DE10230816A1

DE10230816A1 - Bearbeitung eines staubhaltigen Schüttgutes in einem Wirbelschichtapparat

Info

Publication number: DE10230816A1
Application number: DE2002130816
Authority: DE
Inventors: Camille Borer; Brent-Allen Culbert; Philipp Baumann; Andreas Christel
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-08-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kristallisation, Trocknung, Erhitzung oder Kühlung eines Schüttgutes, insbesondere eines Polykondensatschüttgutes, dem ein erhöhter Anteil an Staub anhaftet, sowie auf einen Wirbelschichtapparat zur Durchführung des Verfahrens. Bei einer derartigen Bearbeitung eines staubhaltigen Schüttgutes, insbesondere bei der Kristallisation eines Polykondensatschüttgutes, in dem Wirbelschichtapparat wird stets Staub vom Prozessgas mitgerissen. Wenn nun das Prozessgas im Kreislauf geführt, d. h. vom Prozessgasauslass des Wirbelschichtapparates zu dessen Prozessgas-Einlass rückgeführt wird, besteht die Gefahr, dass sich Staub am Trennboden-Lochblech des Wirbelschichtapparates ablagert und so die Löcher des Lochbleches zunehmend verstopft. Eine derartige Verstopfung des Trennboden-Lochbleches wird erfindungsgemäß verhindert, indem der Unterschied der elektrostatischen Aufladung zwischen den Staubpartikeln (72) vor ihrem Durchtritt durch den Trennboden (22; 42) und dem Trennboden des Wirbelschichtapparates reduziert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Kristallisation, Trocknung, Erhitzung oder Kühlung eines Schüttgutes, insbesondere eines Polykondensatschüttgutes, dem ein Anteil an Staub anhaftet, sowie auf einen Wirbelschichtapparat gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 17 zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem derartigen Verfahren in einem Wirbelschichtapparat wird das Polykondensatschüttgut mit dem anhaftenden Staub durch eine Schüttgut-Einlassöffnung dem Wirbelschichtapparat zugeführt und durch eine Schüttgut-Auslassöffnung aus dem Wirbelschichtapparat entfernt. Das Prozessgas wird durch eine Prozessgas-Einlassöffnung dem Wirbelschichtapparat zugeführt, durch das Polykondensatschüttgut hindurchgeführt und durch eine Prozessgas-Auslassöffnung aus dem Wirbelschichtapparat entfernt. Zwischen der Prozessgas-Einlassöffnung und der Schüttgut-Einlassöffnung befindet sich ein von einer Vielzahl von Löchern durchbrochener Trennboden, wobei die Grösse der Löcher so gewählt ist, dass sie den Durchtritt des Prozessgases ermöglichen und den Durchtritt des Polykondensatschüttgutes verhindern. Ein Teil des Staubes wird dabei mit dem Prozessgas aus der Prozessgas-Auslassöffnung des Wirbelschichtapparates ausgetragen. Üblicherweise wird zumindest ein Teil des staubhaltigen Prozessgases, das den Wirbelschichtapparat verlässt, im Kreislauf zu der Prozessgas-Einlassöffnung rückgeführt.
Bei einer derartigen Bearbeitung eines staubhaltigen Schüttgutes, insbesondere bei der Kristallisation eines Polykondensatschüttgutes, in dem Wirbelschichtapparat wird stets Staub vom Prozessgas mitgerissen. Wenn nun das Prozessgas im Kreislauf geführt, d.h. vom Prozessgasauslass des Wirbelschichtapparates zu dessen Prozessgas-Einlass rückgeführt wird, besteht die Gefahr, dass sich Staub am Trennbodenlochblech des Wirbelschichtapparates ablagert und so die Löcher des Lochbleches zunehmend verstopft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Verstopfung des Trennbodenlochbleches bei dem eingangs geschilderten Wirbelschichtapparat zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch die jeweiligen kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 15 verfahrensmässig bzw. vorrichtungsmässig gelöst.
