in den Wärmeaustauscher 42 strömt.
Wasserdampf oder andere kondensierbare Dämpfe kondensieren hier, das Kondensat wird durch die Leitung 48 und das Ventil 50 abgeführt und das restliche Gas strömt durch die Leitung 52 und das Ventil 54. Wenn die gasförmigen Produkte der Zersetzung oder Pyrolyse brennbar oder sonstwie ausnützbar sind, können sie zu einer geeigneten Anlage zur Aufbewahrung oder Verwertung bzw. Weiterverarbeitung geführt werden. Der oben beschriebene Prozess kann bei atmosphärischem oder superatmosphärischem Druck ausgeführt werden, je nachdem es im Hinblick auf obige Darlegungen ange-
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messen erscheint. Unter diesen Bedingungen kann der Wärmeaustauscher 42 auch, wenn gewünscht, durch einen Dampfkonverter zur Erzeugung von reinem Betriebsdampf ersetzt werden.
Die in Fig. 1 aufscheinende Kammer 18 kann, wie hier gezeigt, senkrecht, aber auch unter jedem beliebigen Neigungswinkel angeordnet sein. Das Ausmass der Weiterbewegung der fein verteilten Tröpfchen oder Teilchen durch diese Kammer ist nahezu ausschliesslich durch die Strömung des entwickelten gas- förmigen Materials, welches aus Wasserdampf, andern Dämpfen oder Gasen oder deren Mischungen bestehen kann, festgelegt, wenn es auch in einer vertikal angeordneten Kammer etwas grösser ist.
Bei vielen Stoffen wird der erwünschte Grad der thermischen Trennung oder Zersetzung innerhalb der Zeit erreicht, die für die Strömung durch eine vertikal oder horizontal angeordnete, mittels Strahlungswärme beheizte Kammer von praktisch zulässigen Abmessungen zur Verfügung steht. Gewisse andere Materialien, insbesondere viele der der thermischen Zersetzung oder Pyrolyse unterzogenen Stoffe erfordern jedoch Verweilzeiten, die eine Kammer von unwirtschaftlichen Abmessungen nötig machen würden. Um diese Erfordernisse mit Apparaten von praktischer Grösse zu erfüllen, kann die Verweilzeit verlängert werden durch Ausbildung eines Wirbelbettes, in welchem die Teilchen zwecks weiterer Behandlung oder Reaktion gehalten werden.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt, in welcher fein verteilte Stoffe unterschiedlichen oder fortgesetzten Trennungen, Zersetzungen oder chemischen Reaktionen unterworfen werden können. In Fig. 2 entsprechen die mit Bezugszeichen 210-254 bezeichneten Elemente den Elementen 10-54 der Fig. 1, so dass ihre Beschreibung nicht wiederholt zu werden braucht. Die Kammer 218 ist überdies mit einem Heizmantel256 ausgestattet, der unterhalb des Mantels 226 angeordnet und mit Zu- und Abführungsleitungen 258 bzw. 260 für das Heizmedium versehen ist. Der Mantel 256 wird auf einer geeigneten erhöhten Temperatur gehalten, welche von derjenigen des Mantels 226 verschieden oder ihr gleich ist, so dass das fein zerteilte Material in Zone 262 Strahlungswärme von gewünschter Höhe unterworfen ist.
Das fein zerteilte Material, das in den Zonen 232 und/oder 234 der Strahlungswärme zwecks Erreichung eines der oben angeführten Ziele ausgesetzt war, schreitet somit zu der Zone 262 weiter, wo es einer weiteren Bestrahlung, gegebenenfalls verschiedenen Bestrahlungen unterworfen wird. Das die Zone 262 verlassende Material erreicht den unteren Teil 222 der Kammer 218 und kann von hier durch Trennungs-und/oder Wärmerückgewinnungsanlagen geführt werden, wie sie sämtlich in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben wurden.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 kann auch dazu benutzt werden, eine weitere chemische Reaktion des fein zerteilten, der Strahlungswärme ausgesetzten Materials innerhalb der Zone 262 zu bewirken. Zu diesem Zweck ist eine mit Ventil 266 versehene Leitung 264 für die gegebenenfalls erwünschte Einführung eines Reagens, wie z. B. eines reaktionsfähigen Gases, vorgesehen, welches mit dem fein zerteilten Material während seines Durchganges durch die Zone 262 in Berührung gebracht wird. So kann z. B. fein zerteiltes Material, das in den Zonen 232 und 234 bei einer vorbestimmten Temperatur getrocknet oder anderweitig behandelt wurde, mit z. B. Luft vermischt und dann der Strahlungswärme in der Zone 262 ausgesetzt werden, wobei dort eine Reaktion, wie z. B. Röstung, erfolgt.
Die schematisch in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung dient lediglich der Veranschaulichung ; selbstverständlich können auch mehrere der Leitung 264 entsprechende Einlässe in geeigneten Niveaus vorgesehen sein, um weitere Reagens zwecks Ergänzung des durch die Leitung 264 eingebrachten oder auch andere Reagenzien zuzuführen, durch welche verschiedene Reaktionen in aufeinanderfolgenden Zonen der Kammer 218 bewirkt werden sollen. Ebenso können zusätzliche Einrichtungen zur Zuführung von Strahlungswärme verschiedener Temperaturen in aufeinanderfolgenden Zonen der Kammer 218 vorgesehen sein. Zu diesem Zweck können zusätzliche Heizmäntel, wie der Heizmantel256, angeordnet sein, wenn mehrere aufeinanderfolgende Zonen erwünscht sind, um das fein zerteilte Material gleichen oder verschiedenen Wärmegraden auszusetzen.
