DD201490A2

DD201490A2 - Verbesserter rotierender luftverteiler

Info

Publication number: DD201490A2
Application number: DD23355281A
Authority: DD
Inventors: Rolf Schirner; Horst Fischer; Guenter Freyer; Peter Schulz; Martin Leissner
Original assignee: Rolf Schirner; Horst Fischer; Guenter Freyer; Peter Schulz; Martin Leissner
Priority date: 1981-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1983-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des rotierenden Luftverteilers nach dem Hauptpatent DD-wp 140635 fuer die Wirbelschichtbehandlung von fliessunwilligen und temperaturlabilen Haufwerken, bestehend aus einer Bodenplatte 2, einem Luftkasten 7, einem Verteilerkopf 4 mit Welle 3 sowie am Verteilerkopf horizontal angeordneten radialen Luftverteilerrohren 5 mit Luftaustrittsoeffnungen 6, worin im Luftkasten 7 und im Verteilerkopf 4 eine mit der Welle 3 fest verbundene annaehernd randgaengige Luftleiteinrichtung 8 angeordnet ist. Die Luftleiteinrichtung 8 ist zusaetzlich mit Luftdurchgangsoeffnungen 9 versehen. Die Luftleiteinrichtung 8 bezweckt eine zwangsweise Vorverteilung der in den Luftkasten 7 eintretenden Wirbelluft, so dass jeweils ein Teil der Wirbelschicht mit einer hohen Leerraumgeschwindigkeit fluidisiert wird und die Wirbelschicht zonenweise intermittierend stark expandiert. Das Rueckstroemen des fluidisierten Materials aus der abgesperrten Richtung in die Verteilerrohre 5 bzw. den Luftkasten 7 wird durch den Durchlass einer Minimalluftmenge durch die Durchgangsoeffnungen 9 ausgeschlossen

Description

Verbesserter rotierender Luftverteiler

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des rotierenden Luftverteilers nach dem DD-WP 140 635, ausgeführt als rotierender Bodenluftverteiler für Wirbelschichtapparate zur Pluidisierung von extrem fließunwilligen Haufwerken.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Erfindung des H_auptpatents DD-WP 140 635 lag die Aufgabe zugrunde, einen rotierenden Luftverteiler zur Wirbelschichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken zu gestalten.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die radial angeordneten Luftverteilerrohre je eine Luftaustrittsöffnung am Ende des Verteilerrohres aufweisen, die jeweils durch die gewählte unterschiedliche Länge des Verteilerrohres unterschiedliche Teilkreise mit einem äquivalenten Radius von O,5...1,0 r, vorzugsweise 0,6..#0,9 r überstreichen.

Dabei ist der Mittenabstand (a) zweier benachbarter TeIlluftaustrittsöffnungen zueinander nach der Beziehung

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,г. η ^{έ а} = °·^{5 а}

ausgebildet, wobei der Paktor für die Luftstrahlverbreiterung (k) der Beziehung 5 - к - 16 entspricht. Weiterhin bedeuten Δ Grundfläche der Bodenplatte, η Anzahl der Verteilerrohre, d Durchmesser der Bodenplatte.

Die unter Verwendung des rotierenden Luftverteilers ausgestattete Wirbelschichtapparatur besteht aus einer Bodenpatte, einem Luf (,kasten, einem gegen den Luftk&aiön abgedichteten rotierenden Luftverteiler vorbeschriebener Konfiguration und einer in den Luftkasten einmündenden Luftzuführung.

Ein nicht in der DD-PS 140 635 beschriebener Vorteil der erfindungsgeraäßen Lösung besteht trotz relativ kleiner "freien Siebflächen¹¹ von 0,5.. Λ % darin, daß aufgrund der Luftaustrittsöffnungen des rotierenden Bodenluftverteilers ein niedriger Bodendruckverlust ausgewiesen wird. Trotz des geringen Bodendruckverlustes bilden sich die der .Anzahl der Luftaustrittsöffnungen entsprechenden diskreten Umlauf schichten wie beschrieben aus. Mit wachsendem Verhältnis Höhe der Wirbelschicht H zum Durchmesser D der Wirbelschicht, etwa oberhalb H:D gleich 1, verschlechtert sich die Luftverteilung. Bs 1st ein negativer Einfluß der mit hoher Geschwindigkeit in den Luftkasten eintretenden Wirbelluft bemerkbar. Dadurch werden die in Strömungsrichtung befindlichen, am Verteilerkopf radial angeordneten Verteilerrohre bevorzugt mit Luft beaufschlagt. In den bevorzugt mit Luft beauflagten Teil der Wirbelschichtapparatur werden die diskreten Umlaufschichten in beschriebener Weise ausgebildet und das Haufwerk intensiv fluidisiert.

