Verfahren zum Inberührungbringen eines Behandlungsgutes mit einem Behandlungsmittel sowie Vorrichtung dafür
Die Aufgabe, Flüssigkeiten oder feinkörniges Gut bis zu 3 mm in irgendeiner Weise zu behandeln, wird sehr häufig gestellt. Trocknung oder chemische Prozesse aller Art, z. B. metallurgische, können solche Aufgaben sein.
Hierbei sind zahlreiche Bedingungen zu erfüllen; so sind z. B. die Menge, Temperatur, Geschwindigkeit, chemische Aktivität und Zusammensetzung, Konzentration, Gleichgewichtsbedingungen chemischer Art, Dauer der Einwirkung des Behandlungsmittels, physikalische Eigenschaften der Körper, wie Porosität, Neigung zur Agglomeration, Zerreiblichkeit zu beachten.
Genannt seien die Trocknung von Braunkohle und Salzen, die Schwelung von Kohle und Ölschiefer sowie ihre vollständige oder teilweise Vergasung, die Gewinnung zahlreicher Metalle, wie Fe, Zink, Al, Mg, durch Reduktion oder über die Chloride und Carbide, von Metallpulver, Rösten von Pyriten und edelmetallhaltigen Arsenopyriten, Gewinnung von Farbkörpern wie TiO2, Behandlung von Nahrungsmitteln, wie Milch, Zucker, Fruchtsäften, Getreide, Sojabohnen, Ölsaaten und Erdnüssen.
Hierfür wird bisher häufig unter anderem das Wirbelbett angewandt, in dem aber keine wärmetechnische Gegenströmung möglich ist, das ausserdem unter Umständen zu Entmischungen führt, Kurzschluss zeigt oder in ihm die Behandlung von Körpern überhaupt unmöglich wird, weil es sich verkittet, wie z. B. beim Verdampfen von SiO2, das sich erneut niederschlägt. Ebenso können unerwünschte Versinterungen auftreten, weshalb man schon Zusatz von Sand empfohlen hat.
Der Erfindung liegt die folgende Anschauung zugrunde: Das im Luftstrom eines Zentrifugensichters schwebende Gut kann als ein Gitter aufgefasst werden, bei dessen Durchströmung die Luft einen Dmckabfall erfährt. Wenn die Teilchen schweben sollen, muss der Druckabfall mit dem Gesamtgewicht der Teilchen im Gleichgewicht sein. Belädt man nun einen solchen Gasstrom beständig durch geregelte Zu- und Abfuhr mit einer grösseren Körpermenge, als dieser Strom fortzuführen vermag, so tritt eine Relativbewegung der Körper zu dem Gasstrom ein, die z. B. in einem schraubenförmigen, vertikal aufwärts blasenden Zyklon bei geeigneter Anordnung schraubenförmig vertikal abwärts gerichtet sein kann.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Inberührungbringen eines flüssigen oder körnigen Behandlungsgutes mit einer Korngrösse bis zu 3 mm mit einem gas- oder dampfförmigen Behandlungsmittel in einem Schacht.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Pnin- zips ist z. B. ein Ringschachtofen gemäss Fig. la der Zeichnung. 1 ist ein Vertikalschnitt durch den Ringschacht mit schraubenflächenförmiger Verrippung 2, die einen unter Umständen ganz engen Ringspalt 3 frei lässt. Die Gutaufgabe erfolgt über eine (nicht gezeichnete, übliche) Verteilereinrichtung bei 4, der Gaszutritt bei 5, der Austritt bei 6, der Abzug z. B. einer Schmelze bei 7. Das Gut wandert also von oben nach unten, das Behandlungsmittel im Gegenstrom von unten nach oben durch den Ofen. Das Kräftespiel hierbei zeigen Fig. 1b und lc. In Fig. lb zeigt 2 eine einzelne Verrippung aus Fig. la, in deren Hohlraum der Gasstrom 5 unter gleichzeitiger Drehwirbelung 8 geführt wird.
Diese Strömung wird in bekannter Weise durch (nicht gezeichnete) Düsen und Torsionskörper erzwungen, die sich am unteren Ende des Schraubenganges 2 und, hilfsweise, auch über den inneren Schacht des Ofens verteilt, be finden. 3 ist der vom Behandlungsgut erfüllte Ringspalt und 9 die äussere Ofenwandung. Betrachtet man nun in Fig. 1c ein Teilchen 10 des Behandlungsgutes, so unterliegt es erstens der Förderwirkung 11 des im Schraubengang mit hoher Geschwindigkeit in Radialebenen des Ofens kreisenden und gleichzeitig schraubenförmig aufwärts steigenden Gasstromes, und zweitens der aussen abwärts gerichteten Wirkung der Drehwirbelung 8 und der Wirkung des Gutgewichtes 12.
Beide Kräfte bilden die Resultierende 13, die das Gutteilchen im gleich sinnigen Schraubengang wie den Gasstrom, aber nach abwärts führen, so dass es zwangläufig von oben nach unten durch den Ofen geleitet wird.
Eine starke Vermischung des Gutes mit dem Behandlungsstrom 5 erfolgt nicht, da der Gasstrom das Gut ständig nach aussen schleudert, aber anderseits ihm seine Wärme, Kälte, chemischen und alle sonstigen Eigenschaften durch die unmittelbare Berührung infolge der Feinkörnigkeit grossen Angriffsflächen des Gutes äusserst intensiv mitteilt. Der Ofen lässt sich daher auch in mehrere Behandlungszonen unterteilen, indem an der Schachtinnenwand Gas zuoder abgeführt wird, so dass man unter den verschiedensten Bedingungen im Ringspalt 3 arbeiten kann, z. B. bei der Gewinnung eines Stahlvorproduktes in drei Zonen, z. B. zunächst oxydierend, um alles FeO in Fe203 überzuführen, dann bei niedriger Temperatur mit viel CO2 reduzierend, um nicht erneut FeO entstehen zu lassen, und schliesslich mit fast reinem CO, um Vollreduktion und Schmelzung zu erreichen.
Ebenso können eine oder mehrere Zonen im Wärmegegenstrom, andere im Wärmegleichstrom arbeiten. Ist man z. B. bei der Stahlgewinnung aus SiO2-reichen Erzen zu einer sauren Schlackenführung genötigt, so kann man die Schmelzung im Gleichstrom mit dem Gut durchführen, damit verdampfendes SiO2 über der Schmelze unmittelbar aus dem Ofen unten abgeführt wird, ohne sich bei niedriger Temperatur wieder niederzuschlagen und das Gut zu verkitten, was eintreten würde, wenn das Gas im Gegenstrom oben aus dem Ofen abgezogen würde. Die Drehwirbelung 8 bzw. 12 kann in diesem Falle verringert werden oder im umgekehrten Sinne erfolgen, damit das Gut nicht zu schnell im Ofen abwärts geführt wird, da es bereits der dann absteigenden Förderwirkung des Stromes 11 ausgesetzt ist.
Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeigen die Fig. 2-5.
Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei der Behandlung von Eisenerz.
Fig. 3 ist ein Schnitt nach II-II der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Schnitt nach III-III der Fig. 2.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Sichtvorganges im Wendekopf.
Aus den Figuren ergibt sich der folgende Aufbau und die anschliessend daran beschriebene Betriebsweise des Verfahrens. 14 ist ein zylindrisch, konisch oder sonstwie ausgebildeter Schacht, der nach oben durch den Wendekopf 15 geeigneter Form abgeschlossen ist. Der Wendekopf muss derart ausgebildet sein, dass eine möglichst stossfreie Umlenkung der Strömung um etwa 180 erfolgt. Auf dem geeignet ausgebildeten Boden 16 des Schachtes sind auf wenig Widerstand bietenden Ständern 17 Düsen 18 angeordnet, deren Achse tangential zu einem Kreis um die Vertikalachse des Schachtes gerichtet ist. Diese Düsen werden mittels eines geeigneten Gebläses durch den Ringkanal 19, Fig. 3, mit Einblasstutzen 20 derart beaufschlagt, dass eine kreisende Strömung entsteht.
Ihre Anordnung ist so vorzunehmen, dass der ganze Raum zwischen Schachtmantel 14 und Saugstutzen 21 von der Strömung erfüllt wird. Da diese infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte zur Anlagerung an den Mantel 14 neigt, dürfen die Düsen nicht in der Mitte zwischen Mantel und Saugstutzen befestigt sein, sondern sollen dem Mantel 14 näher liegen, um strömungsleere Räume zu vermeiden.
Weiter ist im Boden 16 die Absaugeöffnung 21 angeordnet, die in bekannter Weise zur Staubabscheidung dient, indem man das Abgas durch Drallschaufeln 22, Fig. 3, führt, bei 23 scharf umlenkt und durch die Öffnung 24 abzieht. Der Abstand des oberen Randes des Saugstutzens 21 vom Boden 16 ist ein wesentliches Mass. Ist er zu gering, so fliesst die Strömung mit einem erheblichen Anteil unmittelbar durch 21 ab, ist er hinreichend gross, so erzwingt man ein Aufsteigen der Strömung im Schacht. Beide Einstellungen setzen eine ganz bestimmte Höhe der Düsenachsen 18 über dem Boden 16 voraus. Um die gewünschte Strömung zu erhalten, kann es auch yon Vorteil sein, mit voneinander unabhängig arbeitenden Druck- und Sauggebläsen zu arbeiten, z. B. mehr Gas abzusaugen, als im Druckgebläse zugeführt wird, wobei dann die Unterschiedsmenge an geeigneter Stelle, z.
B. an einem Durchbruch 25, Fig. 3, im Mantel 14 in Höhe der Düsen 18 zuzuleiten ist.
Diese Durchbrüche 25 müssen an die Gaszuführung angeschlossen sein, falls mit solchem gearbeitet wird.
Die Absaugeöffnung 21 wird zweckmässig mit einem wenig Widerstand bietenden Füllkörper 26 ausgestattet, um im engsten Querschnitt eine hohe Absaugegeschwindigkeit zu erhalten. 27 ist das Auffanggefäss. Der Wendekopf 15 enthält als Beispiel für eine Aufgabevorrichtung den Aufgabetrichter 28, unter dem beispielsweise ein Verteiltrichter 29 stillstehend oder kreisend angeordnet ist.
Letztere Ausführung ist dann zu wählen, wenn Kurzschluss beobachtet wird, das heisst wenn alles Gut direkt zum Stutzen 21 zuströmt, ohne an der Aussenwand 14 abzuziehen. Um dies zu sichern, kann die Aufgabe, z. B. des Erzes, auch durch die Aussenwand 14 nahe über den Düsen 18 durch Einblasen bei 30, Fig. 3, erfolgen, von wo es sofort zum Wendekopf 15 emporgetragen wird.
In sehr vereinfachter Darstellung sind in die Fig. 2 die entstehenden Strömungen eingezeichnet.
Von den Düsen 18 erhebt sich ein Strömungsband vom Boden 16 schraubenförmig aufwärts gerichtet, das sich sowohl als Wandströmung 31 wie als Innenströmung 32 beobachten lässt. Während nun die Strömung 31 der Schachtwand 14 und dem Wendekopf 15 folgt, wird auch die Strömung 32 allmählich der Wandung 14 angenähert, so dass sie ebenfalls dem Wendekopf 15 von aussen nach innen folgt. Die gesamte Gasmenge zieht dann schliesslich als Axialströmung 33 durch die Absaugeöffnung 21 über die Öffnung 24 ab.
Den Saugstutzen 21 kann man bis dicht unterhalb des Verteiltrichters 29 hinaufziehen, um eine Absaugung von Gut von der Aussenwand 14 zu verhindern, die bei scharf arbeitendem Sauggebläse etwas oberhalb der Düsen 18 eintritt.
Gibt man nun Behandlungsgut, z. B. Feinerz von etwa 50 Mikron Korngrösse, im Trichter 28 auf, so gerät es in einen angenähert kreisförmigen, vertikalen Wirbel 34, der seinerseits um die Schachtachse kreist. Es wurde gefunden, dass derartiges. Gut ununterbrochen in feinen oder grösseren Schwaden unter dem Wendekopf 15 umhergetragen wird, solange die Auftriebskräfte der Strömungen 31 und 32 es in der Schwebe halten. Steigert man nun die Behandlungsgutaufgabe immer mehr, so beginnen die Schwaden schraubenförmig kreisend langsam an der Schachtwand 14 abzusinken. Versieht man den Boden 16 mit einem Kragen 35, so kann man zwischen diesem und der Wandung 14 das Behandlungsgut abziehen, z. B. zu einem in einer Rinne 36 angeordneten Transportband, das in bekannter Weise mittels Abstreifern das Gut nach aussen fördert. In sinngemässer Weise kann flüssiges Gut abgeleitet werden.
Dieser Anteil des Behandlungsgutes wird also als schraubenförmig kreisende, axial abwärts gerichtete Strömung 37 nach unten geführt, während die Gasströme 31, 32 ebenfalls, und zwar gleichsinnig schraubenförmig kreisend, aber in der Achsrichtung des Gehäuses vertikal aufsteigen, so dass in einer axialen Projektionsebene Gas und Behandlungsgut genau entgegengesetzt zu strömen scheinen. Es handelt sich also nicht um ein einfaches Absinken des Behandlungsgutes unter dem Einfluss der Schwerkraft, sondern diese Geschwindigkeit ist von den eingeblasenen Gasmengen, insbesondere ihrer Eigengeschwindigkeit, sowie ihrer Dichte abhängig.
