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Vorrichtung zum Transportieren oder Mischen von gekörntem Material
sowie zum Herbeiführen einer Wechselwirkung desselben mit einer Gasphase Die Erfindung
bezieht sich auf -eine Vorrichtung zum Transportieren oder Mischen von gekömtem
Material sowie zum Herbeiführen einer Wechselwirkung desselben. -mit einer Gasphase
durch Überführen des Materials in den Wirbelschichtzustand mittels -eines gasförmigen
Mediums unter gleichzeitiger Vibration, die- folgende Teile umfaßt: einen Fördertrog
für die Aufnahme eines Bettes von zu behandelndem Material, das fließfähige Teilchen
enthält; Mittel für die Erzeugung der Vibration des besagten Fördertroges und Mittel.
zum Hindurchführen eines gasförmigen Mediums von unten her durch das Materialbett,
zumindest eine .oder mehrere Prall-oder Ablenkplatten, die den Fördertrog in eine
Mehrzahl von Abteilungen aufteilen und die in dem Fördertrog quer zur längs des
Troges verlaufenden Transportrichtung des Materialbettes angeordnet sind, wobei
die Prallplatte(n) mit der oberen Kante unterhalb der oberen Begrenzung des Fördertroges
endet bzw. enden, wie sie aus der USA. -P atentschrift 2876557 bekannt ist.
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Eine solche Vorrichtung ist nur für einen begrenzten Bereich von
Teilchengrößen des zu behandelnden Materials brauchbar, nämlich solche Teilchengrößen,
die sich völlig in den Wirbelschichtzustand versetzen lassen. Die darüberliegenden
Teilchengrößen sind unter üblichen Vibrations- und Gasgeschwindigkeitsbedingungen,
welche im Sinne der Vermeidung zu hoher Staubverluste festgelegt werden, nicht in
den Wirbelschichtzustand überführbar, sondern solche Teilchen sinken bei der bekannten
Vorrichtung zum Boden der Kammer bzw. der Abteilungen und sammeln sich dort an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß die untere Kante der Prallplatte in einem Abstand oberhalb des Bodens des Troges
angeordnet ist, so daß nicht fließfähige Teilchen sich unterhalb der Prallplatte
fortbewegen oder fließen können, während fließfähige Teilchen über die Prallplatte
fließen.
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Der Fördertrog wird zweckmäßig durch Mittel zur Erzeugung vertikaler
und horizontaler Vibrationskomponenten in Vibration versetzt.
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Die Abstandhaltung der unteren Kante der Prallplatte oberhalb des
Trogbodens wird vorzugsweise so vorgenommen, daß eine Verlängerungsschranke oder
-platte am unteren Ende des Hauptkörpers der Prallplatte zur Steuerung der Fortbewegung
bzw. des Fließens der nicht wirbelschichtfähigen Teilchen längs des Troges verschiebbar
und einstellbar ange-
bracht ist. Ähnlich wird zweckmäßig auch eine obere Verlängerung
am Hauptkörper der Prallplatte zur Steuerung des Überfiießens der fließfähigen Teilchen
über die Platte verschiebbar und einstellbar vorgesehen.
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Die Einführung des gasförmigen Mediums für das Wirbelschichtbett
kann in der Weise ermöglicht werden, daß zwar der Boden des Fördertroges undurchlässig
ist, daß aber der Trog einen oder mehrere Schlitze aufweist, die in der Seite oder
in den Seiten und anschließend an den Boden des Troges angebracht sind. Es ist auch
möglich, daß der Boden des Troges eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist, die sich
quer zur längs des Troges verlaufenden Transportrichtung des Wirbelschichtbettes
erstrecken, wobei die Schlitze Auslaßöffnungen haben, die so gerichtet sind, daß
sie die Bewegung des gasförmigen Mediums längs des Trogbodens in der allgemeinen
Transportrichtung bedingen.