Die gegen die Strömungsrichtung wirksamen, am Verteilerkopf radial angeordneten Luftverteilerrrohre werden schlechter beaufschlagt. In dem schlechter versorgten Teil der Wirbelschicht leidet die Qualität der Wirbelschicht, da die Luftmenge in Verbindung mit der Einwirkungsaeit nicht ausreicht, um die Ausbildung der diskreten Umlaufschicht bis zur Oberfläche der Wirbelschicht auszubilden. Trotz deB geringen Bo-

dendruckverlustes bildet sich die der Anzahl der Luftaustrittsöffnungen wie bereits beschrieben aus· Mit wachsendem Verhältnis Höhe der Wirtelschicht H zum Durchmesser D der Wirbelschicht, etwa oberhalb H:D gleich 1, verschlechtert sich die Luftverteilung. Es ist ein negativer Einfluß der mit hoher Geschwindigkeit in den Luftkasten eintretenden Wirbelluft bemerkbar.

Besonders bei der Trocknung von thermolabilen, fließunwilligon Haiif serkoii, wie sum Beispiel Stärke, Dextrin und Kunststoffpulver können durch Ansinterungen und Glimmnester bedrohliche Betriebszustandѳ entstehen. Außerdem verschlechtert sich für die im "Windschatten" angeordneten peripheren und internen wärmeübertragenden Flächen der Wärmedurchgang.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, temperaturlabile fließunwillige Haufwerke in den Anwendungsbereich der Wirbelschichtbehandlung einzubeziehen, wobei bedrohliche Betriebszustände mit Sicherheit ausgeschlossen werden sollen und gleichzeitig durch höhere Wirksamkeit interner und peripherer Heizflächen die technisch-ökonomische Effektivität der zu lösenden Verfahrensaufgabe zu verbessern ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ungleichmäßige Lufteintragung und -verteilung durch den rotierenden Luftverteiler gemäß Hauptpatent DD-WP 14-0 635 so zu verbessern daß alle Bereiche der Wirbelschicht gleichmäßig mit Wirbelmedium beaufschlagt und intensiv fluidisiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Luftvertellerkasten und Im Verteilerkopf eine annähernd rand-gängige, mit der Antriebswelle des rotierenden Luftvertellers lost verbundene Luftleiteinrichtung angeordnet wird. Die Luftleiteinrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß damit

der Querschnitt des Luftkastens und des Verteilerkopfes mittig abgesperrt werden kann. Man erreicht dadurch eine erzwungene Umkehr oder Umlenkung der in den Luftkasten bzw. in den Verteilerkopf einströmenden Wirbelluft.

Die Luftleiteinrichtung ist weiterhin so gestellt, daß eine minimale Luftmenge in der abgesperrten Richtung abfließen kann. Dazu sind in der Luftleiteim' \itung Öffnungen eingelassen. Die Größe der Öffnungen ist so bemessen, daß die in der abgesperrten Richtung abfließende Minimalluftmenge eine Rückströmung von fluidislertem Material in die Verteilerrohre bzw. den Luftkasten ausschließt.

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Luftleiteinrichtung wird in Verbindung mit dem rotierenden Luftverteiler gemäß Hauptpatent DD-WP 140 635 die Wirbelschichtapparatur intermittierend zonenweise mit einer Minimalluftmenge oder mit einem Mehrfachen der Minimalluftmenge beaufschlagt. Der zwangsweise mit einer hohen Leerraumgeschwindigkeit fluidisierte Teil der Wirbelschicht expandiert dabei sehr stark, woduroh die gesamte Wirbelschicht intensiv durchmischt wird.

Durch die erfindungsgemäß bevorzugte zonenweise Luftzuführung wird vor all"-¹¹ die mangelhafte Luf teuf uhr ung und Pluidisierung der'Windschattenseite¹¹ der Wirbelschichtapparatur verbessert, während sich die Luftzuführung und Pluidisierung der in Strömungsrichtung der dt. ah den Luftstutzen eintretenden Wirbelluft nicht verschlechtert. Über diesen dargelegten Vorteil hinaus werden die Seitenteile und der rückwärtige Teil der Wirbelschichtapparatur - gesehen vom Lufteintrittsstutzen - mit dem Hauptanteil der gesamten Wirbelluft überflutet, so daß für diese Teilbereiche durch eine impulsartige Luftzuführung eine starke Bettexpansion einsetzt, die zu einem intensiven Bettumlauf beiträgt. Unter diesen Bedingungen können auch extrem fließunwillige Haufwerke fluidisiert werden. Darüber hinaus verbessert sich der Wärmedurchgang von peripher und intern angeordneten Heizflächen entscheidend.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eingespeistes Material nicht durch "Diffusion"¹, sondern spontan ablaufende Mischvorgänge im gesamten Bett verteilt werden· Das 1st be· sonders bei der Trocknung von thermolabilen Gütern der Vorteil.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert werden·