Es wurde weiter gefunden, dass der beschriebenen Vorrichtung gleichzeitig die Eigentümlichkeiten eines Sichters zukommen. Der gröbere Anteil des Behandlungsgutes nimmt nämlich an der Wirbelströmung 34 nicht teil, sondern kann unmittelbar vom Verteiltrichter 29 axial als Strömung 38 abgezogen werden und findet sich im Auffanggefäss 27 wieder. Der feinste Anteil des Behandlungsgutes aber macht wohl die Strömung 34 mit, folgt aber dann dem AxiaIgasstrom 33 und wird mit ihm durch die Öffnung 24 abgesaugt. Diese Vorgänge sind in Fig. 5 schematisch dargestellt.
Schliesslich wurde gefunden, dass die anzuwendende Pressung der Gebläse gering sein kann, z. B.
300 mm WS bei einer Schachthöhe von 5 m.
Die sinngemässe Übertragung des Verfahrens auf alle anderen Aufgaben versteht sich von selbst; z. B. kann als Behandlungsgut auch eine Flüssigkeit aufgegeben werden, wenn sie bei 29 in geeigneter Weise zerstäubt wird. Entscheidend für die Anwendung des Verfahrens ist die genaue Abstimmung der vorbeschriebenen Elemente aufeinander, da man nur hierdurch die durch die verschiedenen Verfahren bedingte Verweilzeit des Behandlungsgutes in der Strömung 37 einhalten kann, auf die es entscheidend ankommt. Mehrere der beschriebenen Vorrichtungen lassen sich hintereinanderschalten. Wirbel mit überwiegender Holnzontal- und geringer Vertikalkomponente, in denen Gas und Gut vertikal im Gegenstrom geführt werden, lassen sich in verschiedener Weise gestalten. Der Wirbler kann z.
B. nach Fig. 6 eingerichtet sein, wobei die Vertikalkomponenten aus dem Geschwindigkeitsdiagramm in Fig. 7 ersichtlich sind. Es sind also in der Wirbelkammer 14 um den Gasaustritt 21 tangential blasende Düsen 18 angeordnet, die eine zum Wendekopf 15 aufsteigende, überwiegend horizontal kreisende Strömung erzeugen, die nach Umlenkung darin über 21 durch den Staub- abscheider 27 und die Öffnung 24 abgezogen wird.
28 ist eine Einrichtung zur Gut aufgabe.
Es wurde nun gefunden, dass erstens die Horizontalkomponente der Strömung über den ganzen Kreisr querschnitt fast konstant ist und zweitens Vertikalkomponenten auftreten, die sowohl am Mantel der Kammer 14 wie in ihrer Achse aufwärts, dazwischen jedoch abwärts gerichtet sind, wie in Fig. 7 durch Pfeile bezeichnet. Ein besonderes Kennzeichen dieser Erscheinung ist, dass durch den Ringquerschnitt 39-40 am Mantel der Kammer 14 bedeutend mehr Gas aufsteigt, als die Düsen 18 einblasen, da sie nach dem Satz vom Impuls Gas anzusaugen versuchen, das ihnen durch den Ringquerschnitt 39-40 zwischen Mantel und Achse auch tatsächlich zuströmt. Welches Verhältnis zwischen den Gasmengen und den beiden Ringquerschnitten 39-40 und 39-41 besteht, ist vollständig von der Pression abhängig, mit der die Düsen 18 beaufschlagt werden.
Beispielsweise kann durch 39-40 die doppelte Gasmenge aufsteigen, die durch 39-41 geht. Wärmetechnisch hat dies die äusserst wichtige Folge, dass über 28 aufgegebenes Gut, das in die Nähe der Düsen 18 gelangt, niemals mit der vollen Temperatur des durch sie zuströmenden Gases beheizt werden kann, sondern nur mit einer Mischtemperatur, da das durch 39-41 vom Wende kopf 15 zurückkehrende Gas bereits abgekühlt ist und sich nun bei den Düsen 18 mit dem frisch zutretenden Gas vermischt. Um die Achse zeigt die Strömung nochmals auf- und abwärts gerichtete Komponenten, doch sind diese von geringerer Grösse.
Bringt man nun in der sonst nicht veränderten Kammer 14 im Austritt 21 den wenig Widerstand bietenden Füllkörper 26 nach Fig. 8 an, so ändert sich, wie gefunden wurde, an der Strömung in den Ringquerschnitten 39-40 und 39-41 nichts. Dagegen treten nach Fig. 9 im Zylinder mit dem Radius. 41-42 bedeutend grössere Vertikalkomponenten auf, die aussen aufwärts, innen abwärts gerichtet sind. Der Querschnitt mit diesem Radius 41-42 ist jedoch klein gegenüber den beiden Ringquerschnitten 39-40 und 39-41.
Auffallenderweise ändert sich, wie gefunden wurde, an diesem grundsätzlichen Charakter der Strömung auch dann nichts, wenn man den Gasaustritt 21 von unten nach oben verlegt, wie Fig. 10 zeigt. In den Fig. 7, 9, 11, 13 und 14 ist die nachbeschriebene Mündung für den Gasaustritt 42a in der Kammerachse 42 dargestellt. Hier erhält der Wendekopf 15 eine nach den Regeln des Dampfturbinenbaus gestaltete Mündung 42a als Gas austritt, während die Gaszufuhr über tangential blasende Düsen 43, 44 entweder beim Grösstdurchmesser oder, wenn die beaufschlagende Pressung entsprechend erhöht wird, über dem dem Herd eines Hochofens nachgebildeten Fuss der Wirbelkammer 14 erfolgt.
Wie das zugehörige Diagramm der Vertikalkomponenten im Geschwindigkeitsdiagramm Fig. 11 zeigt, findet sich wieder im Ringquerschnitt 39-40 und im Kreisquerschnitt mit Radius 41-42 eine aufsteigende, im Ringquerschnitt 39-41 eine absteigende Strömung.
Die an sich zu erwartende, dem Gesetz des konstanten Produktes aus Radius und Umfanggeschwindigkeit gehorchende Strömung bleibt also aus, die am Aussenmantel der Kammer 14 eine geringe, nahe der Achse 42 eine sehr hohe Horizontalkomponente liefern würde. Man kann daher das Gas genau so gut durch die Mündung 42a wie 21 abziehen, ohne an der Erscheinung der Schälwirkung in den Horizontalkomponenten etwas zu ändern, die bei überall annähernd gleichen Horizontalkomponenten auftritt. Es bleibt dann jeder radial weiter aussen liegende Stromfaden gegenüber seinem weiter innen liegenden Nachbarn zurück, so dass in eine solche Strömung gelangendes Feingut in eine Drehbewegung um seine Vertikalachse versetzt wird, was für eine etwa nötige Wärmeübertragung von grosser Bedeutung ist.
Bei dieser Anordnung bleibt aber die unerwünschte, absteigende Strömung durch den Ringquerschnitt 39-41 bestehen, die eine Mischtemperatur erzeugt.
