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Es sind eine grosse Anzahl von endothermen Reaktionen bekannt, die eine rasche und konstante oder aber regelbare Zufuhr von Wärmeenergie voraussetzen, bei denen jedoch die Reaktionskomponenten nicht mit dem
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ablaufen müssen, sei es im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre. Zusätzlich ist es denkbar, dass, insbesondere bei mehrstufigen Reaktionen, ein plötzlicher Wechsel von Heizung zu Kühlung erforderlich ist oder zumindest wünschenswert und vorteilhaft wäre.
Für Reaktionsprozesse, einschliesslich Verfahren der Kalzination, des Trocknens oder des Eindampfens, hat man zur indirekten Beheizung bisher entweder direkt und fest am Reaktor anliegende, elektrische Widerstands- oder Induktionsheizeinrichtungen verwendet, oder ein Wärmeträger wurde in Zwangsumlauf durch an der
Aussenwand des Reaktionsgefässes angebrachte Taschen oder Rohrschlangen geleitet. Es handelt sich dabei zumeist wie auch bei der bekannten indirekten Beheizung für Dampfkessel und Spaltanlagen, um eine gemischte
Wärmezufuhr von Strahlungsenergie und Konvektion wie z. B. aus der Heizgas-Flamme und den
Verbrennungsgasen. In grösseren Anlagen und insbesondere bei rohrförmigen Reaktoren wurden bisher vornehmlich Heizgase zur indirekten konvektiven Beheizung angewandt.
Als Beispiel können Rohrreaktoren erwähnt werden, in denen das Produkt kontinuierlich bewegt wird, beispielsweise durch eine im Reaktionsraum bewegte Schneckenwelle bzw. Welle mit Rührschikanen, oder durch Drehung des Reaktionsrohres selbst.
Diesen Beheizungssystemen haften eine beträchtliche Anzahl von schwerwiegenden Nachteilen an. So musste man z. B. das Reaktionsrohr aussen zusätzlich mit einem wärme-isolierten Gehäuse umgeben, welches aus einem Material hergestellt werden musste, das an seiner Innenseite gegen den Angriff der Heizgase beständig ist.
In dieses Gehäuse wurden aus Brennkammern stammende Heizgase geleitet, die das Reaktionsrohr umspülen und auf diese Weise ihre Wärmeenergie durch Konvektion an den Reaktor abgeben.
Um einen guten Wärmeübergang zu erreichen, war man gezwungen, den Heizgasen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu verleihen, da die Wärme praktisch nur konvektiv übertragen wird. Dies erforderte aber einen unverhältnismässig hohen Energieaufwand zum Bewegen dieser Heizgase.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine verhältnismässig aufwendige Tragkonstruktion um den Reaktor erforderlich ist, um diesen Aussenmantel zu tragen. Hinzu kommt, dass die Beheizungseinrichtung peinlichst genau und zuverlässig gegen den rotierenden Trommelreaktor abgedichtet werden muss, da in diesem möglicherweise ein Vakuum herrscht. Schliesslich sei noch erwähnt, dass es verhältnismässig schwierig ist, die in das Reaktionsgut zu übertragende Wärmeenergie für die einzelnen Zonen des Reaktors genau zu steuern sowie Temperaturänderungen plötzlich und sprunghaft durchzuführen, wie beispielsweise ein kurzer Thermoschock, um eine Reaktion zum Anspringen zu bringen, oder schlagartige und intensive Kühlung.
Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile auszuschalten oder zumindest weitgehend zu mildern.
Eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von in einem Behandlungsgefäss befindlichem Gut ist gemäss der Erfindung durch Strahlungskörper gekennzeichnet, deren Abstand von der Behälterwand veränderbar ist, wobei die Strahlungskörper schwenkbar angeordnet sind. Es hat sich dabei als zweckmässig erwiesen, wenn das Behandlungsgefäss von einem aufklappbaren Mantel umgeben ist, innerhalb welchem Mantel die Strahlungskörper angeordnet sind. Ausserdem ist es günstig, wenn diese Strahlungskörper in einem aufschwenkbaren Teil des Mantels angeordnet sind.