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Für den Fall, daß die Temperatur des Wirbelschichtmaterials beeinflußt
werden soll, ist der Fördertrog mit Mitteln für die Zufuhr oder Aufnahme von Wärme
zum oder vom Wirbelschichtbett ausgerüstet, die so gestaltet sind, daß durch sie
ein Wärmeaustauschmedium hindurchströmen kann.
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Die Erfindung ist ganz allgemein anwendbar zum Fließfähigmachen,
Belüften, Auflockern und Bewegen bzw. Mischen von zerkleinertem oder pulvrigem Material
sowie sonstige Anwendungsweisen von
Strömungsmedien für das Behandeln,
Transportieren, Katalysieren usw. in offenen oder geschlossenen Behältern.
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Systeme aus feinverteilten festen Stoffen und gasförmigen oder luftartigen
Medien werden besonders dort verwendet, wo eine starke Wärmeübertragung erwünscht
ist, wo größere Materialmengen im Umlauf gehalten oder transportiert werden müssen
oder schließlich dort, wo ein Mischprozeß oder eine katalytische Behandlung durchzuführen
ist.
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Ein ideales Wirbelbett hat als eine seiner wichtigsten Eigenschaften
eine schnelle Wärmeübertragung, und die relativ große Wärmekapazität der Feststoffpartikeln
innerhalb des Wirbelbettes schließt jede sehr schnelle Temperaturänderung aus. Daher
ist es erwünscht, ein Wirbelbett in einem Zustand zu erhalten, der soweit als möglich
dem Idealzustand entspricht.
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Die Anwendung der Erfindung macht es möglich, die Wirkungsweise von
Verfahren und Vorrichtungen für Wärmeübertragungen sowie Verfahren und Vorrichtung
zum Fördern oder Transportieren von Material in feststoffgasförmigen Systemen zu
verbessern.
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Schließlich kann man durch Ausnutzung der Erfindung das Durchführen
von Mischverfahren, chemischen Reaktionen, katalytischen Prozessen usw., bei denen
Feststoff-Gas-Systeme verwendet werden, wesentlich wirtschaftlicher gestalten.
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Die erfindungsgemäße Lehre eröffnet zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung, bei denen die Vorteile zweckmäßig ausgenutzt werden können; eine
dieser Möglichkeiten beruht auf der wesentlich überlegenen Fähigkeit der neuen Verfahren
und Vorrichtungen, Partikeln von unterschiedlicher Größe relativ zueinander zu bewegen.
So kann man beispielsweise erreichen, daß ein Strom verhältnismäßig grober Partikeln
durch ein Wirbelbett feiner Partikeln hindurchfließt, während die feinen Partikeln
jeweils an der betreffenden Stelle verharren oder sogar im Gegenstrom, d. h. in
entgegengesetzter Richtung zu der Strömung der groben Partikeln, fließen. Bei der
Wärmeübertragung oder Wärmebehandlung können beispielsweise schwerere, gröbere Teilchen
mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegt werden, so daß sie länger Zeit haben,
die gewünschte Temperatur anzunehmen, während die feinen Partikeln, die schneller
auf die gewunschte Temperatur kommen, als erste aus dem Wirbelbett abgeführt werden
können. Die Lehre der vorliegenden Erfindung schließt auch die Möglichkeit ein,
die neue Wirbelbettechnilv auf dem Gebiet der Materialtrennung zu verwenden, indem
man gröbere Partikein in einer Richtung bis an eineAusschleusvorrichtung führt,
während die im Wirbelbett schwebenden feinen Partikeln in entgegengesetzter Richtung
zu einer zweiten Austragstelle geführt werden.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten, Vorteile und besondere Kennzeichen
der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
ergeben, die als Beispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt Fig. I einen senkrechten
Querschnitt durch eine bekannte einfache Reaktionsvorrichtung, die mit einer Vibrationsvorrichtung
gekuppelt ist, Fig. II eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung,
die drei Abteile aufweist und
mit einer Vibrationsvorrichtung versehen ist, welche
die Vorrichtung in hin- und hergehender Bewegung längs eines geneigten Weges bewegt,
F i g. III eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. IV einen vertikalen Schnitt längs der Schnittlinie V-V der F i g. III, F
i g. V einen horizontalen Querschnitt längs der Schnittlinie V-V der F i g. III.
