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Vorrichtung zum Wärmeaustausch oder zur Durchführung chemischer Reaktionen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch oder zur Durchführung chemischer Reaktionen u. dgl. zwischen Medien verschiedenen Aggregatzustandes im Gegenstrom, bei welcher das zu behandelnde Medium axial zugeführt wird, während das zur Behandlung dienende Medium tangential in die Kammer eingeleitet wird und diese axial wieder verlässt, insbesondere zum Vorwärmen von Zementrohgut durch die Abgase eines dahintergeschalteten Fertigbrennofens, z. B. Drehrohrofens.
Das Neue dieser Vorrichtung liegt darin, dass die Kammer in an sich bekannter Weise eine Breite aufweist, die einen Bruchteil, z. B. ein Fünftel bis ein Siebentel des Kammerdurchmessers bildet, ferner der Gaseintrittsstutzen sich über die ganze Kammerbreite erstreckt, ausserdem die Kammerachse horizontal verläuft und eine zentral angeordnete Guteinbringevorrichtung vorgesehen ist, die an ihrem Ende eine gegebenenfalls rotierende Streuvorrichtung aufweist, wobei zwei Gasaustrittsöffnungen auf entgegengesetzten Seiten, u. zw. in den beiden Kammerstirnwänden in der Mitte angeordnet sind und schliesslich der Kammermantel mit einer oder mehreren Gutaustrittsschurren versehen ist.
Die Erfindung gibt erstmals die Möglichkeit, einen Gegenstrom bei freier Durchmischung zweier Medien zu erreichen, wobei beide Medien hohe Geschwindigkeiten haben können. Hiezu dient eine in ihren Grundzügen zylindrische Kammer, in die tangential ein Medium einströmt, das in der Kammermitte wieder abströmt, dabei also eine Spirale beschreibt, wobei in der Nähe der Kammermitte-aber so, dass das ausströmende Medium das einströmende Medium nicht mit herausreissen kann-ein anderes spezifisch schwereres Medium durch bekannte Mittel laufend hineingegeben wird, so dass das erste Medium dem hineingegebenen Medium eine Rotationsgeschwindigkeit erteilt, welche das spezifisch schwerere Medium nach aussen an den Zylindermantel trägt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich zwar besonders zum Vorwärmen von Zementrohgut mit den Abgasen eines Drehrohrofens, kann aber stets dort verwendet werden, wo ein Wärmeaustausch oder eine chemische Reaktion od. dgl., zwischen zwei Medien verschiedenen Aggregatzustandes oder mindestens merkbar verschiedenen spezifischen Gewichtes (z. B. nicht mischbaren Flüssigkeiten) bei freier Durchströmung im Gegenstrom erwünscht ist.
Es ist meist erforderlich, dem zentral eintretenden spezifisch schwereren Medium in der Streuvorrichtung eine gewisse Anfangsgeschwindigkeit zu geben, damit es durch das austretende Medium nicht sofort aus der Kammer wieder hinausgetragen wird. Das ist mit bekannten Mitteln (Druckluft od. dgl., Schleuderteller) möglich, aber man kann statt dessen auch so vorgehen, dass man das spezifisch schwerere Medium nahezu mit der Geschwindigkeit Null aufgibt, aber in ausreichender Entfernung von der zentralen Austrittsstelle des andern Mediums. Das Medium, z. B. feinkörniges Gut, wird dann von dem an dieser Stelle eine reine kreisende Bewegung ausführenden zweiten Medium, z. B. Gas, zunächst mitgerissen, aber gleichzeitig gelangt das Gut dabei unter die Wirkung der Zentrifugalkraft und schlägt daher einen spiralförmigen Weg nach aussen an die Wandung des Wärmeaustauschers ein.
Die Strömung der beiden Medien in der Kammer, deren axiale Breite zweckmässig nach der Mitte hin zunimmt, lässt sich insbesondere dann leicht beherrschen, wenn diese axiale Breite nicht zu gross gewählt wird. Muss die axiale Breite aus Gründen der Leistung grösser gewählt werden, so ist es zweckmässig, die Kammer in ihrer Breite durch Zwischenwände zu unterteilen. Die Zwischenwände liegen normal zur Kammerachse.