Erfindungsgemäss wird der Unterschied der elektrostatischen Aufladung zwischen den Staubpartikeln vor ihrem Durchtritt durch den Trennboden und dem Trennboden des Wirbelschichtapparates reduziert. Wenn ein geringer Unterschied zwischen der jeweiligen, d.h. zum Teil positiven und zum Teil negativen, triboelektrischen Aufladung der Staubpartikel und der elektrischen Aufladung des Trennbodens besteht, sind die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen einem positiv oder negativ aufgeladenen Anteil Teil der Staubpartikel und dem ungeladenen oder ggf. entgegengesetzt, d.h. negativ bzw. positiv, zu diesem Teil der Staubpartikel aufgeladenen Trennboden gering, so dass nur geringe elektrostatische Anziehungskräfte zwischen diesem Teil der geladenen Staubpartikel und dem Trennboden wirken. Dieser Teil der geladenen Staubpartikel neigt daher kaum zur Haftung am Trennboden und wird im Prozessgasstrom abgeführt. Eine zunehmende Verstopfung der Löcher des Trennbodens wird dadurch wirkungsvoll vermieden. Der mit derselben Ladungsart aufgeladenene Anteil der Staubpartikel wird vom Trennboden abgestossen und stellt schon deshalb keine Verstopfungsgefahr für die Löcher des Trennbodens dar.
Die Reduktion der elektrostatischen Aufladung erfolgt zweckmässigerweise durch Ionisation des Prozessgases und/oder durch Zugabe von Feuchtigkeit. Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit des Prozessgases erhöht und die Entladung der elektrostatisch aufgeladenen Staubpartikel begünstigt. Es kann auch Feuchtigkeit zusammen mit dem Polykondensatschüttgut zugeführt werden.
Vorzugsweise führt man eine Entladung zumindest eines Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile des Wirbelschichtapparates durch, wobei die Ent ladung insbesondere durch Erdung des zumindest einen Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile des Wirbelschichtapparates erfolgt.
Durch die Reduktion der Aufladung der Staubpartikel und/oder die Entladung bestimmter Teile des Wirbelschichtapparates werden die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Staubpartikeln und den bestimmten Teilen des Wirbelschichtapparates stark verringert.
Zweckmässigerweise wird auch zumindest ein Anteil der im Prozessgas mitgeführten Staubpartikel aus dem Prozessgasstrom entfernt. Die Entfernung des Anteiles der Staubpartikel erfolgt vorzugsweise durch elektrostatische und/oder mechanische Staubabscheidung. Vorzugsweise erfolgt die Entfernung der Staubpartikel aus dem Prozessgas stromauf von dem Trennboden. Durch Entfernen eines Grossteiles der Staubpartikel wird die Verstopfungsneigung des Trennbodens noch weiter verringert.
Es ist aber auch vorteilhaft, die elektrostatische Aufladung des Polykondensatschüttgutes vor dessen Eintritt in den aktiven Raum des Wirbelbettapparates zu reduzieren. Dadurch wird sowohl einer Aufladung von Staubpartikeln im Prozessgas und einer Aufladung des Trennbodens, insbesondere auch einer temporären Aufladung des Trennbodens durch Influenz, entgegengewirkt. Ausserdem wird das Anhaften und Mitführen geladener Staubpartikel an den Schüttgutpartikeln erschwert. Somit kann von vornherein die Menge der in den Wirbelschichtapparat gelangenden Staubpartikel verringert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Trennboden zeitweilig elektrisch aufgeladen, während das Prozessgas durch die Löcher des Trennbodens hindurchtritt. Dadurch werden am Trennboden aufgrund elektrostatischer Anziehung haftende Staubpartikel abgestossen. Immer dann, wenn der Trennboden positiv aufgeladen wird, erfolgt eine Abstossung an ihm haftender positiv geladener Staubpartikel, und immer dann, wenn der Trennboden negativ aufgeladen wird, erfolgt eine Abstossung an ihm haftender negativ geladener Staubpartikel. Prinzipiell reicht auch eine Erdung ("Null-Ladung") des Trennbodens aus, um eventuell anhaftende positiv oder negativ geladene Staubpartikel vom Trennboden zu lösen. Eine akti ve Abstossung der Staubpartikel vom Trennboden durch dessen gleichnamige Aufladung ist aber wirkungsvoller und beseitigt auch zum Kleben neigende Staubpartikel sowie Staubpartikel an Stellen des Trennbodens, an denen sie vom Prozessgas oder der Schwerkraft nicht ohne weiteres entfernt werden, noch bevor es zu einer grösseren Ansammlung von Staubpartikeln und einer eventuellen Verklebung der Löcher kommt. Der Trennboden wird daher vorzugsweise abwechselnd elektrisch aufgeladen und geerdet, während das Prozessgas durch die Löcher des Trennbodens hindurchtritt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrische Aufladung des Trennbodens abwechselnd positiv und negativ ist.