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Die für die Veranschaulichung der Erfindung ausgewählten Beispiele
sowie die sich auf diese Beispiele beziehende Beschreibung sollen lediglich dazu
dienen, die Merkmale der Erfindung und ihre Vorteile zu erläutern; sie sollen aber
keinesfalls die Erfindung in ihrem Umfang in irgendeiner Weise beschränken.
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In der Fig. I ist eine einfache Reaktionsvorrichtung dargestellt,
die in bekannter Weise ausgeführt ist und einen kräftig versteiften Reaktionsbehälter
21 enthält, der auf seinen Sockel 22 durch zahlreiche Federn 23 federnd abgestützt
ist. Die Federn 23 sind vorzugsweise Schrauben- oder Wickelfedern, obwohl auch Federn
anderer Art benutzt werden können; die Federn sitzen zwischen einer oberen Fläche
des Sockels 22 und der unteren Fläche einer Stützplatte 24 des Reaktionsbehälters
21.
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Durch ein Paar massenmäßig nicht ausgeglichene Gewichte 25 (von denen
nur ein Gewicht dargestellt ist), die an Scheiben sitzen, welche ihrerseits auf
eine Welle 27 fest aufgezogen sind, werden über die Wellenlager 28 Vibrationskräfte
auf die Stützplatte 24 des Reaktionsbehälters 21 und damit auf diesen Behälter selbst
übertragen. Auf der Welle 27 sitzt eine Riemenscheibe, die über einen Riemen 30
von einer Motorriemenscheibe 31 des Antriebsmotors 32 angetrieben wird. Der Antriebsmotor
32 kann auf die federnd gelagerte Stützplatte 24 des Reaktionsbehälters 21 aufgebaut
sein.
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Der kräftig versteifte Reaktionsbehälter 21 gemäß Fig. I hat ein
oberes Gehäuse 33, in dem sich ein pulverförmiges Material 34 befindet, das beispielsweise
ein Katalysator sein mag. Am oberen Teil des Gehäuses 33 ist unterhalb einer Abströmleitung
35 ein Fliehkraftabscheider 36 angeordnet, der die Aufgabe hat, sämtliche von dem
gasförmigen Medium mitgerissenen feinen Partikeln aus den abströmenden Gasen abzuscheiden.
Ein gasundurchlässiger Boden 37 ist unterhalb des glockenförmigen oberen Gehäuses
33 vorgesehen. Der Boden 37 ist mit geringem senkrechtem Abstand von der unteren
Kante des glockenförmigen Gehäuses 33 festgelegt, so daß hier Schlitze 38 zwischen
dem Boden und den unteren Kanten des oberen Gehäuses 33 gebildet werden. Ein unterer
Gehäuseteil 39 ist gasdicht und fest mit dem oberen Gehäuse 33 verbunden, und zwar
oberhalb der hochgebogenen Randteile des geschlossenen Bodens 37. Der untere Gehäuseteil
39 ist an eine Gaszuführleitung 42 angeschlossen.
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Das obere Gehäuse 33 und der untere Gehäuseteil 39 sind versteift-und
nach den Seiten gestützt durch eine größere Zahl von Rippen 43, die ihrerseits durch
mehrere, sich von Rippe zu Rippe erstreckende Zwischenstege (nicht dargestellt)
in dem erforderlichen Abstand gehalten werden. Die gesamte Reaktionsvorrichtung
kann in ihren sämtlichen Nähten geschweißt, geschraubt oder in anderer Weise zusammengefügt
sein, so daß nach ihrer Anordnung auf der unteren Stützplatte 24 eine steife Konstruktion
von größter Festigkeit hergestellt ist.
