DD150697A1

DD150697A1 - DEVICE FOR GENERATING STABILIZED SWIVEL LAYERS

Info

Publication number: DD150697A1
Application number: DD22047680A
Authority: DD
Inventors: Roland Buettner; Hans-Joerg Schelenz; Barbara Uebel
Original assignee: Roland Buettner; Schelenz Hans Joerg; Barbara Uebel
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1981-09-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von stabilisierten Wirbelschichten zur Realisierung kontinuierlicher biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse, welche eine grosze Reaktionsoberflaeche benoetigen. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die fuer die herkoemmlichen Wirbelschichtverfahren charakteristische starke Abhaengigkeit der Wirbelschichthoehe von der Durchfluszgeschwindigkeit weitgehend zu beseitigen, sowie die dafuer ueblicherweise notwendige strenge Klassierung des Traegermaterials zu umgehen. Das Wesen der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dasz die Querschnittsflaeche der Wirbelschicht in Stroemungsrichtung ueber die gesamte Hoehe der stabilisierten Wirbelschicht zunimmt. Die Erfindung ist auf allen Einsatzgebieten der Wirbelschichttechnik mit fluessigem Medium anwendbar und ermoeglicht den Einsatz dieser Technik auch dort, wo dies bisher wegen der geforderten streng einheitlichen Teilchengroesze oder wegen prozeszbedingter Schwankungen der Durchfluszgeschwindigkeit unguenstig oder unmoeglich war.The present invention relates to a device for the production of stabilized fluidized beds for the realization of continuous biological, chemical and physical processes, which require a large reaction surface. The present invention aims to largely eliminate the characteristic of the conventional fluidized bed process strong dependence of the fluidized bed height of the flow rate, and to avoid the usually necessary for this strict classification of Traegermaterials. The essence of the invention is characterized in that the cross-sectional area of the fluidized bed in the flow direction increases over the entire height of the stabilized fluidized bed. The invention can be applied to all fields of fluidized bed technology with liquid medium and allows the use of this technique even where this was previously unfeasible or impossible because of the required strictly uniform particle size or because of process-related fluctuations in the flow rate.

Description

ζ τ υ4/ζ τ υ4 /

Titel der ErfindungTitle of the invention

Einrichtung zur Erzeugung von stabilisierten WirbelschichtenDevice for producing stabilized fluidized beds

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von stabilisierten Wirbelschichten für kontinuierliche biologische, chemische und physikalische Prozesse, welche eine große Reaktionsoberfläche benötigen«The present invention relates to a device for producing stabilized fluidized beds for continuous biological, chemical and physical processes which require a large reaction surface. "

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Kontinuierliche biologische, chemische und physikalische Verfahren, in denen Katalysatoren bzw. Mikroorganismen an Trägermaterial gebunden sind, werden am effektivsten so gestaltet, daß das Reaktionsmedium an im Reaktionsgefäß fixierten Katalysatoren vorbeiströmt. Zur Durchführung derartiger Verfahren werden meist Pestbettreaktoren verwendet, in denen durch Füllkörper verschiedener Formen versucht wird, eine möglichst große Oberfläche für die Fixierung von Katalysatoren bzw. Mikroorganismen bei gleichzeitig genügend geringem Strömungswiderstand für das Medium zu schaffen. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß das Trägermaterial und die Katalysatoren bzw. Mikroorganismen nicht kontinuierlich regeneriert v;erden können, daß eine beliebige Verkleinerung des Trägermaterials und somit eine beliebige Vergrößerung der Reaktionsoberfläche nicht möglich ist und daß der Kontakt zwischen Katalysator bzw. Mikroorganismen und Medium nicht in allen Teilen des Reaktionsgefäßes optimal ist· Demgegenüber stellt die Nutzung des Wirbelschichtverfahrens,Continuous biological, chemical and physical processes in which catalysts or microorganisms are bound to support material are most effectively designed such that the reaction medium flows past catalysts fixed in the reaction vessel. To carry out such processes, pest bed reactors are usually used in which filling bodies of various shapes are used to create the largest possible surface area for the fixation of catalysts or microorganisms while at the same time having a sufficiently low flow resistance for the medium. The disadvantage of these methods is that the support material and the catalysts or microorganisms can not be regenerated continuously, that any reduction of the support material and thus an arbitrary enlargement of the reaction surface is not possible and that the contact between catalyst or microorganisms and Medium is not optimal in all parts of the reaction vessel · In contrast, the use of the fluidized bed process,