Vorteilhafterweise werden dem strömenden Prozessgas im Bereich des Trennbodens Pulsationen überlagert, wobei die Pulsationen des Prozessgases im Bereich des Trennbodens synchron mit der abwechselnden positiven und negativen elektrischen Aufladung des Trennbodens erfolgen. Auf diese Weise lässt sich eine besonders "kraftvolle" Ablösung der anhaftenden Staubteilchen vom Trennboden erreichen.
Der erfindungsgemässe Wirbelschichtapparat weist Mittel auf zum Reduzieren des elektrostatischen Aufladungsunterschieds zwischen den Staubpartikeln vor ihrem Durchtritt durch den Trennboden und dem Trennboden. Zusätzlich kann er Mittel zur Ionisation des Prozessgases und/oder Mittel zur Zugabe von Feuchtigkeit aufweisen, wobei er vorzugsweise Mittel zur Zugabe von Feuchtigkeit an das Polykondensatschüttgut oder an das in den Wirbelschichtapparat eintretende Prozessgas aufweist.
Vorteilhafterweise weist der Wirbelschichtapparat Mittel auf zur Entladung zumindest eines Teiles seiner mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile, und zwar insbesondere Mittel zur Erdung zumindest einen Teiles seiner mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile.
Vorteilhafterweise weist der Wirbelschichtapparat aber auch Mittel auf zum Entfernen zumindest eines Anteils der im Prozessgas mitgeführten Staubpartikel aus dem Prozessgasstrom. Hierbei kann es sich um Mittel zur elektrostatischen Entfernung des Anteiles der Staubpartikel handeln. So kann z.B. stromauf von dem Trennboden in dem von dem Prozessgas durchströmten Volumenbereich eine gitterartige elektrisch leitende Anordnung vorgesehen sein, die elektrisch positiv oder negativ aufladbar oder erdbar ist. Es können auch Mittel zur mechanischen Entfernung des Anteiles der Staubpartikel, wie z.B. ein Zyklonabscheider, vorgesehen sein.
Zweckmässigerweise weist der Wirbelschichtapparat Mittel auf zur Entfernung der Staubpartikel aus dem Prozessgas stromauf von dem Trennboden, insbesondere in der Prozessgas-Rückführleitung zwischen dem Prozessgasauslass und dem Prozessgas-Einlass des Wirbelschichtapparates.
Weiterhin weist der Wirbelschichtapparat zweckmässigerweise Mittel auf zur Erhitzung oder Kühlung des Prozessgases stromauf von dem Trennboden, insbesondere in der Prozessgas-Rückführleitung zwischen dem Prozessgas-Auslass und dem Prozessgas-Einlass des Wirbelschichtapparates. Zur Kühlung können dafür Wärmetauscher eingesetzt werden, die von einem Kühlmedium durchströmt werden oder es wird zumindest ein Teil des Prozessgases durch kaltes Prozessgas ersetzt. Zur Erhitzung können dafür Erhitzer eingesetzt werden in denen das Prozessgas indirekt oder direkt erhitzt wird. Bei der indirekten Erhitzung können elektrische Erhitzer verwendet werden oder Wärmetauscher die von einem Heizmedium wie zum Beispiel Wärmeträgeröl oder Dampf durchströmt werden. Vorzugsweise wird die Oberflächentemperatur des Erhitzers der zum Erhitzen des Prozessgases verwendet wird geringer als die Schmelzetemperatur des Schüttgutes gehalten.
