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Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffen aus Gasen In der Technik
sind zahlreiche Verfahren bekannt, bei denen körnige Feststoffe wie Schüttgut, Staub
usw. zu Reaktionsgefäßen transportiert bzw. im Kreis geführt werden. Die Feststoffe
können dabei als Wärmeträger zur Einbringung der notwendigen Reaktionswärme oder
als Katalysatoren dienen. Bei vielen dieser Verfahren, beispielsweise bei der thermischen
oder katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, durchlaufen die Feststoffe
die Reaktionszone gewöhnlich unter der Wirkung der Schwerkraft in kompakter Schüttung.
Hier findet die gewünschte Reaktion statt. Danach gelangen die Teilchen an einen
Regenerator, wo sie erneut aufgeheizt und vor allen bei der Reaktion entstandenen
Koksbelägen durch Abbrennen befreit werden.
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Gewöhnlich sind die Reaktionsapparate vertikal übereinander angeordnet.
Werden die Feststoffe im Kreis geführt, so müssen sie hierbei oft über eine große
Höhe mittels eines Trägergases senkrecht nach oben befördert werden. Dies geschieht
in der Regel auf pneumatischem Wege durch sogenannte Gaslifte.
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Das Liftrohr endet in einem Auffangbehälter. Hier werden die Feststoffe
vom Trägergas getrennt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Auffangbehälter einen
größeren Durchmesser aufweist als das in ihn von unten hineinragende Liftrohr. Dadurch
sinkt die Gasgeschwindigkeit im Behälter weit unter die Schwebegeschwindigkeit der
Feststoffteilchen. Die Teilchen werden daher nicht mehr vom Gas getragen und fallen
nach unten auf eine zusammenhängende Schüttung von abwärts wanderndem Feststoff.
Das Gas wird am oberen Ende des Auffangbehälters abgezogen und gelangt von dort
in einen Zyklonabscheider, wo durch Abrieb gebildetes Feinkorn abgeschieden wird.
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Die Feststoffteilchen steigen mit dem Gasstrom im Auffangbehälter
infolge ihrer kinetischen Energie über das obere Ende des Liftrohres hinaus nach
oben, erreichen den Scheitelpunkt ihrer Bahn und gelangen dann im freien Fall auf
die Schüttung. In technischen Anlagen erreichen die Teilchen Scheitelhöhen von einigen
Metern über dem Liftrohrende.
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Nachteilig hierbei ist, daß die Teilchen beim Aufprall auf die Schüttung
leicht zerbrechen. Oft haben sie eine regelmäßige Form, z. B. eine Kugelform mit
einem Durchmesser bis zu mehreren Millimetern. Zerbrochene Teilchen stören aber
den Ablauf der Produktion vor allem dann, wenn ihr Anteil hoch ist.
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Eine solche Störung kann sich etwa dadurch ergeben, daß sie die zerbrochenen
Teilchen in der Reaktionszone an bestimmten, durch die Strömung vorgegebenen Stellen
anreichern. Die Anreicherung bewirkt unterschiedliche Verweilzeiten der gasförmigen
Reaktionsprodukte und damit eine schlechte Ausbeute.
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Daher muß der Anteil an zerbrochenem Feststoff häufig durch frisches
Material ersetzt werden, wodurch aber die Wirtschaftlichkeit derartiger Fließbettanlagen
beeinträchtigt wird.
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Es sind zahlreiche Maßnahmen und Vorrichtungen bekannt, die zur Behebung
dieser Schwierigkeiten dienen sollen. Allen diesen Vorrichtungen ist gemeinsam,
daß die Strecke, die die Teilchen im freien Fall durchlaufen, erheblich vermindert
wird. Bei den weitaus meisten Vorrichtungen geschieht das dadurch. daß der Fallweg
im Auffangbehälter durch geeignete Auffangbleche unterteilt wird. Es zeigte sich
nämlich. daß der Bruch mit abnehmender Fallhöhe stark zurückgeht und bei Fallhöhen
unter 0,5 mm nur noch geringfügig ist.
