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Verfahren zum Überziehen von körnigen Stoffen in Drehtrommeln Die
Aufgabe, wäßrige Lösungen einzudampfen oder Schmelzen, beispielsweise von Hydraten,
zu trocknen oder zu calcinieren und in körnige Produkte überzuführen, stellt sich
in der Technik sehr häufig.
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Dabei geht man oft so vor, daß ein fester Träger in einer von außen
beheizten Trommel mit verhältnismäßig konzentrierten Lösungen oder Schmelzen besprüht
wird und durch die zugeführte Wärme das Lösungsmittel verdampft oder die betreffende
Substanz calciniert wird. Da die Raumzeitausbeute solcher Einrichtungen gering ist,
hat man auch schon vorgeschlagen, das Trägerbett aus körnigen Stoffen, auf das die
Lösungen oder Schmelzen aufgespritzt werden, unmittelbar mit einer Flamme oder hocherhitzten
Gasen zu beheizen. Diese Arbeitsweise führt zwar schon zu einer erheblichen Steigerung
der Raumzeitausbeute im Vergleich zu dem Verfahren mit indirekter Beheizung des
Trägerbettes. Der Beheizung durch eine einzige das Bett überstreichende Flamme haften
aber noch die folgenden erheblichen Mängel an: Die Verbrennung der gasförmigen oder
flüssigen Brennmaterialien erfolgt beispielsweise bei Verwendung eines Drehrohrofens
meist in einer der Drehtrommel vorgebauten Brennkammer, die mit feuerfestem Material
ausgekleidet ist. Die dabei erzielten hohen Verbrennungstemperaturen können häufig
nicht voll ausgenutzt werden, weil das zu örtlichen Überhitzungen führt, wobei die
durch Aufsprühen von Lösungen hergestellten Salze aufschmelzen, Verbackung eintritt
und so schon nach kurzer Zeit der kontinuierliche Betrieb des Ofens behindert wird.
Die Korrosionsbeanspruchung der Ofenauskleidung, der Sprühdüsen und der sonstigen
Ofeneinbauten durch die heißen Verbrennungsgase und durch örtliches Schmelzen der
Salze ist außerordentlich hoch, so daß zum Teil hochwertigste und damit sehr kostspielige
Werkstoffe eingesetzt werden müssen. Die Schwierigkeiten, die sich durch die örtliche
Überhitzung ergeben, hat man durch die Zufuhr von Sekundärluft zu verringern versucht,
was jedoch zu einer beträchtlichen Senkung des Wärmewirkungsgrades führt. Auch sind
die Wärmeverluste durch Abstrahlung der Brennkammer und des ihr benachbarten Ofenteils
recht beachtlich. Außerdem sind durch das bei vorgebauter Brennkammer im Innern
des Ofens auftretende große Temperaturgefälle keine gleichmäßigen Einspritzungen
über die ganze Ofenlänge hin möglich, sondern die Leistung wird zum Ofenende hin
sehr gering.
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Es wurde nun gefunden, daß sich alle diese Schwierigkeiten vermeiden
lassen und sich die Leistung gegenüber dem alten Prinzip auf das Dop-
pelte bis Vierfache
steigern läßt, wenn das Überziehen von körnigen Stoffen in Drehtrommeln durch Aufsprühen
von wasserhaltigen Lösungen oder Schmelzen anorganischer Substanzen auf ein durch
Flammeneinwirkung direkt aufgeheiztes Bett von körnigen Stoffen gleicher oder verschiedener
Art so vorgenommen wird, daß die Beheizung durch eine größere Anzahl von einzelnen
Flammen erfolgt, deren Austrittsöffnungen über die ganze oder einen wesentlichen
Teil der Länge des Materialbettes ver teilt sind.
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Die unmittelbar auf das Material zu richtenden Heißgasströme oder
Flammen können durch einzelne Düsen bzw. Brenner oder Brennergruppen (Reihenbrenner)
erzeugt werden, wobei die Zuführung von Brennmaterial - es kann mit flüssigen sowie
mit gasförmigen Brennstoffen gearbeitet werden - und Primärluft zu jedem Brenner
separat erfolgen kann und jeder Brenner für sich regelbar ist. Die Brenner können
jedoch auch gemeinsame Zuleitungen haben, die gleichzeitig als Träger für die Brenner
fungieren.