Vorteilhaft ist es, wenn der Wirbelschichtapparat Mittel aufweist zur Reduzierung der elektrostatischen Aufladung des Polykondensatschüttgutes noch vor dessen Eintritt in den aktiven Raum des Wirbelschichtapparates. Wie schon erwähnt, wird dadurch ermöglicht, sowohl einer Aufladung von Staubpartikeln im Prozessgas und einer Aufladung des Trennbodens, insbesondere auch einer temporären Aufladung des Trennbodens durch Influenz, entgegenzuwirken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemässen Wirbelschichtapparates weist dieser Mittel zur elektrischen Aufladung des Trennbodens auf, und zwar insbesondere Mittel zur abwechselnden elektrischen Aufladung und Erdung des Trennbodens, vorzugsweise zur abwechselnden positiven und negativen elektrischen Aufladung des Trennbodens.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Wirbelschichtapparates weist eine Beschichtung auf zumindest einem Teil der Unterseite des Trennbodens auf, wobei diese Beschichtung vorzugsweise geringe Haftfähigkeit für die Staubpartikel aufweist. Besonders vorteilhaft ist, wenn diese Beschichtung elektrisch leitfähig ausgerüstet ist. Dabei kann die oben beschriebene elektrische Aufladung auch über die Beschichtung erfolgen, wobei in einer Ausführung des erfindungsgemässen Wirbelschichtapparates eine nichtleitende Trennschicht zwischen dem Trennboden und der leitenden Beschichtung vorhanden ist.
Vorteilhafterweise sind bei dem Wirbelschichtapparat die Löcher des Trennbodens abgerundet ausgebildet, wobei vorzugsweise das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Löcher des Trennbodens und der Dicke des Trennbodens im Bereich von 3:1 bis 1:3 und insbesondere im Bereich von 2:1 bis 1:2 liegt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Abrundung eine möglichst gleichmässige Krümmung hat. Durch die gleichmässig gekrümmte Abrundung der Lochöffnung an der Oberseite und an der Unterseite des Trennboden-Lochblechs werden relativ spitze Kanten (90°-Kanten) vermieden, an denen sehr grosse lokale elektrische Feldstärken auftreten würden, wenn zwischen dem Lochboden und anderen Teilen des Wirbelschichtapparates oder zwischen dem Lochboden und geladenen "Staubwolken" Potentialdifferenzen vorhanden sind. Im Bereich solcher Kanten oder Spitzen hätte man daher mit einer sehr starken Anziehung geladener Staubpartikel durch das Lochblech zu rechnen, und es könnten ganze "Nester" anhaftender Staubpartikeln entstehen. Dies wird aber durch die Abrundung der Löcher im Lochboden und die Vermeidung sonstiger Kanten am Lochboden verhindert.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Löcher des Trennbodens an ihrer oberen Seite und an ihrer unteren Seite jeweils eine konische Aufweitung haben und in ihrem Innern zylindrisch sind, wobei die obere und die untere konische Aufweitung der Löcher vorzugsweise jeweils 45% zur Vertikalen oder zur Horizontalen geneigt ist. Diese fertigungstechnisch besonders einfache Variante verhindert auch das Auftreten hoher elektrischer Felder im Bereich der Löcher.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Löcher des Trennbodens und der Dicke des Trennbodens im Bereich von 3:1 bis 1:3 und insbesondere im Bereich von 2:1 bis 1:2.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter, allerdings nicht einschränkend aufzufassender Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:
1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wirbelschichtapparates ist;
2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wirbelschichtapparates ist;
3 eine Schnittansicht eines Teils eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wirbelschichtapparates ist; und
4 eine vergrösserte Schnittansicht der in 3 eingekreisten Einzelheit ist.
Bei dem in 1 dargestellten Wirbelbett handelt es sich um ein Sprudelbett 1 mit einem Behälter 21, der unten mit einem Lochboden 22 versehen ist, dem der Strom 9 des Behandlungsgases bzw. Prozessgases zugeführt wird. Das Abgas 10 entweicht oben und wird im Rundlauf zurückgeführt (nicht gezeigt).
Der Granulatstrom 4 gelangt durch ein Fallrohr in den Behälter 21. Der Strom 5 des behandelten Granulats tritt aus dem Behälter 21 durch einen Austragsspalt 25 aus, dessen oberer Rand 27 durch eine vertikal einstellbare Platte 28 gebildet ist, und dessen unterer Rand 29 durch eine vertikal einstellbare Platte 30 gebildet ist. Damit sind die Höhenlage und die Breite des Spaltes einstellbar. Zwischen der durch den Auslass 31 des Fallrohres 23 gebildeten Zufuhrstelle und dem Austragsspalt 25 ist eine vertikale Trennwand 32 angeordnet, um zu vermeiden, dass Granulatkörner direkt von der Zufuhrstelle zum Austragsspalt 25 springen.
Ungefähr auf der Höhe des Austragsspaltes 25 erweitert sich der Behälter 21 in einen Übergangsteil 33, der zum Oberteil 34 führt. Damit verringert sich die Geschwindigkeit des Behandlungsgases, so dass mitgerissene Körner in die Wirbelschicht zurückfallen.