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen Pigur 1 eine komplette Wirbelschichtapparatur mit dem erfindungsgemäß verbesserten Luftverteiler, Figur 2 ein Sohema der Luftverteilung in der Wirbelapparatur, Figur 3 die zonenweise Auftellur der Grundfläche der Wirbelapparatur.

In Figur 1 1st eine komplette Wirbelschichtapparatur gezeigt. Sie besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit Mantel 1 und Bodenplatte 2 sowie diversen Ein- und Auslaßstutzen· Unterhalb der Bodenplatte 2 ist ein Luftkasten 7 angeordnet. Im Inneren des Gehäuses ist auf der Bodenplatte 2 ein Verteilerkopf 4 mittels einer Welle 3 drehbar vorgesehen. Der Verteilerkopf 4 trägt die horizontal angeordneten radialen Luftverteilerrohre 5 mit den Luftaustrittsöffnungen 6. Im Inneren des Luftkastens und des Verteilerkopfes 1st eine mit der Welle 3 fest verbundene drehbare annähernd randgängige Luftleiteinrichtung 8 angeordnet. Die Luftleiteinrichtung ist außerdem mit Durchgangsöffnungen 9 versehen.

Figur 2 zeigt schematisch die Luftverteilung nach DD-WP 140 635 sowie die Luftverteilung nach der erfindungsgemäßen Lösung.

Der Linienverlauf 0 verdeutlicht die Luftverteilung in der Wirbelschicht nach der im DD-WP 140 635 dargelegten Lösung. Es bildet sich ein deutliches Maximum der Luftzuführung für den in Strömungsriohtung des Einlaßstutzens stehenden Teil der Wirbelschichtapparatur aus. Die Kurve flacht seitlich deutlich ab. Die Linie D entspricht annähernd einer gleich-

mäßigen Verteilung der eingetragenen Wirbelluft auf alle Bereiche der Wirbelschicht (nominelle Leerraumgeschwindigkeit).

Nach der erfindungsgemäßen Lösung repräsentiert die Linie Λ die Lufteinführung für die Teile der Wirtelgchichtapparatur, wo mittels der Luftleiteinrichtung die HauptStrömungsrichtung zwangsweise verändert wird und der durch den Einlaßstutzen in der bevorzugten beaufschlagten Wirbelschicht eine mehrfache Erhöhung der durchschnittlichen Leerraumgeschwindigkeit eintritt. Diese Vervielfachung ist besonders im bisherigen "Windschatten" außerordentlich hoch. Die Linie B repräsentiert die Mindestluftzuführung für den abgesperrten Teil des Luftkastens.

In Figur 3 ist die zonenweise Aufteilung der Wirbelschicht dargestellt, wobei der Pfeil auf der Linie 0...180⁰ die Einströmung sr lchtung der Wirbelluft in den Luftkasten symbolisiert. Weiterhin bedeuten die Ziffern I, II, III und IV rechtwinklige Kreisausschnitte des Anströmbodens. Der Anströmboden läßt sich durch Polarkoordinaten noch detaillierter beschreiben. Weiterhin bedeutet die Linie F eine angenommene augenblickliche Stellung der Luftleiteinrichtung. Bei dieser Stellung der Luftleiteinrichtung wird der Bereich 150°...0° / 360°...330° mit dem Hauptanteil der einströmenden Wirbelluft beaufschlagt. Dieser Bereich ist durch die Linien E-E in der Figur 2 gekennzeichnet. Die Luftmenge entspricht der Linie A, ebenfalls In Figur 2 dargestellt.

In der durch die Luftleiteinrichtung gesperrten Richtung wird die Wirbelschicht im Bereich 150°...180°...36O⁰ mit der Grund-, luftmenge B entsprechend Figur 2 versorgt. Die Grundluftmenge B ist mindestens so groß, daß ein Rückströmen des fluidisierten Materials in das Verteilerrohr bzw. in den Luftkasten verhindert wird.

