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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen. Sie ist insbesondere anwendbar bei rechteckigen, langgestreckten Apparaten, deren Anströmbereich rinnenförmig ausgebildet ist und die eine Strahleinström-, ggf. auch eine geneigte Strahlrückströmwand aufweisen. Die Erfindung kann sowohl bei einseitigen als auch bei doppelseitigen Strahlschichtapparaten angewendet werden.
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Strahlschichtapparaturen werden vorwiegend zur Fluidisation nicht sphärischer Partikel in der Verfahrenstechnik eingesetzt. Diese Partikel können während der Fluidisation einem Heiz-, Kühl- und/oder Trocknungsprozess, aber auch Formgebungsprozessen unterzogen werden. Im Gegensatz zu klassischen Wirbelschichtverfahren, in denen ausschließlich der Kugelform ähnliche Partikel geeignet fluidisiert werden können und die Partikel stochastische Bewegungen vollziehen, können Strahlschichten aufgrund ihrer Konusform und der Art der Zufuhr des Fluidisationsgases und dem damit verbundenen hohen Impuls des Fluidisationsgases dazu verwendet werden, stark von der Kugelform abweichende Partikel in dem Strahlschichtapparat gerichtet zu fluidisieren. Diese Partikel neigen sehr häufig aufgrund ihrer Form zum Verhaken und damit zum Zusammenbruch der ausgeprägten Wirbelwalze. Mit dem Zusammenbruch der Fluidisation kann es z. B. beim Beschichtungs- oder Formgebungsprozess zum kompletten Verkleben des in der Strahlschicht enthaltenen Produktes (Partikel) kommen.
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Vorbekannt sind aus der Dissertation von Mitev (Untersuchung der Wirbelschichthydrodynamik im prismatischen Apparat, LTI Leningrad, 1967) Strahlschichtapparaturen unterschiedlichster Bauform sowohl zur chargenweisen als auch kontinuierlichen Prozessführung. Die dargestellten Konstruktionen speziell im Bereich der Gaszufuhr schließen ein Durchtreten und damit Verlust des fluidisierten Feststoffs in die Zuluftkammer nicht aus. Weiterhin ist keine Steuerung der Gaszufuhr direkt über die Apparatur möglich. Die für Strahlschichten charakteristische Walzenbewegung der fluidisierten Feststoffpartikel wird hier durch einen zentralen Gaseintritt und schräge Rückströmungswände hervorgerufen.
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In der Dissertation von Mitev sind konstruktive Ausführungen aufgezeigt, wodurch das Fluidisierungsgas über eine schräge Strahleinströmwand umgelenkt wird und so eine Walzenbewegung des fluidisierten Feststoffs erzeugt wird. Auch bei der hier dargestellten Konstruktion kann ein Durchfallen der Feststoffpartikel bei Ausfall des Fluidisierungsgases nicht verhindert werden.
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In
DE 34 00 397 A1 wird eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Strahlschichttrocknung klebriger-körniger und thermolabiler Stoffe vorgestellt. Die dort beschriebene Strahlschichtapparatur besteht aus zwei rinnenförmigen Apparatehälften, wobei beide Hälften durch eine Wand, an der ein dachförmiges Element oberhalb der Gaszufuhr angeordnet ist, voneinander getrennt werden. Das entscheidende Merkmal der Gaszufuhr über das dachförmige Element ist, dass dieses sowohl in der Höhe verstellbar als auch um eine quer zur Feststoffrichtung liegende Achse drehbar angeordnet ist. Somit sind auch längs zur Feststofftransportrichtung zu- oder abnehmende Höhen möglich, wodurch unterschiedliche Fluidisierungsverhalten realisiert werden. Die wesentlichen Nachteile sind die Ablagerungen von Partikeln am dachförmigen Element, was zu Funktionseinschränkungen führt und häufige Wartungs- und Reinigungszyklen bedingen. Infolge der extremen Umlenkung des zugeführten Gases unterhalb des dachförmigen Elementes kommt es durch Wirbelbildungen zu hohen Druckverlusten und zu unerwünschten Schwingungen der gesamten Konstruktion. Bei Ausfall der Gaszufuhr fallen Produktpartikel (Wirbelmaterial) in die Zuluftkammer der Apparatur, was zu Produktverlust und Prozessstörungen führt.
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Aus
DE 37 05 343 A1 sind Gasanströmeinrichtungen zur Fluidisationskontaktierung von Stoffen vorbekannt. Mit Hilfe von Hubbewegungen eines zentrisch angeordneten Bauteils lassen sich die Durchströmungsquerschnitte für das Fluidisierungsgas verstellen bzw. auch schließen. Die Verschlusselemente sind jalousieförmig ausgebildet. Als nachteilig erweist sich hier der ständige Kontakt des Fluidisierungmaterials mit der Verstelleinrichtung während des Anlagenbetriebs. Dies führt zu ungewollten mechanischen Beanspruchungen und Verschmutzung der Verstelleinrichtung, was nach längerem Betrieb ein dichtes Verschließen verhindert. Weiterhin ist für die Herstellung dieser Verstelleinrichtung ein hoher Fertigungsaufwand zu betreiben.