Durch die vorgeschlagene Einrichtung ist der Vorteil gegeben, dass die Temperaturbehandlungen schneller variiert werden können. Durch die Wegbewegung der Strahlungskörper wird die Nachstrahlung der bereits ausgeschalteten Strahlungskörper auf die Behälterwand vermieden und durch die Öffnung eines Teiles des Mantels wird die Nachstrahlung des erhitzten Mantels ausgeschaltet sowie auch die Einwirkung der erhitzten Atmosphäre im Mantel.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. Es zeigen :
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mit Stahlplatten, Fig. 2 das Schema der Beheizung mittels Stahlrohren, Fig. 3 eine Variante zu Fig. l mit elektrischer Beheizung, Fig. 4 ein Ausfuhrungsbeispiel mit schwenkbar angeordneten Strahlungskörpern, und Fig. 5 eine Ausführung mit drehbar angeordneten Strahlungskörpern in umgedrehter Stellung.
Der drehbare Trommelreaktor --1-- ist in bekannter Weise über Laufringe und Laufrollen gelagert und mittels eines Zahnkranzes, in den ein von einem Motor angetriebenes Ritzel eingreift, drehbar. Diese Lager- und Antriebseinrichtungen sind jedem Fachmann geläufig und in den Zeichnungen nicht näher dargestellt. Das zu behandelnde Gut im Inneren des Reaktors mit-2-bezeichnet und befindet sich auf Grund der mit einem Pfeil angedeuteten Drehung des Reaktors in einer etwas aus der Mitte versetzten Lage.
Diesem Gut muss von aussen Wärme zugeführt werden. Zu diesem Zwecke sind an der Unterseite des Trommelreaktors im Abstand von der Aussenwand und längs derselben achsenparallele Strahlrohre --3-- angeordnet, von denen jedes mit einem, in feuerfestes Material eingebetteten Reflektor--4--versehen ist. Zum Schutze gegen Wärmeabstrahlung ist die obere, nicht von Stahlrohren umgebene Hälfte des Reaktors mit einer Schutzhaube--9--umgeben, so dass um den Reaktor--1--herum ein abgeschlossener Raum besteht.
Eine andere Möglichkeit besteht gemäss Fig. la darin, Strahlplatten --5-- vorzusehen, so dass ein Kanal --6-- gebildet wird. Die Rohre--3--oder Platten--5--werden durch eine Flamme erhitzt, auf beispielsweise 1100 C.
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Gemäss Fig. 2 ist das Strahlrohr beidseitig mit einem Anschluss --16 bzw. 17--versehen, in den
Verbrennungsluft eingeblasen bzw. durch den die Verbrennungsgase abgelassen werden. Der Einlass --16-- ist mit dem Auslass eines Wärmeaustauschers --7-- verbunden, dessen Einlass mit Frischluft gespeist wird. Die heissen Abgase aus dem Auslass --17-- gelangen ebenfalls in den Wärmeaustauscher --7-- und von dort zum
Kamin. Das Strahlrohr ist im Bereiche des Einlasses--16--ferner mit einem Brenner --8-- versehen, welcher zur Erzeugung der Flamme dient.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Strahlrohre --3-- durch elektrische Heizstrahler --10-- ersetzt sind. Zur Konzentration der von ihnen abgestrahlten Wärmeenergie dienen
Reflektoren-4-.
Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, können die Strahlungsquellen, seien es Strahlrohr bzw. -platten, die mit einem Brenner beheizt werden, oder elektrisch aufgeheizte Strahler, auf einer schwenkbaren Wippe--18-- gelagert werden. Auf diese Weise kann durch plötzliches Heranschwenken der vorgeheizten Stahlkörper eine plötzliche Temperaturerhöhung im zu behandelnden Gut erzielt werden. Ausserdem lässt sich durch Variation des
Abstandes zwischen Strahlungskörper und Aussenwand des Reaktors eine äusserst schnell ansprechende
Regulierung der Beheizung des Gutes verwirklichen. Eine unterschiedliche Beheizung einzelner Zonen ist auf einfachste Weise dadurch möglich, indem nur einzelne der Strahler in Betrieb genommen werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 sind die zu einer Einheit zusammengefassten Strahlkörper-10--, Reflektoren Haube--9--konzentrisch zum Reaktor drehbar gelagert, wobei in diesen
Zeichnungen eine um 1800 gegenüber der Normallage gemäss Fig. l, 3 und 4 verdrehte Position dargestellt ist.
Die Haube --9-- bildet dann einen Trog, in welchem durch einen Stutzen oder durch Düsen Kühlflüssigkeit eingefüllt und durch einen Stutzen--12--abgelassen werden kann. Etwaig sich bildende Kühlmitteldämpfe ziehen durch einen Stutzen --15-- ab. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass eine plötzliche Abkühlung des
Gutes stattfinden kann, indem die ganze Einheit aus Strahlerreflektor und Haube um 1800 verdreht wird und die nun als Trog dienende Haube mit Kühlflüssigkeit gefüllt wird bzw. Kühlflüssigkeit hindurchgepumpt wird.
Eine andere Möglichkeit der plötzlichen Abkühlung des Reaktors und des zu behandelnden Gutes kann darin bestehen, dass in den zwischen Strahler und Reaktoraussenwand bzw. Haube und Reaktoraussenwand gebildeten Raum kalte Pressluft eingeblasen wird. Die Anordnung von Strahler und Haube lässt auch genügend
Raum für eine Berieselung des Reaktors, beispielsweise mit kaltem Wasser.
Als Beispiel einer Anwendung sei hier der Einsatz der Einrichtung bei der Beheizung eines Drehrohrreaktors beschrieben. Dabei kann es sich um die chemische Umsetzung von Flussspat mit Schwefelsäure unter Wärmezufuhr zu Flusssäuren, Dämpfen und Anhydrit handeln, beispielsweise wie in der Schweizer Patentschrift Nr. 495283 beschrieben. Hierüber steht eine ausführliche Fachliteratur zur Verfügung, aus der es bekannt ist, dass die Reaktion netto zirka 700000 k Cal/1000 kg erzeugte HF benötigt. Diese Wärme muss dem indirekt beheizten Drehrohr von aussen zugeführt werden. Da aber ein indirekt mit Gas beheiztes Drehrohr einen schlechten Wärmenutzungsgrad hat, war bis vor kurzem eine Wärmezufuhr von mehr als brutto 2000000 k Cal/1000 kg erzeugte HF nötig, die mit einem Schwerölbrenner erzeugt wurden.
Durch die in der belgischen Patentschrift Nr. 777 963 offenbarte bessere Führung und Leitung der Heizgase, konnte bereits eine rhebliche Verbesserung der Wärmenutzung erzielt und der Bruttobedarf auf unter 1700000 k Cal/1000 kg HF gesenkt werden.
Mit der Anwendung der erfndungsgemässen Einrichtung, d. h. mit Gas-beheizten Stahlrohren nach Fig. l und 2, war eine weitere Reduktion auf unter 1300000 k Cal/l000 kg HF möglich. Zugleich ergab sich der Vorteil einer genaueren zonenweisen Beheizung des zirka 20 m langen Drehrohr-Reaktors.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur thermischen Behandlung von in einem Behandlungsgefäss befindlichem Gut, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Strahlungskörper (3,10), deren Abstand von der Behälterwand veränderbar ist, wobei die Strahlungskörper schwenkbar angeordnet sind.