zum Beispiel nach DT C 02 C 1/06 OS 2531110, DT C 02 C 1/02 AS 2331192, DT C 02 C 1/06 OS 2407008, eine sehr günstige neue Lösung dar, Uta die oben genannten !Nachteile zu überwinden.For example, according to DT C 02 C 1/06 OS 2531110, DT C 02 C 1/02 AS 2331192, DT C 02 C 1/06 OS 2407008, a very favorable new solution, Uta to overcome the disadvantages mentioned above.

Nach diesem Verfahren schwebt eine feinkörnige Trägermaterialfraktion in dem von unten nach oben durch den Reaktor geführten Flüssigkeitsstrom· Üblicherweise v/erden zylinderförinige Reaktionsgefäße genutzt· Der Nachteil dieser Reaktortypen besteht darin, daß in der Wirbelschicht nur Teilchen mit einheitlicher Größe verbleiben, τ/obei das Verhältnis der Radien maximal etwa 1 : 1,5 betragen kann· Weiterhin muß die Durchflußgeschwindigkeit in engen Grenzen konstant gehalten v/erden, da bei einer Zunahme derselben um etwa 20% bereits eine Verdoppelung des Volumens der Wirbelschicht auftritt, XJm bei einer solchen Variation der Durchflußgeschwindigkeit ein Austragen der Teilchen aus dem Reaktor zu vermeiden, können nur 50% des Reaktorvolumens im Normalbetrieb genutzt werden,The disadvantage of these reactor types is that only particles of uniform size remain in the fluidized bed, τ / o being the ratio Furthermore, the flow rate must be kept constant within narrow limits, since an increase of the same by about 20% already causes a doubling of the volume of the fluidized bed, XJm with such a variation of the flow rate to avoid discharge of the particles from the reactor, only 50% of the reactor volume can be used in normal operation,

Verbesserungen dieses Verfahrens wurden dadurch erzielt, daß nach DT B 01 J 8/18 AS 1667015 der untere Einlaß in das zylinderförmige Reaktionsgefäß konisch gestaltet ist, um eine bessere Durchmischung zu gewährleisten· Nach DT B 01 J 8/18 AS 1417741 befindet sich oberhalb des zylinderförmigen Reaktionsgefäßes eine Expansionszone, in der die Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist, als zum Tragen der Teilchen notwendig, so daß ein unerwünschtes Austragen der Teilchen verhindert wird. Jedoch werden die prinzipiellen Nachteile, daß nur Teilchen einheitlicher Größe in der Wirbelschicht verbleiben und daß die Durchflußgeschwindigkeit in engen Grenzen konstant gehalten v/erden muß, durch die angeführten Verbesserungen des Verfahrens, nicht beseitigt·Improvements of this method were achieved by the fact that according to DT B 01 J 8/18 AS 1667015 the lower inlet into the cylindrical reaction vessel is conical in order to ensure a better mixing · According to DT B 01 J 8/18 AS 1417741 is located above the cylindrical expansion vessel, an expansion zone in which the flow velocity is smaller than necessary for carrying the particles, so that an undesirable discharge of the particles is prevented. However, the principal drawbacks that only particles of uniform size remain in the fluidized bed and that the flow rate must be kept constant within narrow limits are not eliminated by the stated improvements of the process.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die für die herkömmlichen Wirbelschichtverfahren charakteristische starke Abhängigkeit der Wirbelschichthöhe von der Durchflußgeschwindigkeit weitgehend zu beseitigen sowie die bisher notwendige strenge Klassierung des dafür eingesetzten Trägermaterials zu umgehen.The present invention aims to largely eliminate the characteristic of the conventional fluidized bed process strong dependence of the fluidized bed height of the flow rate and to circumvent the hitherto necessary strict classification of the carrier material used for this purpose.