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Eine weitere konstruktive jalousieartige Anströmeinrichtung ist aus
DE 40 40 246 A1 für Wanderbettreaktoren zur Behandlung von Rauchgasen vorbekannt. Die jalousieartige Konstruktion im Bereich der Gaszufuhr soll einen gleichmäßigen Gaseintrag in den Wanderbettreaktor gewährleisten. Durch die unterschiedlichen Durchströmquerschnitte der jalousieartigen Einlassöffnungen am Auslauftrichter lassen sich unterschiedliche Einströmwiderstände erzielen, jedoch ist diese Konstruktion nicht steuerbar gestaltet.
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In der
DE 101 62 781 A1 wird ein Strahlschichtapparat zur chargenweisen oder kontinuierlichen Prozessführung beschrieben, der mehrere durch Überläufe miteinander verbundene Prozessbereiche aufweist, wobei jeder Prozessbereich eine unterschiedliche Gestaltung aufweisen kann und in jedem Prozessbereich unterschiedliche, einstellbare Prozessbedingungen realisierbar sind. Dazu verfügt jeder Prozessbereich über eine separate Gasanströmeinrichtung. Die Fertung einer derartigen Apparatur ist mit einem hohen Aufwand verbunden. Außerdem hat sich gezeigt, dass es bei der vorgeschlagenen Apparatur zu Ablagerungen von beim Prozess entstehendem Staub im Bereich der Gasanströmeinrichtung kommt, wodurch die Funktion der Gasanströmeinrichtung beeinträchtigt wird.
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In
DE 10004939 C1 wird eine Gasanströmeinrichtung für Strahlschichtapparate vorgestellt, mit deren Hilfe die Menge des zugeführten Gasstromes zur Fluidisation der Partikel über ein drehbar angeordnetes, zylindrisches Apparateelement gesteuert werden kann. Ein Nachteil der konstruktiven Ausführung ist die erforderliche enge Toleranz zwischen dem drehbar gelagerten Zylinder und dem Endstück der Strahlrückströmwand, der den drehbar gelagerten Zylinder teilweise umschließt. Der beim Prozess entstehende feine Staub kann sich während des Prozesses als auch bei Ausfall der Fluidisierungsluft und anschließender Bewegung des drehbar gelagerten Zylinders in den eng tolerierten Spalt setzen und zunehmend zu Verklemmungen und einer Vergrößerung des erforderlichen Drehmoments bei der Zylinderbewegung führen. Bei einer Vergrößerung der Toleranz, was einer Vergrößerung der Spaltgeometrie gleich kommt, kann dies zu unerwünschten Fehlströmungen durch den Spalt führen und größere Partikel können so in den Spalt gelangen und zu den genannten Bewegungshemmungen des drehbar gelagerten Zylinders führen. Der sich im Spalt zwischen der Strahlrückströmwand und dem drehbar gelagerten Zylinder befindende Staub oder kleinste Feststoffpartikel können bei Produktwechsel der Anlage aber auch durch die unkontrollierbare Verweilzeit im Spalt zu Produktminderungen beitragen. Die gewählte starre konstruktive Ausführung zwischen dem Endstück der Strahlrückströmwand und dem drehbar gelagerten Zylinder ist nachteilig für Reinigungszyklen im und nach dem Prozess.
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Durch die scharfkantigen geometrischen Formen kommt es zudem zu unnötigen Strömungsumlenkungen und Druckverlusten. Für die apparative Gestaltung als positiv hat sich die Drehbewegung des Zylinders und die Steuerung mittels der Drehbewegung herausgestellt.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen, die ohne hohen gerätetechnischen Aufwand auskommt, funktionssicher ist und lange störungsfreie Betriebsphasen des Strahlschichtapparates ermöglicht. Dazu besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen zu entwickeln, bei der funktionsstörende Ablagerungen von im Fluidisierungsgas enthaltenden Partikeln an den den Fluidisierungsstrom steuernden Bauteilen weitgehend vermieden werden können bzw. während des Betriebes entfernt werden können. Außerdem soll die Vorrichtung zur variabien Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten schwingungsfrei arbeiten und kurzzeitige schnelle Belastungsschwankungen zulassen. Weiterhin soll die Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen durch eine entsprechende Form einen möglichst geringen Druckverlust aufweisen. Die Form der Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen soll es ermöglichen, während der Anlagenreinigung die Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen einfach reinigen zu können sowie für Wartungsarbeiten einen leichten Ein- bzw. Ausbau zu sichern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen gemäß dem 1. Patentanspruch gelöst. Die weiteren Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
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1: den Querschnitt eines schematisierten Strahlschichtapparates mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen mit Abflachung auf der der Strahleinströmungswand abgewandten Seite, in
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2: den Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen mit Abflachung auf der der Strahleinströmungswand abgewandten Seite während des Strahlschichtbetriebes, in
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3: den Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen mit Abflachung auf der der Strahleinströmungswand abgewandten Seite während des Stillstandes der Strahlschicht, in
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4: den Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen mit Abflachung auf der der Strahleinströmungswand abgewandten Seite während der Reinigung und/oder Wartungsarbeiten an der Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen, in
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5: den Querschnitt eines schematisierten doppelseitigen Strahlschichtapparates mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen mit Abflachung auf der der Strahleinströmungswand abgewandten Seite, in
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6: den Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen während des Strahlschichtbetriebes und in den
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7A und 7B: den Querschnitt eines drehbar in der Strahlschichtapparatur angeordneten Nockens.