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Eine Schwierigkeit bei dem Entwurf einer derartigen Vorrichtung stellt
die richtige Bemessung der Auffangbleche in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe
über dem Liftrohr dar. Die Auffangbleche dürfen einerseits nicht in den aufsteigenden
Teilchenstrom hineinragen, da die Teilchen sonst mit großer Wucht von unten her
gegen die Auffangbleche prallen.
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Andererseits darf man diese nicht zu weit zurückziehen, da sonst ein
zu großer Prozentsatz der Teilchen zurückfällt, ohne auf ein Auffangblech zu gelangen.
Vielmehr sollten die Auffangbleche gerade den aufsteigenden Teilchenstrom umhüllen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von
Feststoffen wie körnigem Schüttgut oder Staub aus Gasen, bestehend aus einem zylindrischen
Auffangbehälter, in dessen unterer Öffnung ein zentrales Zuführungsrohr für das
Gut-Gas-
Gemisch in Achsenrichtung angeordnet ist, und aus mehreren
übereinander befestigten, ringförmigen, in der Mitte mit kreisförmigen Löchern ausgestatteten,
mit Zwischenraum von der Innenwand des Auffangbehälters endenden und nach außen
konisch verlaufenden Auffangblechen mit zwischen diesen liegenden, mit dem Mantel
des Auffangbehälters verbundenen, horizontalen Kreisringblechen zur Aufnahme der
nach unten fallenden Feststoffteilchen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Schwierigkeiten
bei der Abscheidung der Feststoffe aus dem Gas zu beseitigen, indem der aufsteigende
Teilchenstrom von den Auffangblechen gerade umhüllt wird. Hierfür ist die erfindungsgemäße
Ausbildung darin zu sehen, daß die inneren Durchmesser der ringförmigen Auffangbleche
im Axialschnitt eine nach oben hin geöffnete, symmetrisch zur Mittelachse verlaufende
Parabel bilden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Parabel,
auf der die inneren Durchmesser der ringförmigen Auffangbleche liegen, nachstehender
Gleichung genügen: x = i (A s B ity -t d/4).
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In dieser Gleichung bedeutet x den senkrechten Abstand von der Achse
des Behälters in m, A eine Konstante von der Dimension einer Geschwindigkeit (m/s),
deren Wert zwischen 0,2 und 0,4, bevorzugt bei 0,3 liegen soll, B eine weitere Konstante
vom Wert 112g, wobei g die Erdbeschleunigung im Wert von 9,81m/sec2 darstellt, y
den Abstand der Mittelöffnung des jeweiligen Auffangbleches über dem oberen Ende
des Zuführungsrohres (Gaslift) in m und d den Durchmesser des Zuführungsrohres in
m.
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Der innere Durchmesser D eines Auffangbleches beträgt 2x und steht
somit in Abhängigkeit von der Höhe y über dem Ende des Zuführungsrohres.
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Es ist vorteilhaft, den senkrechten Abstand zweier Auffangbleche
sowie den senkrechten Abstand des untersten Auffangbleches vom Ende des Zuführungsrohres
nicht größer als 0,5 m zu machen.
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Die kompakte Schüttung der Feststoffteilchen soll möglichst bis in
die Nähe des oberen Endes des Zuführungsrohres reichen. Die maximale Höhe y über
dem Zuführungsrohr, bis zu der die Auffangbleche angebracht werden sollen, wird
aus der Gleichung y max = 1,69 CXV2 g bestimmt.