Bei einer Stellung von O⁰...180° der Luftleiteinrichtung beeinflußt diese die durch den dynamischen Druck der In den Luftkasten einströmenden Wirbelluft derart, daß der Bereich der Segmente I und III, das heißt ca. 150°...210°, intensiv fluidisiert wird. In Abhängigkeit von der Wirbelsohlchthöhe kann man Einströmgeschwindigkeiten für die Wirbelluft in den

Luftkasten In einem Bereich von 2...100 m/s zur Anwendung bringen. Die Luftverteilung in der Wirbelschicht bei der Stellung der Luftleiteinrichtung koaxial zur Linie O⁰...180° entspricht im wesentlichen der Kurve O in Figur 2. Hohe Eintritts geschwindigkeiten der eintretenden Wirbelluft in den Luftkasten haben stelle Flanken der Kurve G und ein Maximum, das oberhalb der Linie A liegt, zur Folge, niedrige Eintrittsgeschwindigkeiten dagegen flache, stark abgeflachte Flanken und ein unter der Linie A liegendes Maximum.

Beispiel 1: Trocknung handelsüblicher Kartoffelstärke im hygroskopischen Bereich

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich besonders gut am Beispiel der Trocknung von handelsüblicher Stärke verdeutlichen. Dazu werden kontinuierlich 305 kg/h handelsübliche Kartoffelstärke mit einem Anfangswassergehalt von χ = 0,25 kg TM Stärke mit einer Anfangstemperatur von 20 ⁰C eingespeist. Der Wirbelluftstrom wird durch den mit 11 U/mln rotierenden Luftverteiler grob in б Einzelluftströme aufgeteilt. Der Luftverteiler ist mit einer erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung versehen. Die nominelle Leerraumgeschwindigkeit beträgt 0,73 m/s, der freie Raum oberhalb der Wirbelschicht (Separationsraum) 1,7fache WirbelSchichthöhe. Als Heizmedium dient Dampf mit einer Temperatur von 195 ⁰O. Die Summe aller von der Wirbelschicht direkt berührten peripheren und internen Heizflä-

p chen beträgt 32 m ·

Das eingespeiste Haufwerk verläßt die Apparatur mit 158 ⁰C praktisch wasserfrei. Der verwirklichte Wärmestrom wird durch die Wärmeübergangszahl к = 870 kcal (⁰O . m . h)~¹ charakterisiert. Das ist gegenüber dem Hauptpatent DD-WP 140 635 eine Steigerung auf 130 %\ pro kg Wasser werden aufgrund der höheren Produkttemperatur 995 kcal/kg HgO Wärme verbraucht.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verbesserter rotierender Luftverteiler zur Wirbelschichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken durch kontinuierliche und momentan örtlich konzentrierte Eintragung der Wirbelluft zur Fluidisierung des Haufwerkes vermittels einer begrenzten Anzahl von Teilluftaustrittsöffnungen_f die auf unterschiedlichen Teilkreisen mit einem äquivalenten Radius r·. „ von O,5...1 r, vorzugsweise 0.6·.. 0,9 r, angeordnet sind, wobei sie geometrisch regelmäßige oder unregelmäßige Figuren beschreiben, deren Mittenabstand a der Beziehung

sowie der Paktor к der Beziehung 5 ^ к & 16 entspricht! dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil der Wirbelschichtapparatur, bestehend aus einer Bodenplatte(2j einem Luftkasten (7Л einem Verteilerkopf И-) mit Welle (З) sowie am Verteilerkopf horizontal angeordneten radialen Luftverteilerrohren (5) mit Luftaustrittsöffnungen(6)zum Zwo?'^ der zonenweise intermittierenden Überflutung der Wirbelschicht im Luf tkasten(7) und im Verteilerkopf (^) eine mit der WeIIe^ festverbundene drehbare, annähernd randgängige Luftleiteinrichtung (β) angeordnet ist.

2. Verbesserter rotierender Luftverteiler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Luf tleiteinrichtung (β) zum Zwecke des Durchlasses einer minimalen Wirbelluftmenge mit Bohrungen(9) versehen ist.

3. Verbesserter rotierender Luftverteiler nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrungen(9J so gestaltet sind, daß mindestens 20 % des Luftvolumens zur Verhinderung von Ruckströmungserscheinungen in den durch die Luftleiteinrichtung abgesperrten Teil geleitet wird.

+ nach DD-WP 140 635

4. Verbesserter rotierender Luftverteiler nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Eintrittsgeschwindigkeit der Wirbelluft in den Luftkasten 7 5...100 m/s beträgt.

HierzuiLjeiten Zeichnung»