Der aktive Teil des Wirbelbettes im Behälter 21 hat eine Länge L1, die in der horizontalen Richtung innerhalb des Behälters 21 gemessen wird. Seine Höhe H1 wird zwischen dem Lochboden 22 und dem unteren Rand 29 des Austragsspaltes 25 gemessen.
Im Bereich des Prozessgas-Einlasses ist eine Ionisationsvorrichtung 36 angebracht, mit der das in den Wirbelschichtapparat einströmende Prozessgas 9 ionisiert wird. Dadurch wird das Prozessgas 9 leitend und ermöglicht eine Entladung der in ihm mitgeführten ggf. aufgeladenen Staubpartikel 72 (siehe 3). Somit gelangen vorwiegend entladene Staubpartikel oder Staubpartikel mit einer relativ geringen elektrostatischen (Rest-)Aufladung an den Lochboden 22.
In der Nähe des elektrisch leitenden Lochbodens 22 ist der elektrisch leitende Behälter 21 mit einer Erdung 37 verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass sich der Lochboden 22 stets auf Null-Potential befindet.
Sowohl durch die Ionisation als auch durch die Erdung an sich, vorzugsweise aber durch deren Kombination wird eine wirkungsvolle Reduzierung des elektrostatischen Aufladungsunterschiedes zwischen den Staubpartikeln 72 und dem Lochboden 22 erzielt.
Im Bereich des Schüttgut-Einlasses befindet sich in dem Fallrohr 23 eine Befeuchtungsvorrichtung 38, mit der das in den Wirbelschichtapparat als Granulatstrom eingeleitete Schüttgut 4 befeuchtet wird. Diese Feuchtigkeit wird dann in dem gesamten Wirbelschichtapparat verteilt. Wie die Ionisation bewirkt auch die Befeuchtung eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Prozessgases und trägt somit zu der angestrebten Reduzierung des elektrostatischen Aufladungsunterschiedes zwischen den Staubpartikeln 72 und dem Lochboden 22 bei.
Bei dem in 2 dargestellten Wirbelbett handelt es sich um ein Fliessbett 2 mit einem kanalförmigen Behälter 41, der unten mit einem Lochboden 42 versehen ist, dem der Strom 11 des Behandlungsgases bzw. Prozessgases zugeführt wird. Das Abgas 12 entweicht oben und wird ebenfalls im Rundlauf zurückgeführt (nicht gezeigt).
Der Strom 11 des Behandlungsgases wird über eine durch einen Motor 45 und einen Riementrieb 46 angetriebene drehende Klappe 48 geleitet, die eine Gaspulsation erzeugt. Die Klappe 48 kann auch mehrfach vorgesehen werden (nicht gezeigt), damit verschiedene Teile des Lochbodens 42 mit zeitlich verschobenen Gaspulsationen beaufschlagt werden können.
Der Granulatstrom 5 gelangt durch einen Einlauf 51 in den Behälter 41. Der Strom 6 des behandelten Granulates tritt aus dem Behälter 41 über ein Wehr 52, dessen oberer Rand 54 durch eine schräg einstellbare Platte 55 gebildet ist, die mittels eines Scharniers um die horizontale Achse 56 schwenkbar ist. Damit ist die Höhenlage des Wehres 52 einstellbar.
Der aktive Teil des Wirbelbettes im Behälter 41 hat eine Länge L2, die zwischen der am Einlauf 51 angrenzenden Wand 58 und dem Wehr 52 gemessen wird. Die Höhe H2 wird zwischen dem Lochboden 42 und dem oberen Rand des Wehres 52 gemessen.
Im Bereich des Prozessgas-Einlasses ist auch hier eine Ionisationsvorrichtung 61 angebracht, mit der das in den Wirbelschichtapparat einströmende Prozessgas 11 ionisiert wird. Dadurch wird das Prozessgas 11 leitend und ermöglicht eine Entladung der in ihm mitgeführten ggf. aufgeladenen Staubpartikel 72 (siehe 3). Somit gelangen auch hier vorwiegend entladene Staubpartikel oder Staubpartikel mit einer relativ geringen elektrostatischen (Rest-)Aufladung an den Lochboden 42.