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Die Zuleitungen können nebeneinander oder konzentrisch ineinander
angeordnet sein und außerhalb des Drehrohrofens bzw. der Drehtrommel zu Ringleitungen
zusammengeschlossen werden oder können an beliebiger Stelle in der Drehtrommel in
zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt sein, wobei dann die Zuführungen in jedem
Abschnitt getrennt erfolgen können. Auch ist durch verschiedene Gruppierung oder
Dimensionierung der Düsen oder Brenner oder
durch beide Maßnahmen
die Möglichkeit gegeben, die Materialtemperatur an jeder Stelle in der Drehtrommel
weitgehend den Erfordernissen des zu verarbeitenden Materials anzupassen und so
örtliche Überhitzungen und ein Verbacken des Materials und Zusetzen des Ofens zu
vermeiden.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, als Gefäß zum Eindampfen, Trocknen
oder Calcinieren eine Drehtrommel bzw. einen Drehrohrofen zu verwenden, bei dem
das Brennerrohr oder der Träger, an dem die Brenner befestigt sind, durch den ganzen
Ofen und vorteilhaft auch noch durch das Auslaufgehäuse und den den Ofen am anderen
Ende abschließenden Kopfteil hindurch reicht. Es ist vorteilhaft, dieses Trägerrohr
außerhalb des Ofens so zu lagern, daß es leicht, auch während der Ofen in Betrieb
ist, gedreht, gehoben und seitlich verschoben werden kann, um einen optimalen Abstand
zwischen Brennern und Material zu erzielen.
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Das vorgelegte Bett aus körnigem Material und die einzudampfende
Lösung oder die zu trocknende oder zu calcinierende Schmelze können entweder von
gleicher oder auch von verschiedener stofflicher Zusammensetzung sein. Ein Beispiel
für das Überziehen der vorgelegten Körner mit der stofflich gleichen Substanz ist
die bekannte Herstellung von granuliertem Calciumchlorid oder Magnesiumchlorid.
Das Überziehen des Trägermaterials mit einer stofflich anderen Substanz wird beispielsweise
bei der Herstellung von Katalysatoren angewandt, bei denen häufig ein indifferentes
Trägermaterial mit den katalytisch wirksamen Substanzen überzogen wird. Die wesentlichen
Vorzüge dieses Verfahrens sind höhere Verdampfungsleistung des Ofens, höherer Wännewirkungsgrad
infolge Wegfallens der Sekundärluft und verringerter Wärmeabstrahlung, verminderter
Platzbedarf und besserer Einblick in den Ofen durch Fortfall der Brennkammer sowie
gleichmäßige Verteilung bzw. Regelbarkeit der Temperaturen in den verschiedenen
Ofenzonen.
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Beispiel 1 In einem Drehrohrofen von 7,5 m Länge und 1,5 m Durchmesser,
der mit Blechen aus rostfreiem Stahl ausgekleidet ist, werden 1,5 t granuliertes
Chlorcalcium mit mindestens 750/0 CaCl2 eingefüllt, wobei dieses Chlorcalciumbett
eine Tiefe von 30 bis 50 cm erreicht. Das Material wird durch vierzig direkt darauf
gerichtete Flammen über die ganze Ofenlänge gleichmäßig erhitzt. Es werden Flammentemperaturen
von etwa 1600 bis 19000 C erreicht.
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Die Beheizungseinrichtung besteht aus zwei konzentrisch ineinanderliegenden,
durch den Ofen hindurchgeführten Rohren, die den vierzig Brennern Heizgas
und Luft
von beiden Rohrenden her zuführen. Bei Verwendung von Wasserstoff als Heizgas werden
mit etwa 350 m3 je Stunde aus 300/oiger Chlorcalciumlösung etwa 550 kg Wasser je
Stunde verdampft. Die Verdampfungsleistung fällt bei sonst gleichen Verhältnissen
für 500/oige Chlorcalciumlösung auf etwa 500 kg je Stunde, so daß die einzuspritzende
Menge je nach Konzentration zwischen 615 und 660 1 je Stunde beträgt. Die Lösung
wird durch zehn Düsen, die an einer gemeinsamen, durch den Ofen hindurchgelegten
Druckleitung sitzen, gleichmäßig auf das Material aufgesprüht, wobei bei kontinuierlichem
Austrag von granuliertem Calciumchlorid nur der letzte Meter des Materialbettes
vor dem Ofenaustrag nicht mit Chlorcalciumlösung besprüht wird. Das sehr rasch auftrocknende
Chlorcalcium überzieht das vorgelegte Material, wobei sich kugelförmige Körper bilden,
deren Dicke zum Ofenaustrag hin zunimmt.
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Gleichzeitig bildet sich aus dem Abrieb und abplatzenden Kugelschalenteilchen
neues Kleinmaterial.
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Das Erzeugnis besteht aus Stücken von 1 bis etwa 40 mm Durchmesser
und enthält weniger als 0,50/0 Wasser. Es kann auch mit weniger als 0,1 o Wasser
erhalten werden. Die Abgase verlassen den Ofen mit 150 bis 2000 C. Der Ofen kann
bei richtiger Bemessung von Beheizung und Einspritzung der Lösung mehrere Wochen
ohne Auswaschen betrieben werden.
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Beispiel 2 In dem im Beispiel 1 beschriebenen Drehrohrofen wird in
der gleichen Weise Chlormagnesiumlauge zu hochkonzentriertem oder wasserfreiem Festprodukt
verarbeitet. Die Verdampfungsleistung beträgt etwa 100/o weniger als für eine Chlorcalciumlösung
der gleichen Konzentration.