Will man sie vermeiden, so muss erstens der Umlenkungsimpuls durch den Wendekopf 15 beseitigt und zweitens den Düsen 43, 44 die Möglichkeit entzogen werden, vom Wendekopf 15 Gas nach unten zu saugen. Man verzichtet daher, wie gefunden wurde, zweckmässig auf Wendekopf 15 und Mündung 42a, deckt die Kammer 14a, wie in Fig. 12, durch eine ebene Platte 45 ab, versieht die Gasabzugsöffnung 46 mit einem nach innen ragenden Kragen 47 und führt das Gas beispielsweise durch einen kerzenartiigen Einbau 48 zu. Dieser enthält einmal oben tangential gerichtete Schlitze 49, durch die heisses, nicht unter Druck stehendes Gas ausströmen kann, während durch die engen, ebenfalls tangential gerichteten Öffnungen 50 unter Druck stehendes heisses Gas mit hoher Geschwindigkeit ausströmt.
Wie gefunden wurde, sind dann bis herab zu der Horizontalebene A-A gemäss Fig. 13 keine absteigenden Vertikalkomponenten mehr vorhanden, sondern die Ringzone 39-41 ist fast neutral, das heisst ihre Vertikalkomponente fast Null. In der Ebene B-B findet sich dagegen in der Ringzone 39-41 gemäss Fig. 14 eine mässige Abwärtsströmung, die aber nunmehr aus heissem Gas besteht und daher nicht mehr eine Mischtemperatur liefert. Von dem ganzen Kammerradius 40-42 ist daher nur der Ringquerschnitt 39-40 wirksam, weshalb es nötig ist, den Radius 40-42 und die Gasgeschwindigkeit so zu wählen, dass das Behandlungsgut nur in dem Hohlkegel 39-40 bewegt wird.
Häufig besteht nun die Forderung, beli der Behandlung erhitztes Feinkorn abgekühlt wieder abzuziehen. In diesem Fall kann man die Anordnung nach Fig. 12 durch eine solche nach Fig. 15 ergänzen, bei der der untere Teil der Kammer 14' durch einen zweiten Kegel 51 verlängert ist. Etwa in halber Höhe der Kammer 14', 51 befindet sich die wie in Fig. 12 gestaltete Gaszuführung 48', aus der bei 50' unter Druck stehendes, bei 49' angesaugtes heisses Gas austritt, das durch 46' abzieht. Die Gaszuführung 48' ruht z. B. auf zwei mit ihrer Querachse der Wirbelströmungsrichtung folgenden flügelartigen Rippen 52, deren eine im Schnitt nach C-C der Fig. 16 in Fig. 15 eingetragen ist. Fig. 16 gibt die Draufsicht derselben.
Diese Rippen 52 enthalten je eine Bohrung 53 zum Anschluss der Gasein- und -austrittsöffnungen 49' und 50'. Der Unterteil 51 des Ofens enthält eine sinngemäss gleich ausgestaltete Gaszuführung 54 mit entsprechenden Gas austritten 49a und 50a, durch die kaltes Gas von etwa gleicher Zusammensetzung zutreten kann wie das im Oberteil des Ofens verwandte. Für die Eintragung des Feinkornes ist hier als Beispiel wieder eine tangentiale, aber nunmehr pneumatische Eintragung am Kopf des Mantels 14' bei 55 vorgesehen.
Dieses bis zum Überströmen der Rippen 52 erhitzte Feingut wird dann bei weiterem Erfasstwerden von der von unten kommenden Strömung 49', 50' in den Auslauf 56 hinabgedrückt, kühlt sich dabei ab, während die untere Strömung 49a, 50a sich ihrerseits bis nahe an die Temperatur des Feingutes bei 52 anwärmt.
Zum Abzug der unteren Strömung 49a, 50a besitzt die Gaszuführung 54 ein Innenrohr 57, durch das sie nach aussen entweichen kann. Strömungstechnisch betrachtet, legt die aus 48' austretende Strömung 49', 50' eine Art Decke über den unteren Kegel 51, so dass in diesem der Abzug der 54 verlassenden Strömung 49a, 50a durch das Innenrohr 57 tatsächlich ermöglicht wird.
Während im Ringsohachtofen Fig. la, lb, lc die Strömung durch Reibung verursachende Einbauten erzwungen werden muss, kann man der Strömung auch die Form der bekannten physikalischen Erschei nungen einer Trombe erteilen. Eine solche Vorrichtung zeigt Fig. 17. Hier dient die Kerntrombe mit den Strömungsschichten 58, 59 der Förderung des bei 60 eintretenden, beispielsweise mittels einer (nicht gezeichneten) Staubpumpe zugeführten Gutes, z. B. Pyriten. Der äussere Wirbler mit der Strömungsschicht 61 dagegen führt das Behandlungsmittel zu. Die innere Trombe entsteht in bekannter Weise durch Einblasen einer geringen Menge von Behandlungsmittel durch tangential gerichtete Düsen 62, das durch die Ringleitung 63 zugeführt wird.
Durch die tangentiale Richtung der Düsen entsteht die äussere Strömungsschicht 59 der inneren Trombe, die aufwärts zum oberen Boden 64 des Ofens gerichtet ist. Dort kehrt sie um und saugt das Behandlungsgut an, das sie in der inneren Strömungsschicht 58 zur wirblerförmig ausgebildeten Gasreinigung 65 trägt. Aus dieser wird das fertig behandelte Gut, z. B. abgerösteter Pyrit, unten bei 66 abgezogen, während das Gas um 1800 in vertikaler Richtung umgelenkt wird und bei 67 austritt.
Im thermischen Gleichstrom mit der inneren Trombe arbeitet der äussere Wirbler, dessen aufsteigende Strömungsschicht 61 durch Einblasen von Behandlungsmittel, z. B. heisser SO2, durch die Ringleitung 68 in bekannter Weise mittels schraubenflächenförmiger Einbauten 69 entsteht. Sie wird über den Ringkanal 70 abgezogen.
Die innere Trombe 58, 59 dient lediglich der Förderung des Gutes, weshalb das bei 63 zutretende Behandlungsmittel so knapp als möglich gehalten wird, um die angeschlossene Gasreinigung 65 nicht unnötig zu belasten. Der äussere Wirbler 61 dagegen führt die Behandlungsmittel zu, oder, wie im Falle der Pyrite, die entstehenden SO2 ab. Da die Schicht 61 in Drehsinn und Axialbewegung der Schicht 59 gleichgerichtet ist, teilt sie letzterer ihre Wärme mit, oder, wie im Falle der Pyrite, geht umgekehrt die durch die Zündung der Pyrite entstehende Wärme und die durch sie entwickelte SO2 aus mit der Schicht 58 abwärts geführtem Gut über die Schicht 59 auf die Schicht 61 über, die ihrerseits bei 70 den Ofen verlässt. Es besteht also bei der gezeichneten Anordnung wiederum Gegenstrom zwischen Gut und Behandlungsmittel.