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Der Sockel 22 kann in gleicher Weise aus Stahlplatten hergestellt
sein, die entsprechend zugeschnitten und miteinander verschweißt sind. Dieser Sockel
hat eine obere Platte 40, die im allgemeinen die ebene Oberfläche des Sockels 22
bildet und an den Seiten schräg nach oben geneigte Teile 41 aufweist, denen gegenüber
entsprechend aufwärts geneigte Plattenteile der Stützplatte 24 liegen.
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In der besonderen Ausführungsform, wie sie in der F i g. I dargestellt
ist, werden 36 Wickelfedern 23 für die Unterstützung der besonders kräftig aus geführten
Reaktionsbehälteranordnung gegenüber dem Sockel 22 benutzt. Diese Federn sind in
vier Reihen angeordnet, es sind je zehn Federn in den jeweils äußeren Reihen und
je acht Federn in jeder der inneren Reihen angeordnet. Die Endfedern in jeder Reihe
sind zwischen die aufwärts geneigten Teile 41 der Grundplatte 22 und den geneigten
Randteilen der Tragkonstruktion 24 eingefügt. Diese schräg nach innen geneigten
Endfedern dienen als Stabilisierfedern, um ein seitliches Schwingen oder Schwanken
des Reaktionsbehälters 21 auf den vertikal in dem mittleren Teil der Anordnung vorgesehenen
Federn zu verhindern. Jede der Federn ist an ihren beiden Enden mit Federfassungen
versehen, die ihrerseits einerseits fest mit der Feder und anderseits mit der oberen
Platte 40 oder den geneigten schrägen Flächen 41 des Sockels 22 bzw. der Unterseite
der Stützplatte 24 der Reaktionsbehälteranordnung verbunden sind. Auf diese Weise
werden die Federn sowohl auf Zug als auch auf Druck beansprucht, wenn die Vibrationen
durchgeführt werden; wegen der starren Festlegung ihrer Endteile wirken sie auch
einer seitlichen Verschiebung des Reaktionsbehälters 21 entgegen.
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Gase, welche in der Vorrichtung behandelt werden sollen, können über
die Zuleitung 42 in den unteren Gehäuseteil 39 eingeführt werden. Diese Gase strömen
an den nach oben abgebogenen Randteilen des undurchlässigen Bodens 37 vorbei und
um sie herum, dann durch die Schlitze 38 hindurch, anschließend durch das im Wirbelbettzustand
befindliche Material 34, durch den Fliehkraftabscheider 36 und über die Auslaßleitung
35 ab.
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Die vier Wickelfedern im Mittelteil der Anordnung wurden aus der
sonst regelmäßigen Anordnung der Federn aus zwei Gründen entfernt. Zuerst ist in
dem Mittelteil der ganzen Reaktionsbehälterkonstruktion nur eine verhältnismäßig
geringe Masse konzentriert, da der größere Massenanteil des beweglichen Teiles der
Vorrichtung in den seitlichen Verstärkungsrippen 43 und in den Gehäusen 33 und 39
liegt. Da diese Masse sich demnach im wesentlichen an den Seiten und Endteilen der
gesamten Konstruktion befindet und weniger in deren mittlerem Teil, ist es günstig,
die Federn hinsichtlich ihrer gesamten Anordnung mehr an den Rändern unmittelbar
unter diesen Massen einzubauen als in der Nähe des mittleren Bereiches. Der zweite
Grund für das Entfernen der mittleren Federn ist darin zu sehen, daß - wenn auch
andere Möglichkeiten für das Einführen eines Gases oder mehrerer Gase in den unteren
Gehäuseteil 39 bestehen, beispielsweise von den Seiten heres doch normalerweise
günstig ist, wenn man das Gas von der Mitte und von unten her zuführen kann.
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Die Ausführung in der Fig. I zeigt infolgedessen eine Zufuhr des Gases
an dem tiefsten Mittelabschnitt des Gehäuseteiles 39 durch den Gaseinlaß 42.