Da meist kleinere Mengen des spezifisch schwereren Mediums von dem entgegenströmenden Medium mitgerissen und aus der Kammer hinausgetragen werden, empfiehlt es sich, einen Abscheider, z. B. einen Zyklon, nachzuschalten, aus dem das abgeschiedene Gut wieder in die Kammer zurückgeführt wird.
Da es sich bei diesen mitgerissenen Teilen vorwiegend um die kleinsten bzw. leichtesten Teilchen handeln wird, empfiehlt es sich, die zurückgeführten Mengen in einiger Entfernung von der Kammermitte von neuem einzubringen, wo sie weniger in Gefahr sind, noch einmal mit hinausgerissen zu werden.
An Hand der Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäss der Erfindung erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Kammer im Schnitt normal zur Achse, Fig. 2 dieselbe Kammer
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im Axialschnitt, Fig. 3 eine Abwandlung der Kammerform im Schnitt und Fig. 4 eine Kammer mit Zwischenwänden im Schnitt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 treten aus einem Drehrohrofen 1 Abgase 2 (gestrichelte Pfeile) durch einen tangentialen Stutzen 3 in eine zylindrische Kammer 4 ein, in der sie kreisend in einer Spirale bis zur Kammermitte strömen, wo sie durch die Öffnungen 15 axial austreten, in einem Zyklon 5 gesammelt und durch ein Gebläse 6 in die Atmosphäre ausgeblasen werden. Das in der Mitte der Kammer 4 eingegebene, spezifisch schwerere Gut (näheres zeigt Fig. 2) kommt durch den kreisenden Gasstrom ebenfalls in Rotation, bewegt sich jedoch infolge des grösseren spezifischen Gewichtes in Spirallinien 7 (vollausgezogene Pfeillinien) bis zur äusseren Kammerwand, an der es in Strömungsrichtung der Gase entlanggleitet, bis es in den Bereich der Austrittsschurre 8 gelangt, durch die es in den Drehrohrofen 1 gelangt.
In die Schurre kann in bekannter Weise eine Gutschleuse eingebaut werden, un den Übertritt der Gase aus dem Drehrohrofen durch die Schurre in die Kammer zu verhindern.
Fig. 2 zeigt die Einbringungsvorrichtung 9 für das spezifisch schwerere Gut, im vorliegenden Fall eine Förderschnecke, an deren Ende das Gut durch eine umlaufende Streuvorrichtung 10 mit Öffnungen 16 in die Kammer 4 hineingeschleudert wird. Die Abgase treten aus der Kammer beiderseits axial aus und werden durch Leitungen 11 dem Zyklon 5 zugeführt, aus dem das abgeschiedene Gut durch die Leitung 12 zur Kammer zurückläuft.
Fig. 3 zeigt eine Kammer, deren axiale Abmessung zur Mitte hin zunimmt, um den Wirbelkern günstiger auszubilden. Ausserdem trägt die Kammer konische Austrittsstutzen 13 für die Abgase, um durch Herabsetzung des Druckes der Kammermitte unter den Atmosphärendruck ein Selbstansaugen des Gutes durch die Förderleitung 14 zu ermöglichen.
Fig. 4 schliesslich zeigt eine Kammer 4, die über ihre Breite durch normal zur Kammerachse liegende Zwischenwände 17 unterteilt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch oder zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen Medien verschiedenen Aggregatzustandes im Gegenstrom, bei welcher das zu behandelnde Medium axial zugeführt wird, während das zur Behandlung dienende Medium tangential in die Kammer eingeleitet wird und diese axial wieder verlässt, insbesondere zum Vorwärmen von Zementrohgut durch die Abgase eines dahinter-
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eine Breite aufweist, die einen Bruchteil, z.
B. ein Fünftel bis ein Siebentel, des Kammerdurchmessers bildet, ferner der Gaseintrittsstutzen (3) sich über die ganze Kammerbreite erstreckt, ausserdem die Kammerachse horizontal verläuft und eine zentral angeordnete Guteinbringevorrichtung (9, 14) vorgesehen ist, die an ihrem Ende eine gegebenenfalls rotierende Streuvorrichtung (10) aufweist, wobei zwei Gasaustrittsöffnungen (15) auf entgegengesetzten Seiten, u. zw. in den beiden Kammerstirnwänden in der Mitte angeordnet sind und schliesslich der Kammermantel mit einer oder mehreren Gutaustrittsschurren (8) versehen ist.