Die sich unmittelbar unter der Wand 64 entzündenden Pyrite geben ihre Wärme im Gegenstrom 58 an die Schichten 59 und 61 ab, so dass die Pyrite bereits gekühlt bei 66 abgezogen werden. Ebensogut kann man jedoch, falls nötig, mit Gleichstrom arbeiten, indem man den Wirbler umgekehrt arbeiten lässt, also den Abzug 70 über den Düsen 62 und den Zutritt 68 unter der Wand 64 anordnet. Ferner ist bekannt, dass man nicht an die Vertikalanordnung der Trombe gebunden ist, so dass man das System auch horizontal oder wie sonst erforderlich arbeiten lassen kann, man es also sowohl um 90 wie um 1800 drehen kann. Ferner kann man über der Kerntrombe, die eine etwa 50fache Länge ihres Durchmessers besitzen kann, mehrere Hohltromben oder Wirbler anordnen, um mehrere Zonen zu bilden und teils im Wärmegegen-, teils im Wärmegleichstrom zu arbeiten.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in Fig. 18 für die Verarbeitung von Eisenkonzentrat von etwa 50 Mikron Korngrösse dargestellt. Möglichst reines CO von etwa 17500 wird bei 70a durch die Tangentialdüsen 71 eingeblasen und erzeugt die Kerntrombe mit der aufsteigenden Wirbelschicht 72, die an der Wand 73 das bei 74 mit Raumtemperatur zutretende Konzentrat ansaugt und nun mit der abwärts gerichteten Wirbelschicht 75 zunächst in die Zone der H2O- und CO2-Austreibung gelangt, wozu es auf etwa 9000 erhitzt werden muss. Diese Erwärmung erfolgt im Gegenstrom durch ein Gemisch aus CO und CO2, das bei 78 austritt. Die Menge dieses Gemisches wird so gewählt, dass es die Anwärmung des Erzkonzentrates auf 9000 vornehmen kann, sich aber selbst im Gegenstrom auf etwa 100" abkühlt.
Hierzu muss die Oberfläche der Wirbelschicht 77 und die Zeitdauer des Durchtrittes des Konzentrates in der Schicht 75 richtig gewählt sein, wozu man durch Gestaltung der Ofen abmessungen, Wahl der Gasgeschwindigkeiten, sowie Aufenthaltszeit des Behandlungsgemisches im Ofen, ferner der Drehzahl und des Steigungswinkels der Wirbelschicht 77 gegen über der Vertikalachse des Ofens in der Lage ist.
Im Anschluss hieran gelangt das Erz in eine Oxydationszone, in der es wieder abgekühlt werden muss, und zwar von etwa 900 auf 600 . Dies wird durch die Wirbeischichten 79, 80 einer Trombe bewirkt, deren erste Wirbelschicht 79 über den Zutritt 81 mittels Tangentialdüsen 82 gebildet wird. Dieser Wirbel 79 kehrt am Zwischenboden 83 um und erzeugt den aufwärts gerichteten Wirbel 80, der über den spiralförmigen Austritt 84 abgezogen wird. Das mit der Schicht 75 absteigende, 900O heisse Erz beheizt im Gegenstrom über die Schicht 72 den Wirbel 80, so dass dieser sich von etwa 450 auf 8009 anwärmt, das Erz aber sich von 900 auf 6000 abkühlt.
Anderseits heizt der Wirbel 80 das mit etwa 1000 bei 81 zutretende CO/CO2-Gemisch in der Schicht 79 auf, so dass es über dem Zwischenboden 83 im Gegenstrom eine Temperatur von etwa 450O erlangt.
Hinsichtlich Gemischmenge, Gasgeschwindigkeiten usw. teilt für diese Oxydationszone dasselbe wie für die H2O/CO2-Austreibungszone.
Schliesslich gelangt das Konzentrat mit der Schicht 75 in eine dritte Zone, diejenige der Reduktion und Schmelzung, die durch den überlagerten Wirbler mit der Schicht 85 gebildet wird. Diese Schicht 85 wird über den Eintritt 86 mit reinem, etwa 17500 heissem CO, einem CO/H2-Gemisch, oder einem anderen geeigneten, z. B. aus Naturgas gewonnenen Reduktionsmittel beschickt. Diese Wirbelschicht 85, die mit der Schicht 72 gleichsinnig aufsteigt, beheizt durch diese hindurch die abwärts rotierende Schicht 75 und er hitzt dabei Erz und Schlacke auf Schmelztemperatur, während sie sich ihrerseits auf etwa 700O abkühlt, wozu die bereits in den oberen Zonen geschilderten Massnahmen zu ergreifen sind. Ihr Austritt erfolgt bei 87.
Die einzelnen Tröpfchen der Schmelze werden im anschliessenden Wirbler 88 ausgeschleudert und sammeln sich im Herd 89, aus dem sie in üblicher Weise abgezogen werden, während das Traggas nach Umlenkung um 1800 bei 90 austritt.
Wärmetechnisch ist es zweckmässig, das Abgas der obersten Zone teils für die mittlere Zone zu verwenden, teils aus ihm in bekannter Weise in dem Reaktor 91 das CO2 herauszunehmen. Das verbliebene CO wird in einem bekannten Abstichgenerator 92 mit flüssiger Schlacke als Wärmespeicher auf etwa 17500 erhitzt und dann für Schmelzung und Reduktion in der untersten Ofenzone benutzt. Der Generator 92 dient gleichzeitig für die Wiedererhitzung des umlaufenden Traggases der Kerntrombe 72, 75. Das die Abzüge 87 und 84 verlassende CO/CO2-Gemisch wird in einem weiteren Abstichgenerator 93 auf etwa 1000" erhitzt, womit der Gaskreislauf geschlossen ist. Die gesamte Verhüttung liefert demnach nur kaltes CO. 2 als Abgas bei 91.
Das in der Wirbelschicht 75 abwärts geführte Erz vermischt sich mit den überlagerten Wirbler- bzw.
Trombenschichten 77, 79, 80 und 85 nicht, da die innere Trombe 72, 75 begrenzte Schichten bildet, was allen in sich zurücklaufenden Tromben eigentümlich ist.
Will man das Doppeltrombensystem der mittleren Zone von Fig. 18 für Flüssigkeiten benutzen, so wird eine Anordnung nach Fig. 19 mit mehreren Stufen und Wärmepumpen gewählt. 94 sind zwei Doppeltrombenverdampfer mit innerer Ein richtung nach Fig. 18, jedoch mit unterem Boden 95 und oberem Abzug 96, 97 ein als Verdampfer geschalteter Partialkondensator, 98 ein als Wärmepumpe arbeitender Strahlapparat, der mit Frischdampf F gespeist wird.