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Die in der 1 gezeigte Strahlschichtapparatur weist eine Fluidisierungskammer 1 und eine darunter liegende Gasverteilerkammer 2 auf. Die Fluidisierungskammer 1 ist gegenüber der Gasverteilerkammer 2 durch eine Strahleinströmungswand 3, eine Strahlrückströmungswand 4 und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen 5 abgegrenzt. Strahleinströmungswand 3 und Strahlrückströmungswand 4 sind gegenüber der Senkrechten geneigt. Die Strahlrückströmungswand 3 läuft nach unten rinnenförmig aus. Die Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen 5 hat die Form eines Nockens, der vergrößert in den 2 bis 4 abgebildet ist. Die Umfangskontur des Nockens 5 stellt sich als ein zur Strahlrückströmungswand 4 weisender halbkreisförmiger Bereich 5.1 und ein zum unteren Bereich der Strahleinströmungswand 3 weisender, sich über den Kreisbogen erhebender Bereich 5.2 dar. 7A zeigt die Ausdehnung dieser Bereiche 5.1 und 5.2 über die Umfangskontur.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Umfangskontur des Nockens 5 an der der Strahleinströmungswand 3 abgewandten Seite einen abgeflachten Bereich 5.3 auf. 7B zeigt die Ausdehnung der Bereiche 5.1, 5.2 und 5.3 über die Umfangskontur.
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Der Nocken 5 ist drehbar so im Strahlschichtapparat angeordnet, dass er an der rinnenförmig auslaufenden Strahleinströmungswand 3 und dem halbkreisförmig geschlossenen Bereich der Strahlrückströmungswand 4 spaltfrei anliegen kann. Wie in 2 gezeigt, befindet sich an der Strahlrückströmungswand 4 eine teilweise den Nocken 5 umschließende Gasleiteinrichtung 6. Die Strahleinströmungswand 3, die Strahlrückströmungswand 4 und der Nocken 5 sind so angeordnet, dass ein seitlicher Eintritt des Fluidisierungsgases 7 in die Fluidisierungskammer 1 erfolgt. Das Fluidisierungsgas 7 strömt aus der Gasverteilkammer 2 durch den Spalt 8 zwischen dem Nocken 5 und dem rinnenförmig auslaufenden Bereich der Strahleinströmungswand 3 in die Fluidisierungskammer 1. Durch Drehung des Nockens 5 kann die effektiv für das Hindurchströmen des Fluidisierungsgases 7 zur Verfügung stehende Querschnittsfläche durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Spaltes 8 verändert werden.
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Strömungsgeschwindigkeit und Menge des in die Fluidisierungskammer 1 eintretenden Fluidisierungsgases 7 können damit so gesteuert werden, dass eine stabile walzenförmige Strahlschicht innerhalb der Fluidisierungskammer 1 entsteht.
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Partikel des zu fluidisierenden Gutes, die infolge von Druckschwankungen nach unten durchfallen, sammeln sich in der rinnenfömig nach unten auslaufenden Strahleinströmungswand 3 und werden durch das Fluidisierungsgas 7 in die Strahlschicht zurückgetragen.
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Die Gestaltung des erfindungsgemäßen Nockens 5 verhindert weitgehend das Auftreten von Ablagerungen, die den Gaseintritt in die Fluidisierungskammer 1 behindern. Eventuell dennoch auftretende Ablagerungen lösen sich bei Drehung des Nockens 5.
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Durch Vermeidung von scharfkantigen Durchbrüchen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen werden Strömungsabrisse verringert, wodurch der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Gaszufuhr für Strahlschichtapparaturen erzeugte Druckverlust verringert wird.
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Wie in 4 gezeigt, kann durch die konstruktive Gestaltung des Nockens 5 dieser vollständig von der Strahleinströmungswand 3 und der Strahlrückströmungswand 4 gelöst werden, so dass der Nocken 5 zu Reinigungszwecken von allen Seiten erreichbar ist bzw. der Ein- oder Ausbau einfach durchzuführen ist.