A Darlegung des ¥/esens der ErfindungA Statement of the invention of the invention

Es wurde festgestellt, daß Wirbelschichten auch in trichterförmigen Gefäßen erzeugt werden können, wenn diese aufwärts von der Spitze zur Öffnung durchströmt werden. Dabei kann der Abfluß in einfacher Weise über den oberen Trichterrand realisiert werden.It has been found that fluidized beds can also be created in funnel-shaped vessels as they are flowed upwardly from the tip to the aperture. In this case, the drain can be realized in a simple manner over the upper edge of the hopper.

Es stellte sich, unerwarteterweise eine Strömung ein, deren Geschwindigkeit in jeder Höhe des Reaktors über den gesamten Querschnitt konstant war. Das zeigte sich auch an der Einstellung einer ebenen oberen Begrenzung der Wirbelschicht. Während die Teilchen in der Nähe der oberen Wirbelschichtgrenze, einen Durchmesser von ca· 5 * 1O~ m hatten, schwebten in der unteren Trichterspitze Teilchen von ca. 1 * 10"""Bi Durchmesser. Das ist ein Radienverhältnis von 1 : 200 während in herkömmlichen Einrichtungen ein Verhältnis von etwa 1 : 1,5 eingehalten werden muß. Damit entfällt die bisher notwendige Klassierung des Trägermaterials. Wahrscheinlich ist,das Vorhandensein einer Fraktion großer Teilchen, die im untersten, engsten Teil des Reaktors schweben, vorteilhaft für die Einstellung einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit« Mit steigendem Öffnungswinkel des Gefäßes wird das Verhältnis der Radien der einsetzbaren Teilchen größer.Unexpectedly, a flow occurred, the velocity of which was constant over the entire cross-section at any height of the reactor. This was also reflected in the setting of a flat upper boundary of the fluidized bed. While the particles near the upper fluidized bed boundary had a diameter of about 5 * 10 -6 m, particles of about 1 * 10 "" "Bi diameter floated in the lower funnel tip, which is a radii ratio of 1: 200 during in It is likely that the presence of a fraction of large particles floating in the lowermost, narrowest part of the reactor is advantageous for setting uniformity Flow velocity "As the vessel's opening angle increases, the ratio of the radii of the usable particles increases.

Die Höhe der Wirbelschicht verhielt sich stabil gegenüber sehr erheblichen Schwankungen der Durchflußrate. Bei Veränderungen der Durchflußrate im Verhältnis 1 : 5 waren mit gleichem Material noch stabile Wirbelschichten realisierbar« Bei mittleren Durchflußraten verursachten Schwankungen derselben im Verhältnis 1 : 2,5 eine Änderung der oberen Wirbelschichthöhe um nur . etwa 12%.The height of the fluidized bed was stable with respect to very significant fluctuations in the flow rate. In the case of changes in the flow rate in the ratio 1: 5, stable fluidized beds could still be produced with the same material. "At medium flow rates, fluctuations of the same in a ratio of 1: 2.5 caused a change in the upper fluidized bed height only. about 12%.

Durch diese Einrichtung werden die oben genannten Schwierigkeiten bei der Anwendung von Wirbelschichten beseitigt.By this means, the above-mentioned difficulties in the application of fluidized beds are eliminated.

AusiührungsbeispielAusiührungsbeispiel

Es wurde ein trichterförmiges Reaktionsgefäß verwendet, dessenIt was used a funnel-shaped reaction vessel whose

Volumen 350 cnr' bei einer Höhe von 10 cm betrug. Der Zufluß erfolgte durch eine in der Trichterspitze befindliche Lochplatte mit einem Durchmesser von 2 cm mit 5 Löchern von je 2 mm Durchmesser. Der Fluss igke it sa.blauf erfolgte gleichmäßig über denVolume was 350 cnr 'at a height of 10 cm. The inflow took place through a perforated plate with a diameter of 2 cm and 5 holes of 2 mm diameter located in the funnel tip. The river igke it sa.blauf was evenly over the

oberen Trichterrand.upper funnel edge.