Gibt man nun in den linken Verdampfer 94 in die innere Trombe eine Flüssigkeitsmenge qa, </RT Kondensationswärme entspricht, muss in geeigneter Weise aus der Kammer 101 herausgenommen werden, wozu die Zuführung von Kühlwasser bei 106 als Beispiel angenommen ist, das èin zerstäubt in der Kammer absinkt und an derem unteren Ende bei 107 flüssig und von dem Adsorbens getrennt wieder abzuziehen ist. Letzteres wird seinerseits unter entsprechend hohem Druck, z. B. 35 ata, bei 108 in die Dampfkesseikammer 100 eingespeist, wo es unter dem Einfluss der Beheizung durch den Fein kornkreislauf aus der Kammer 109, die der Feuerung eines Dampfkessels entspricht, den in 101 adsorbierten Wasserdampf wieder freisetzt, der nun dem Betrieb des Turbosatzes 103 dienen kann.
Zweckmässig ist hierzu die Kammer 100 mit einem Hilfskreislauf ]05 dieses Hochdruckdampfes versehen, der bei 110 in bereits mehrfach beschriebener Weise in die Kammer 100 eingespeist wird. Das Feinkorn für den Kreislauf aus der Kammer 109 muss aus einem hierfür geeigneten Körper bestehen, der sich erhitzen lässt und das umlaufende Adsorbens nicht beschädigt, also keine scharfen Kerbkanten besitzt; auch muss es sich in einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einem Hydrozyklon 111, von dem Adsorbens wieder trennen lassen. Diesen Anforderungen entspricht z. B. gemahlene AlS03 in geeignetem Korn. Adsorbens und Beheizungsfeinkorn müssen also, vermischt aus der Kammer 100, bei 112 abgezogen werden, wobei ihre Temperatur mindestens der zugehörigen Sattdampftemperatur von z.
B. 35 ata entspricht.
Das Adsorbens muss daher in einer nicht gezeichneten Kühlvorrichtung abgekühlt werden, bevor es in die Kondensatorkammer 101 eingespeist werden kann.
Hinter dem Hydrozyklon 111 wird das Beheizungsfeinkorn bei 113 unter Atmosphärendruck in die Kammer 109 eingespeist, wo es mit Gas, Erdgas oder Heizöldlampf, die über die Zuführung 114 eingespeist werden, in möglichst sauberer Weise beheizt wird, damit es keine Asche oder dergleichen in der Kammer 100 auf das Adsorbens überträgt. Selbstverständlich kann die Beheizung der Kammer 109 auch durch Abfallwärme erfolgen, z. B. mit der Abhitze metallulrgischer Ofen. Das erhitzte Feinkorn wird bei 115 aus der Kammer 109 abgezogen und unter entsprechendem Druck, z. B. 35 ata, bei 116 in die Kammer 100 eingespeist. Diese Einspeisungsvorgänge bei 105 und 108 bzw. 113 und 116 können entweder nach Art von Kohienstaubpumpen oder auch als pneumatische Förderung vorgenommen werden.
Das Schaltbild Fig. 20 kann und will über diese Nebeneinrichtungen kein volles Bild geben, um die Übersicht über die prinzipiell neuartigen Vorgänge nicht zu behindern. Diese Nebeneinrichtungen sind aber jedem Fachmann bekannt. Der die Kammer 100 verlassende Dampf ist unter Umständen lediglich gesättigt, aber nicht überhitzt, weshalb es sich empfiehlt, ihn in üblicher Weise durch Überhitzer zu schicken und auch Zwischenüberhitzungen zwischen den einzelnen Stufen der Dampfturbine 103 vorzunehmen, wozu die Abhitze von Kammer 109 zur Verfügen, g steht, ebenso der Kühler des Adsorbens zwischen Hydrozyklon 111 und Speisepunkt 105a.
Auf die Anwendung eines Adsorbens lässt sich ge mäss Schaltbild Fig. 21 verzichten, das im übrigen sich mit Fig. 20 weitgehend deckt. 117 ist wieder der Verdampfer, an dem aber hier noch Rohrschlangen 118 als Speisewasservorwärmer und 119 als Überhitzer schematisch dargestellt sind. Arbeitet der Verdampfer unter sehr hohem Druck, z. B. als Bensonkessel, so kann man die Kammerwandung gänzlich aus diesen Rohrschlangen herstellen, was mit Rücksicht auf die Festigkeit sehr willkommen ist.
Die Überhitzerrohre können dabei mit Rippen versehen sein, da eine Erhöhung der Turbulenz der Strömung in den Kammern durch derartige Gitterwirkung erwünscht ist. In Fig. 21 soll das vom Kondensator 120 kommende Speisewasser am relativ kältesten Teil bei 121 in die Rohrschlange 118 eingeleitet werden und diese bei 122 wieder verlassen, um bei 123 in die Kammer 117 eingetragen zu werden. Diese ist wieder mit dem Dampf-Hilfskreislauf 124 versehen, aus dem gleichzeitig der Überhitzer 119 bei 125 gespeist wird. Mit Höchsttemperatur verlässt der Dampf 119 bei 126 den Überhitzer und gelangt in den Turbosatz 127.
Die Verdampfung des bei 123 aufgegebenen Speisewassers erfolgt durch Umlaufen des Feinkornes, das in dem Erhitzer 128, wie schon in Fig. 20 beschrieben, unter Atmosphärendruck auf Temperaturen bis 1500 gebracht werden kann und dann unter Kesseldruck bei 129 in 117 eingespeist wird. Das auf annähernd Kesselverdampfungstemperatur abgekühlte Feinkorn wird bei 130 aus 117 abgezogen und dem Erhitzer 128 bei 131 wieder aufgegeben. Der entspannte Dampf wird in der Kammer 120 nach dem Prinzip einer Einspritzkondensa tion niedergeschlagen, jedoch arbeitet diese wegen der Anwendung des Sinkwirbelprinzipes leistungsfähiger als eine solche. Der Kondensator 120 arbeitet mit dem Dampf-Hilfskreislauf 132, sein z. B. vom Kamin kommendes Kühlwasser wird bei 133 aufgegeben und von 134 zum Kühler zurückgeführt.
Die den Schaltbildern Fig. 20 und 21 gemeinsamen Vorteile bestehen im Fortfall der bedeutenden Rohroberflächen, die bei üblichen Kesseln für die Verdampfung und bei Oberflächenkondensatoren für deren Rohrbündel eingebaut werden müssen, wobei es aus Rinden des Speisewasserumiaufes dahingestellt bleiben mag, ob man letztere Massnahme wirklich durchführen will. Weiter steigt die Leistung wesentlich, denn das aus Korn von etwa 50 Mikron bestehende Wärmeübertragungsmittel nimmt seine Wärme in wenigen Sekunden auf und gibt sie ebenso schnell wieder ab, so dass Kessel und Feuerräume bedeutend kleinere Abmessungen erhalten.