Der elektrisch leitende Lochboden 42 ist an dem elektrisch leitenden Behälter 41 mittels Isolatoren 62, 63 befestigt und somit gegenüber dem Behälter 41 elektrisch isoliert angeordnet. Der Lochboden 42 ist aber über eine Leitung 64 und eine Spannungsquelle 65 mit verstellbarer Spannung mit der Erde verbunden. Dadurch wird eine gezielte, vor zugsweise abwechselnd, positive oder negative Aufladung des Lochbodens 42 ermöglicht, um positiv bzw. negativ aufgeladenen Staubpartikel 72 abzustossen.
Sowohl durch die Ionisation als auch durch die abwechselnde Aufladung des Lochbodens 42 an sich, vorzugsweise aber durch deren Kombination wird eine wirkungsvolle Reduzierung des elektrostatischen Aufladungsunterschiedes zwischen den Staubpartikeln 72 und dem Lochboden 42 erzielt, und zwar abwechselnd für positiv geladene und negativ geladene Staubpartikel.
Einen weiteren Beitrag zur Vermeidung einer Verstopfung der Löcher des Lochbodens 42 leisten die weiter oben erwähnten Gaspulsationen v(t), die dem Prozessgasstrom überlagert werden, wobei v eine zeitlich variable Gasgeschwindigkeit der Pulsation ist. Sie sind besonders wirkungsvoll, wenn sie synchron mit den abwechselnden positiven und negativen Aufladungen u(t) des Lochbodens 42 den Lochboden erreichen. Dann fallen die maximale Blaswirkung der Prozessgas-Geschwindigkeit am Lochboden 42 und die maximale Abstossung für jeweils einen Teil der am Lochboden 42 anhaftenden Staubpartikel zeitlich und örtlich zusammen, wodurch eine maximale "Reinigungswirkung" des Lochbodens erzielt wird. Neben einem synchronen sinusförmigen Verlauf von v(t) und u(t) an den jeweiligen Stellen des Lochbodens 42 sind auch zeitliche Verläufe in Form von Rechteckimpulsen, Sägezahnimpulsen oder Dreieckimpulsen für den jeweiligen zeitlichen Verlauf u(t) der Aufladung des Lochbodens und der Gaspulsationen v(t) am Lochboden möglich. Aufgrund der mechanischen Erzeugung der Gaspulsationen (Trägheit der Klappe 48) ist ein sinusförmiger Verlauf für v(t) besonders vorteilhaft, während bei der elektrischen Erzeugung der Aufladungen des Lochbodens (praktisch keine Trägheit der Spannungsquelle 65) eine Rechteckspannung, Sägezahnspannung oder Dreieckspannung für u(t) zweckmässig sind. Besonders vorteilhaft ist aber der zeitliche Verlauf der Rechteckspannung, da hier praktisch immer maximale Abstossungskräfte zwischen den Staubpartikeln 72 und dem Lochboden 42 herrschen.
3 ist eine schematische Veranschaulichung der Verhältnisse am Lochboden 22 bzw. 42. Wenn der erfindungsgemässe Wirbelschichtapparat in Betrieb ist, befinden sich oberhalb des Lochbodens 22 bzw. 42 fluidisierte Granulatpartikel 71 des Schüttgutes zusammen mit den mitgeführten Staubpartikeln 72. Die im Strom des Behandlungs gases mitgeführten Staubpartikel 72 werden durch mindestens eine der folgenden Verfahrens-Massnahmen vom Lochboden 22, 42 ferngehalten:

– elektrostatisches oder mechanisches Abscheiden/Entfernen von Staubpartikeln aus dem Wirbelschichtapparat oder der Rückführleitung
– zumindest zeitweiliges Erhöhen der Leitfähigkeit des Behandlungsgases (Ionisation, Befeuchten);
– abwechselndes positives und negatives Aufladen des Lochbodens;
– Pulsieren des Prozessgasstroms, vorzugsweise synchron mit Aufladungszyklus des Lochbodens.

4 zeigt eine bauliche Massnahme am Lochboden 22 wonach die Löcher 24 des Lochbodens abgerundet ausgebildet sind. Diese Abrundungen 22a haben eine einheitliche Krümmung, um örtliche Krümmungsmaxima zu vermeiden, an denen besonders grosse Feldstärken und somit grosse elektrische Anziehungskräfte zwischen geladenen Staubpartikeln 72 und dem Lochboden 22 auftreten können.