In einer unterhalb des Trichterrandes befestigten Rinne wurde die Flüssigkeit gesammelt und abgeführt. Gleichzeitig trug die Rinne eine, für anaerobe Prozesse notwendige, Abdeckplatte. Es wurde eine Wirbelschicht bestehend aus Siliziumkarbid einer Korngröße von 5-60 in bei Durchflußgeschwindigkeiten von 2 5 l/h erzeugt« Es wurden 70 g Siliziumkarbid eingesetzt. Dabei stellte sich über den ganzen Trichterquerschnitt eine ebene Grenzschicht ein, die bei diesen Durchflußgeschwindigkeiten zwischen 8 und 9 cm oberhalb der Lochplatte lag. Bei einem Modellversuch zur Abwasserreinigung wurden 70 g Siliziumkarbid als Trägermaterial mit einer Mischpopulation decitrifizierender Bakterien in 500 ml Rundkolben in einem modifizierten FARBIG-OTTOV/-Medium (mit Λ% Methanol und 3 S KlTO 1) bei 25⁰C 48 Stunden unter semianaeroben Bedingungen bebrü tet. Das so vorbereitete Trägermaterial wurde in den vom Modellabwasser durchströmten Reaktor gegossen. ITach kurzer Zeit stellte sich die Wirbelschicht wie vorher beobachtet ein. Bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 3»5 l/h des oben genannten, teilweise vom Sauerstoff befreiten, Modellabwassers wurde ohne weitere Optimierung bei 25°C ein Abbau von durchschnittlich 880 mg M)-Vl erreicht. Das ergibt bei einer Teil-The liquid was collected and removed in a gutter fixed below the hopper edge. At the same time, the gutter carried a cover plate necessary for anaerobic processes. A fluidized bed consisting of silicon carbide with a grain size of 5-60 was produced at flow rates of 2 5 l / h. 70 g of silicon carbide were used. Over the entire funnel cross-section, a level boundary layer was established, which lay at 8 to 9 cm above the perforated plate at these flow rates. In a model trial for wastewater treatment, 70 g of silicon carbide as support material with a mixed population of decitrifying bacteria in 500 ml round bottom flask in a modified FARBIG OTTOV / medium (with Λ% methanol and 3 S KlTO 1) at 25 ⁰ C for 48 hours under semianerobic conditions tet. The thus prepared carrier material was poured into the reactor through which the model wastewater flows. After a short time, the fluidized bed turned on as previously observed. At a flow rate of 3 »5 l / h of the above-mentioned, partially freed from oxygen, model wastewater, a reduction of an average of 880 mg M) -Vl was achieved without further optimization at 25 ° C. This results in a partial

~* 2 chenoberflache von 10 m eine Abbauleistung von 350 mg ITO*,/ ~ * 2 chenoberflache of 10 m, a degradation rate of 350 mg ITO * /

ο ι, -¹ ο ι, - ¹

m h oder etwa 15 kg NO^/h * mr Schwebschicht.mh or about 15 kg NO ^ / h * mr suspended layer.

Claims

Claim for invention

1, means for producing stabilized fluidized beds characterized in that the cross-sectional area of the fluidized bed increases substantially over the entire height of the fluidized bed in the flow direction ·

2, device according to point '1, characterized in that the part of the container enclosing the fluidized bed is designed so that the cross section of the fluidized bed in the direction of the flow, which in floating particles with a specific gravity greater than that of the flowing medium upwards and for particles of lower specific gravity than that of the flowing medium, it is essentially downwards

3 »device according to item 1 and 2, characterized in that the container enclosing the fluidized bed is preferably funnel-shaped,

4, device according to point 1, 2 and 3 »characterized in that a preferred embodiment of the funnel in the longitudinal section has the shape of an isosceles triangle,

5 "device according to item 1, characterized in that the outflow through the vicinity of the upper edge of the vessel located openings or over the upper edge of the vessel itself.