Vor allem geht die Verdampfung nicht in feuerberührten Rohren vor sich, so dass auch brennbare Wärmeträger für den Kreislauf der Kraftmaschinen verwendet werden können, wie Aceton oder Stickstofftetroxyd, beides Körper, die ein günstigeres Verhältnis zwischen Nutzund Eigenwärme aufweisen als Wasserdampf. Fer ner kann man zu Mehrstoffdampfmaschinen über gehen, indem man den Kondensator 120 in bekannter Weise als Zweitdampfer schaltet. Die heute üblichen Höchsttemperaturen des Wasserdampfes von z.
B. 530O lassen sich unter Einsatz hochsiedender Rohölfraktionen noch steigern, weil diese selbst bei sehr hohen Temperaturen nicht entfernt die gleich hohen Drucke wie Wasserdampf aufweisen, so dass an die Festigkeitseigenschaften der Kesselbaustoffe nicht gleich hohe Anforderungen gestellt zu werden brauchen, gleichzeitig aber das für die Kraftmaschine nutzbare Temperatur- und Wärmegefälle bedeutend zunimmt. Der Vorteil der Schaltung Fig. 21 gegen über Fig. 20 liegt im Fortfall des empfindlichen Adsorbens, sowie dessen nicht mehr nötige Abtrennung vom Heizkorn bei Fig. 20 im Hydrozyklon 111 und vom Kühlwasser bei 107.
Die Anwendung des Sinkwirbelverfahrens für eine Kältemaschine zeigt Fig. 22. Die Sinkwirbelkammer 135 entspricht dem Kondensator und die Kammer 136 dem Verdampfer bei gewöhnlichen Kältemaschinen. Beide Kammern werden wieder mit einem umlaufenden Feinkorn beschickt, das in den Schwemmvorrichtungen 137 Wärme abgeben bzw. aufnehmen kann. Das Feinkorn wird bei 138 in z. B. zylindrische Gefässe eingespeist, die an ihrem Fuss durch einen in bekannter Weise angetriebenen Dreh- teller 139 nach Art der Aschenschüssel eines Generators abgeschlossen sind. Von diesen bringt die Fördereinrichtung 140 das Feinkorn zu Schnecken 141, von wo es in die Kammern 135, 136 bei 142, 143 zurückkehrt.
Der das Feinkorn tragende Wirbel wird in diesem Fall von Dreharmen 144 erzeugt, die mit Flüssigkeitszerstäubern 145 derart besetzt sind, dass der bereits mehrfach beschriebene Kegelmantelwirbel in den Kammern 135, 136 entsteht. Auch können die Dreharme 144, z. B. durch Motoren 146, angetrieben sein. Das Feinkorn sinkt am Kegelmantel der Kammern 135, 136 wie beschrieben ab und wird in ihrem Fuss, z. B. von den Schnecken 147, den Schwemmkammern 137 zugespeist. Lässt man nun in üblicher Weise Kühlwasser von z. B. +5O bei 148 in die rechte Schwemmkammer 137 zutreten, das auf z. B. +15" erwärmt bei 149 wieder austritt, so nähert sich das von der Schüssel 139 im Gegenstrom zum Kühlwasser bewegte Feingut infolge der unmittelbaren Körperberührung in seiner Temperatur sehr nahe derjenigen des zutretenden Kühlwassers an, z.
B. auf t-7 . Beschickt man mit diesem Feinkorn die unter geeignetem Druck, z. B. 8,6 ata bei NAH5, gehaltene Kammer 135, so ruft das Feinkorn wäh- rend seines Absinkens in der Kammer eine Kondensation in dem aufsteigenden Dampf- und einen Flüssigkeitsnebel hervor und entzieht diesem die Verdampfungswärme. Der Zyklon 151 scheidet hierbei Flüssigkeitströpfchen aus, während die Gebläse 152 den Nebel im Umlauf halten. Als Nebelkörper können die auch sonst bei Kältemaschinen angewandten Me dien dienen, also z. B. SO2, NH und CO2. Auch in der Kammer 135 kommt das Feinkorn infolge seiner grossen spezifischen Oberfläche und der unmittelbaren Berührung mit dem Nebel sehr nahe an die Kondensationstemperatur von z. B. +200 heran, z.
B. auf +18 , so dass es doch noch mit dem mit +150 bei 149 austretenden Kühlwasser abgekühlt werden kann.
Wie bei Kältemaschinen üblich, wird die abzuführende Wärme dem Kreislauf dadurch entzogen, dass man eine Sole, die z. B. mit 20 bei 153 der linken Schwemmkammer 137 zutritt, auf z. B. -5" abkühlt, womit die Sole bei 154 abfliesst. Wiederum nähert sich das bei 138 in die linke Kammer 137 mit z. B.
-8" von der Verdampfungskammer 136 zutretende Feinkorn im Gegenstrom der Zutrittstemperatur der Sole sehr eng und kann mit z. B. 30 der Kammer 136 wieder zugeführt werden, in der selbst ein Druck von z. B. 2,9 ata bei NH gehalten wird, zu dem eine Verdampfungstemperatur von 100 gehört. In gleicher Weise wie in der Kammer 135 wird in 136 ein Nebelkreislauf aufrechterhalten, der bei 155 hinter dem Reduzierventil 156 mit Flüssigkeit, bei 143 mit Feinkorn beladen wird. Dieses bringt die Flüssigkeit zur Verdampfung, während ein Teil als Flüssigkeit im Zyklon 157 ausgeschieden und von der Pumpe 150 unter Drucksteigerung von z. B. 2,9 ata auf 8,6 ata in den Kreislauf der Kammer 135 zurückgespeist wird.
Ein Kompressor 1 57a zur Förderung von Dampf aus der Kammer 136 nach Kammer 135 wird ausserdem zugeschaltet. Hiermit ist der Kältemaschinenprozess voll durchlaufen.
Die Anwendung des Sinkwirbelverfahrens bei der Verflüssigung von Gasen zeigt Fig. 23. Bei sehr tiefer Temperatur zu verflüssigende Gase, wie Luft oder H2, werden bekanntlich hochverdichtet, z. B. auf 100 ata, und dann einem Drosselungsvorgang unter Entspannung auf z. B. 20 ata unterworfen, wobei sie sich abkühlen. Der hierbei erreichte Temperaturabfall ist ausser von der Druckdifferenz von einer Konstante abhängig, der ein um so höherer Wert eigentürnlich ist, je näher sich das betreffende Gas seiner Verflüssigungstemperatur befindet. Für Raumtemperatur beträgt z. B. dieser Temperaturabfall dt bei Luft 0,27 (p1-p2), während bei CO2 dieser Wert auf 1,35 (p1-p2) steigt, also den fünffachen Betrag erlangt.