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Hierin bedeutet Cx die mittlere Geschwindigkeit (als), mit der die
Teilchen sich längs des Zuführungsrohres aufwärts bewegen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ein Brechen der Feststoffteilchen
im Auffangbehälter besonders wirksam verhindert. Dies wird - wie bereits erwähnt
- dadurch erreicht, daß die Auffangbleche dem Bewegungsvorgang des aus dem Zuführungsrohr
austretenden Teilchenstroms angepaßt sind. Die Auffangbleche sind so angeordnet
und ausgebildet, daß die Weitergabe der Teilchen von Auffangblech zu Auffangblech
nach unten auf die Schüttung vom aufsteigenden Teilchenstrom getrennt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Ausbildung dargestellt. Die Abbildung zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung.
Sie besteht aus einem zylindrischen Auffangbehälter 1, in dessen unteren kegeligen
Boden ein Zuführungsrohr 2 zentral eingesteckt ist. Durch das
Zuführungsrohr 2 werden
die Schüttgutteilchen zusammen mit dem Gas zugeführt. Die Teilchen steigen infolge
ihrer kinetischen Energie nach dem Austritt aus dem Zuführungsrohr 2 noch eine kurze
Strecke, wonach sie frei herunterfallen. Gas und Abrieb, deren Fallgeschwindigkeit
kleiner ist als die Gasgeschwindigkeit im Behälter, werden durch ein Abgangsrohr
3 abgezogen. Dieses Abgangsrohr ist im oberen Deckel des Behälters 1 angeordnet.
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Die Feststoffteilchen fallen auf Auffangbleche 4 bis 9, die die Form
von nach außen verlaufenden Kegelstümpfen aufweisen. Der Winkel der Kegelstümpfe
entspricht dem Schüttwinkel der Feststoffteilchen. Jedes Auffangblech weist eine
innere Öffnung auf und ist hier mit einem inneren zylindrischen Randblech 4i versehen.
Am äußeren Rand weist jedes Auffangblech ein äußeres zylindrisches Randblech 4a
auf. Die äußeren Randbleche haben die Aufgabe, daß sich trotz der Neigung der Auffangbleche
4 bis 9 auf denselben eine Schüttung von Feststoffteilchen aufbauen kann. Unter
jedem Auffangblech befindet sich eine Ringplatte. Diese Ringplatten 10 bis 15 berühren
praktisch die Wand des Behälters 1, während sich zwischen den Randblechen der Auffangbleche
4 bis 9 und der Wand des Behälters 1 ein größerer Zwischenraum befindet.
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Die Auffangbleche 4 bis 9 und die Ringplatten 10 bis 15 sind mittels
Rohre 16 verbunden, die ihrerseits wieder mit der Wand des Behälters 1 verschweißt
sind. Die Feststoffteilchen bauen auf den Auffangblechen 4 bis 9 und den Ringplatten
10 bis 15 eine Schüttung von Feststoff auf.
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Die Teilchen mit der größten Austrittsgeschwindigkeit gelangen nach
dem Austritt aus dem Zuführungsrohr2 auf das oberste Auffangblech 4, gleiten über
dasselbe nach außen und fallen auf die Schüttung der obersten Ringplatte 10. Von
hier aus gleiten sie nach innen und fallen auf die Schüttung des darunterliegenden
Auffangbleches 5. Auf diese Weise gelangen sie der Reihe nach über sämtliche Auffangbleche
und Ringplatten nach unten auf die Schüttung im konischen Unterteil des Behälters
1. Demnach gelangen Materialteilchen sowohl aus dem aufsteigenden Gasstrom als auch
von dem nächsthöheren Auffangblech, z. B. Teil 4, auf die Auffangbleche 5 bis 9.
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Durch diese Art und Anordnung der Auffangbleche und Ringplatten werden
die fallenden Teilchen ohne Schädigung oder starken Aufprall vom Strom der aufsteigenden
Teilchen abgetrennt. Schließlich werden sie durch ein Abzugsrohr 17 aus dem Behälterl
abgeführt. Zum Konstanthalten der Schüttguthöhe im unteren Bereich des Behälters
1 dient ein Vorratsbehälter 18, der über ein Rohr 19 mit dem Unterteil des Behälters
1 verbunden ist.