Alternativ ist anstelle der Abrundungen 22a auch eine nur "angenäherte Abrundung" (nicht gezeigt) durch konisches Aufweiten der Löcher 24 von oben und von unten möglich, die fertigungstechnisch besonders einfach realisierbar sind und dennoch keine übermässig grossen Feldstärken an den "stumpfen Aussenkanten" (> 90°) hervorrufen. Besonders vorteilhaft ist eine konische 45%-Aufweitung jedes Loches 24 von oben und von unten, so dass die Oberfläche des Lochbodens im Bereich jedes aufgeweiteten Loches von der oberen ebenen Fläche des Lochbodens erst über die obere konische Fläche des Loches, dann über die zylindrische Fläche im Innern des Loches und schliesslich über die untere konische Fläche des Loches in die untere ebene Fläche des Lochbodens übergeht. Anstelle der Abrundung 22a hat man dann vier Kanten mit einem jeweiligen Aussenwinkel von 225%.
Diese baulichen Massnahmen unterstützen die oben geschilderten Verfahrensmassnahmen zur Befreiung bzw. Freihaltung der Lochböden 22, 42 von Staubteilchen, um einer Verstopfung der Löcher 24 vorzubeugen.

Claims

Verfahren zur Kristallisation, Trocknung, Erhitzung oder Kühlung eines Schüttgutes, insbesondere eines Polykondensatschüttgutes, dem ein Anteil an Staub anhaftet, in einem Wirbelschichtapparat, wobei – das Polykondensatschüttgut mit dem anhaftenden Staub durch eine Schüttgut-Einlassöffnung dem Wirbelschichtapparat zugeführt und durch eine Schüttgut-Auslassöffnung aus dem Wirbelschichtapparat entfernt wird; – das Prozessgas durch eine Prozessgas-Einlassöffnung dem Wirbelschichtapparat zugeführt, durch das Polykondensatschüttgut hindurchgeführt und durch eine Prozessgas-Auslassöffnung aus dem Wirbelschichtapparat entfernt wird; – sich zwischen der Prozessgas-Einlassöffnung und der Schüttgut-Einlassöffnung ein von einer Vielzahl von Löchern durchbrochener Trennboden befindet, wobei die Grösse der Löcher so gewählt ist, dass sie den Durchtritt des Prozessgases ermöglichen und den Durchtritt des Polykondensatschüttgutes verhindern; – ein Teil des Staubes mit dem Prozessgas aus der Prozessgas-Auslassöffnung des Wirbelschichtapparates ausgetragen wird; – zumindest ein Teil des staubhaltigen Prozessgases, das den Wirbelschichtapparat verlässt, im Kreislauf zu der Prozessgas-Einlassöffnung rückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der elektrostatischen Aufladung zwischen den Staubpartikeln vor ihrem Durchtritt durch den Trennboden und dem Trennboden reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der elektrostatischen Aufladung durch Ionisation des Prozessgases erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der elektrostatischen Aufladung durch Zugabe von Feuchtigkeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Feuchtigkeit zusammen mit dem Polykondensatschüttgut erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entladung zumindest eines Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile des Wirbelschichtapparates erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung durch Erdung des zumindest einen Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile des Wirbelschichtapparates erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil der im Prozessgas mitgeführten Staubpartikel aus dem Prozessgasstrom entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Anteiles der Staubpartikel elektrostatisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Anteiles der Staubpartikel mechanisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Staubpartikel aus dem Prozessgas stromauf von dem Trennboden erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Kreislauf des Prozessgases vor der Prozessgas-Einlassöffnung des Wirbelschichtapparates ein Erhitzer befindet, dessen maximale Oberflächentemperatur einen Wert T max. nicht überschreitet, wobei T max. unterhalb der Schmelzetemperatur des Schüttgutes liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrostatische Aufladung des Polykondensatschüttgutes vor dessen Eintritt in den aktiven Raum des Wirbelbettapparates reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennboden zeitweilig elektrisch aufgeladen wird, während das Prozessgas durch die Löcher des Trennbodens hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennboden abwechselnd elektrisch aufgeladen und geerdet wird, während das Prozessgas durch die Löcher des Trennbodens hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erfolgende elektrische Aufladung des Trennbodens abwechselnd positiv und negativ ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem strömenden Prozessgas im Bereich des Trennbodens Pulsationen überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationen des Prozessgases im Bereich des Trennbodens synchron mit der abwechselnden positiven und negativen elektrischen Aufladung des Trennbodens erfolgen.