Während nun bei den üblichen Gasverflüssigungsanlagen das zu verflüssigende Gas selbst dieser Verdichtung und Wiederexpansion unterworfen wird, arbeiten Anlagen nach diesem Verfahren derart, dass ein Hilfsgaskreislauf zugeschaltet wird, dessen Umlaufgas sich mit geringerem Energieaufwand dem Drosselvorgang unterwerfen lässt als das zu verflüssigende Gas selbst. Da der Temperaturabfall bei dieser Drosselung ausserdem nach dT = a (pro2) (2;3 )2 der absoluten Temperatur umgekehrt proportional ist, lässt sich leicht übersehen, dass sich der Energieaufwand für solche Gasverflüssigungen wesentlich senken lässt, wenn man erstens für die Kälteerzeugung wie erwähnt ein geeignetes Gas auswählt und zweitens diese Drosselung bei möglichst tiefer Temperatur vornimmt.
Nach diesen beiden Gesichtspunkten ar beitet die Vorrichtung, die an Fig. 23 als Beispiel erläutert werden soll. 158, 159 sind wieder zwei Sinkwirbelkammern, die, ebenfalls wie bei Fig. 22, mit Drehflügeln 160, 161 zur Erzeugung des tragenden Wirbels ausgestattet sind. Zwischen beiden läuft wieder ein Feinkornkreislauf um. In der Vorkühlkammer 158 lässt man z. B. CO2 als tragenden Wirbel arbeiten, das so nahe wie möglich an seine Kondensationstemperatur durch Drosselung im Ventil 162 und vorheriger Verdichtung im Kompressor 163 abgekühlt wird, also auf etwa 780. Es sei angenommen, dass hiermit der Feinkornkreislauf auf 750 abgekühlt und mit dieser Temperatur der Hauptkühlkammer 159 aufgegeben werden kann.
Lässt man in dieser Luft als Tragwirbel arbeiten, so lässt sich diese demnach auf etwa 700 durch den Feinkornkreisiauf abkühlen. Soll sich die Luft in einem der bei Gasverflüssigungsanlagen üblichen Schlangenwärmeaustauscher 164 weiter abkühlen, so kann sich der ihr entgegengeführte N2 höchstens auf etwa 750 anwärmen. Wird angenommen, dass die zu verflüssigende Luft dem ersten Wärmeaustauscher 165 mit + 100 zuströmt, so besteht ein Temperaturgefälle von 100 auf 700 zwischen dem Lufteintritt in die beiden Austauscher 164, 165.
Da der zurückkehrende, der Luft entgegenströmende N2 nur 790/0 des Volumens der Luft besitzt, kann er nur 79 /o dieser Abkühlung leisten, so dass die Luft beim Verlassen des Austauschers 165 auf etwa 500 kommt. Von dieser Temperatur auf-70O soll sie nun mit Hilfe des in der Vorkühlkammer 158 auf entsprechende Temperatur zu bringenden Feinkornkreislaufes abgekühlt werden.
Demnach muss dieser mit etwa 750, wie oben vorausgesetzt, in die Hauptkühlkammer 159 eintreten und kann sie mit höchstens etwa 550 wieder verlassen, um noch eine Kühlwirkung auf die mit 500 von der Schlange 165 kommende Luft ausüben zu können.
Der Temperaturabfall von 580 auf -78" bestimmt den Energiebedarf des Verdichters 163 der Vorkühlkammer. Um diesen Temperaturabfall hervorzurufen, muss die umlaufende CO2 ihrerseits sich von 580 auf 780 abkühlen, wofür ein Druckgefälle von etwa 11 ata genügt. Anderseits kann das zwischen der Kondensationstemperatur des O2 von1850 und der Austrittstemperatur von 750 des N2 aus der Schlange 164 bestehende Gefälle von 110 nur zu 790/0 auf die entgegenströmende Luft übertragen werden, so dass sie auf etwa 1600 kommt.
Demnach muss der Verdichter 166 mit Hilfe des Drosselventils 167 einen Temperaturabfall von1600 auf 185o 250 verursachen, wofür ein Druckgefälle von etwa 30 ata ausreicht. Das gesamte, bei dem Verfahren nach der Erfindung herzustellende Druckgefälle beträgt demnach 11 + 30 = 41 ata, während man normal etwa 50 ata anzunehmen hat, so dass eine Energieersparnis von rund 20 /o eintritt. Hinter dem Ventil 167 kann verflüssigter 0 entnommen werden.
Mit den beschriebenen Einrichtungen lassen sich eine ganze Reihe weiterer Aufgaben durchführen, z. B. das Einblasen von Ionisierungskernen zwecks Staubniederschlag, eine Schockwirkung zwecks Festfrierens einer Gleichgewichtsphase, z. B. bei der A1und Mg-Metallgewinnung, was durch Einblasen fester Körper verstärkt werden kann; auch arbeitet man hierbei zweckmässig im Gleichstrom, um hohe Temperaturdifferenzen zwischen Gut und Behandlungsmittel zu erzielen. Wichtig ist ferner die Regelbarkeit der Aufenthaltsgeschwindigkeit des Gutes durch Benutzung verschiedener Zonen oder verschiedener Drehwirbelgeschwindigkeiten 12, weil man das Gut hierdurch mit verschiedener Geschwindigkeit absinken lassen oder in der Schwebe halten kann. Nach Erreichen der Höchsttemperatur lässt sich eine Wiederabkühlung im Gleich- oder Gegenstrom anschliessen.
Die Tiefkühlung, z. B. von Milch, mittels CO2 ist möglich. Die Reaktion kann durch geeignete Bemessung der Behandlungsmenge, Temperatur, Druck usw. in das günstigste Temperatur- und Druckgebiet gelegt werden. Zuschlagsstoffe oder chemische Behandlungsmittel aller Art lassen sich einführen. Bei Gefahr des Totbrennens kann das Gut in verschiedener Korngrösse in verschiedener Höhe des Ofens eingegeben werden. Die Fraktionierung von Erdöldämpfen lässt sich in mehreren, hintereinandergeschalteten Kammern bei sehr genau einhaltbaren und konstanten Temperaturen, falls nötig, unter ver schiedenen Drucken durchführen.
Elektrische Einrichtungen neuer und bekannter Art lassen sich zuschalten, z. B. die Aufladung der Ofenwand, um ein Gutansetzen zu veihindiern, Magnetund Hochfrequenzsysteme zum Durchwirbeln oder Schütteln des Gutes während des Ofendurchganges, Infrarot- und sonstige Strahlungseinrichtungen, sowie elektrische Beheizung aller Systeme.
Staubniederschlagseinrichtungen aller Art können angewandt werden, wobei zu beachten ist, dass das Gut sich bereits in Drehung befindet, weshalb Strom umlenkungseinrichtungen aus einer Tangentialrichtung in die Gegenrichtung zu bevorzugen sind. Die Vorrichtungen können in den einzelnen Zonen sowie am Fuss und Kopf der Öfen eingebaut oder nachgeschaltet werden. Korngrössenscheider können, hilfsweise mit Gas- oder Lufteinblasung, in bekannter Weise angewandt werden. Durch Einbau einer oder mehrerer Einblasdüsen in die Vertikalachse der Vorrichtung kann, wie bekannt, die Aufenthaltsdauer der einzelnen Korngrössen unterschiedlich gehalten werden.