Es kann auch auf eine physikalische Trennung die Einführung eines oder mehrerer Reagenzien oder die weitere Zugabe eines Reagens'zu einer abgetrennten Fraktion folgen, welch letztere hierauf der Strahlungswärme in einer oder mehreren Zonen ausgesetzt wird. In dieser Weise kann jede beliebige Folge von Trennungen und Reaktionen bei fein zerteilten und/oder gasförmigen Stoffen in einer aufeinanderfolgenden Reihe von Zonen durchgeführt werden.
Im Hinblick darauf, dass das von den der erfindungsgemässen Wärmebehandlung unterworfenen Stoffen entwickelte gasförmige Material sowohl aus Bestandteilen der ursprünglichen Substanz (z. B. Wasserdampf) oder aus derenZersetzungsprodukten (z. B. ein brennbares Gas) bestehen kann, sind indem in den Ansprüchen verwendeten Ausdruck "gasförmiges Material" alle solchen Bestandteile oder Reaktionsprodukte oder deren Mischungen mit inbegriffen. Weiters soll der in den Ansprüchen für den nicht-gasförmigen Rückstand verwendete Ausdruck "Teilchen" Rückstände in Form von konzentrierten Tröpfchen wie auch in Form trockener fester Stoffe umfassen, sei es, dass diese Reaktionsprodukte oder Rückstände einer thermischen Trennung oder Umsetzung darstellen.
Der in einem Teil der Ansprüche verwendete Begriff "fein zerteilt" soll alle praktisch in Betracht kommenden Grössen von Einheiten decken, in die eine Substanz unterteilt werden kann, wie versprühte Flüssigkeiten in Tröpfchenform oder pulverisierte oder sonstwie zerkleinerte feste oder halbfeste Stoffe. Für jede gegebene Substanz ist ihre Endgeschwindigkeit umso kleiner, je kleiner die Tröpfchen oder Teilchen sind. In einer vertikalen Kammer von gegebener Länge wird das feiner zerteilte Material etwas langsamer fallen und daher der Geschwindigkeit der bewegten Atmosphäre, in welcher es mitgeführt ist, näherkommen.
In einer horizontalen oder geneigten Kammer, in der die Schwerkraft
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in einer zur Strömungsrichtung des entwickelten Gases verschiedenen Richtung auf das Material einwirkt, ermöglicht ein feiner zerteiltes Material die Anwendung einer Kammer mit einem höheren Verhältnis von Länge zu Durchmesser bei gleichzeitiger Vermeidung des Absetzens von Teilchen an den Wänden.
Wichtiger als die eben im Zusammenhang mit "fein zerteilt" besprochenen Faktoren ist aber wahrscheinlich folgender Umstand : Je feiner ein gegebenes Material zerteilt ist, umso rascher werden Flüssigkeiten von demselben abgedampft, umso rascher wird eine bestimmte Temperatur unter sonst gleichen Bedingungen der Übertragung der Strahlungswärme erreicht und umso rascher wird das Teilchen zufolge seiner gegenüber der Masse stark vergrösserten Oberfläche eine chemische Reaktion eingehen. Es ist daher zu erwarten, dass sich bei so weitgehender Zerteilung der zu behandelnden Substanz, als es mit Rücksicht auf die Aufrechterhaltung eines angemessenen Zustroms möglich ist, die günstigsten Bedingungen hinsichtlich Grösse, konstruktiver Ausgestaltung und Wärmewirtschaft der Anlage bei Verarbeitung einer bestimmten Substanzmenge erzielen lassen.
Wenngleich die in der Kammer herrschende Atmosphäre im wesentlichen aus gasförmigen, von der Substanz selbst als Folge ihrer thermischen Behandlung entwickelten Stoffen besteht, kann sie natürlich auch noch in der Kammer allfällig anwesende oder zugesetzte Gase enthalten. So wird z. B. Luft oder ein anderes Gas verwendet, um ein Wirbelbett zu erzeugen oder um einen Sprühregen von Flüssigkeiten oder eine Wolke fein zerteilter fester oder halbfester Stoffe gemäss irgendeiner der Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten, Lösungen, Aufschlämmungen oder Feststoffen, welche vergasbare oder verdampfbare Bestandteile enthalten, wobei das Material in Form einer Wolke von Teilchen so geringer Grösse, dass sie durch ein unbewegtes Gas nur sehr langsam hindurchfallen würden, in das obere Ende eines Gefässes eingeführt und während seines Weges zur Austrittsöffnung durch eine Heizzone im Gefäss geführt und dort durch Strahlung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein oben verschlossenes Gefäss verwendet wird und dass die Zuführung des Materials mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, dass die Geschwindigkeit der Gasentwicklung aus den Teilchen beim Erhitzen gross genug ist, um das Gas in Form eines autogenen Stromes,
dessen Fortpflanzungsgeschwindigkeit wesentlich grösser ist als die normale Fallgeschwindigkeit der Teilchen, zur Austrittsöffnung strömen zu lassen, wobei der Gasstrom die Teilchen mitführt, so dass jedes Teilchen im wesentlichen mit der Geschwindigkeit des
Gases durch die Heizzone geführt und der Wärmebehandlung während praktisch der gleichen Zeit ausgesetzt ist.