Wirbelschichtapparat zur Kristallisation, Trocknung, Erhitzung oder Kühlung eines Polykondensatschüttgutes, dem ein Anteil an Staub anhaftet, unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit – einer Schüttgut-Einlassöffnung, durch die das Polykondensatschüttgut mit dem anhaftenden Staub dem Wirbelschichtapparat zugeführt wird, und einer Schüttgut-Auslassöffnung, durch die das Polykondensatschüttgut aus dem Wirbelschichtapparat entfernt wird; – einer Prozessgas-Einlassöffnung, durch die ein Prozessgas dem Wirbelschichtapparat zugeführt wird, und einer Prozessgas-Auslassöffnung, durch die das Prozessgas aus dem Wirbelschichtapparat entfernt wird; – einem zwischen der Prozessgas-Einlassöffnung und der Schüttgut-Einlassöffnung angeordneten Trennboden, der von einer Vielzahl von Löchern durchbrochen ist, wobei die Grösse der Löcher so gewählt ist, dass sie den Durchtritt des Prozessgases ermöglichen und den Durchtritt des Polykondensatschüttgutes verhindern; – einem Prozessgas-Rückführkanal, durch den zumindest ein Teil des staubhaltigen Prozessgases, das den Wirbelschichtapparat verlässt, im Kreislauf zu der Prozessgas-Einlassöffnung rückgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelschichtapparat Mittel (36, 37, 38; 61, 62, 63, 64, 65) aufweist zum Reduzieren des elektrostatischen Aufladungsunterschieds zwischen den Staubpartikeln (72) vor ihrem Durchtritt durch den Trennboden und dem Trennboden (22; 42).
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (36; 61) zur Ionisation des Prozessgases (9; 11) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (38) zur Zugabe von Feuchtigkeit aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (38) zur Zugabe von Feuchtigkeit an das Polykondensatschüttgut (4) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zur Entladung zumindest eines Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile des Wirbelschichtapparates aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (37) zur Erdung zumindest einen Teiles der mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Teile (21, 22) des Wirbelschichtapparates aufweist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zum Entfernen zumindest eines Anteils der im Prozessgas (9; 11) mitgeführten Staubpartikel (72) aus dem Prozessgasstrom aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zur elektrostatischen Entfernung des Anteiles der Staubpartikel aufweist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich vor der Prozessgas-Einlassöffnung im Kreislauf des Prozessgases ein Erhitzer befindet, dessen maximale Oberflächentemperatur einen Wert T max. nicht überschreitet, wobei T max. unterhalb der Schmelzetemperatur des Schüttgutes liegt.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass er im stromauf von dem Trennboden (22; 42) in dem von dem Prozessgas (9; 11) durchströmten Volumenbereich eine gitterartige elektrisch leitende Anordnung aufweist, die elektrisch positiv oder negativ aufladbar oder erdbar ist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel zur mechanischen Entfernung des Anteiles der Staubpartikel (72) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Zyklonabscheider ist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel aufweist zur Entfernung der Staubpartikel (72) aus dem Prozessgas (9; 11) stromauf von dem Trennboden (22; 42).
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (38) aufweist zur Reduzierung der elektrostatischen Aufladung des Polykondensatschüttgutes (4) vor dessen Eintritt in den aktiven Raum des Wirbelschichtapparates.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (65) zur elektrischen Aufladung des Trennbodens (42) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (65) zur abwechselnden elektrischen Aufladung und Erdung des Trennbodens (42) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (65) zur abwechselnden positiven und negativen elektrischen Aufladung des Trennbodens (42) aufweist.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (24) des Trennbodens (22) abgerundet (22a) ausgebildet sind.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 19 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (24) des Trennbodens (22) an ihrer oberen Seite und an ihrer unteren Seite jeweils eine konische Aufweitung haben und in ihrem Innern zylindrisch sind.
Wirbelschichtapparat nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der oberen und der unteren konischen Aufweitung der Löcher (24) jeweils 45% zur Vertikalen oder zur Horizontalen beträgt.
Wirbelschichtapparat nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Löcher (24) des Trennbodens (22) und der Dicke des Trennbodens im Bereich von 3:1 bis 1:3 und insbesondere im Bereich von 2:1 bis 1:2 liegt.