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In einigen Fällen kann es - in Abhängigkeit von der Masse des gesamten
Reaktionsbehälters 21 und deren Verteilung - wünschenswert sein, noch mehr Federn
aus den mittleren Reihen herauszunehmen und so die gesamte federnde Unterstützung
überhaupt nur in dem Randbereich der Stützplatte 24 und des Sockels 22 vorzusehen.
Diese Anordnung kann nahegelegt werden, wenn man berücksichtigt, daß die größte
Masse der seitlichen Rippen 43 und der Wände der Gehäuse 33 und 39 außen liegt und
daß außerdem zu ihrer weiteren Versteifung noch Zwischenrippen vorgesehen werden
können. Infolgedessen kann man die auf den mittleren Teil einwirkende federnde Kraft
ohne Bedenken verkleinern und die federnde Abstützung im wesentlichen an den Rand-
und Endteilen der Stützplatte 24 vorsehen.
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An sich wäre es möglich, unterschiedliche Bewegungskomponenten von
den umlaufenden exzentrischen Gewichten 25 auf die Reaktionsbehälteranordnung zu
übertragen. Die unterschiedlichen Massen und Federn des Systems können aber so aufeinander
abgestimmt werden, daß hauptsächlich nur vertikale Bewegungskomponenten übertragen
werden, wie sie notwendig sind, um den Wirbelbettzustand des in dem Reaktionsbehälter21
befindlichen feinkörnigen Materials hervorzurufen und stabil zu halten.
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Um die grundsätzliche Anordnung einer solchen Vorrichtung an einem
sehr einfachen Beispiel zu zeigen und zu erläutern, wurde als Ausführungsbeispiel
ein Reaktionsbehälter gewählt, in dem zwei oder mehr Gase in Gegenwart eines Katalysators
34 miteinander umgesetzt werden können, wobei das Endprodukt oder die Reaktionsprodukte
durch die Abströmleitung 35 abgeführt werden. Es ist zu beachten, daß, obgleich
nur eine Zuführleitung 42 in der Fig. I dargestellt ist, auch mehrere Zuführleitungen
für unterschiedliche Gase vorgesehen werden können, um eine mögliche vorzeitige
Reaktion der Gase miteinander zu verhindern, ehe sie in dem unteren Gehäuseteil
39 zusammentreffen. Zur Vereinfachung wurde jedoch angenommen, daß die zwei Gase,
die miteinander reagieren sollen, beide durch die Zuführleitung 42 eingeführt werden
und ihre Mischung oder Zusammenführung bereits vor dem Einlaß in den Gehäuseteil
39 erfolgt.
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Um ideale Reaktionsbedingungen für zwei Gase zu erhalten, ist es
wünschenswert, daß die Gase durch das Bett aus Katalysatorpartikeln 34 mit einer
Geschwindigkeit hindurchgeführt werden, die ausreicht, um das Bett in einen Wirbelbettzustand
zu versetzen, so daß die Gase in einen möglichst innigen Kontakt mit der gesamten
freien Oberfläche des Katalysatormaterials kommen. Dabei können Schwierigkeiten
insofern auftreten, als man nur schwer diejenige Gasgeschwindigkeit einstellen kann,
wie sie gerade für die Erzeugung eines idealen Wirbelstrombettes notwendig ist.
Weitere ebenfalls bereits geschilderte Vorgänge können die Ausbildung eines solchen
idealen Bettes stören und außerdem - wenn ein ideales Wirbelbett erreicht wurde
- werden feinste Partikeln des pulverigen Katalysatormaterials 34 mit den abströmenden
Gasen mitgerissen, so daß der Einsatz eines Fliehkraftabscheiders erforderlich ist,
wie er bei 36 dargestellt wurde. Schließlich können die kleinen Partikeln durch
Abrieb so fein und klein werden, daß ein Teil des Katalysators zusammen mit den
abströmenden Reaktionsprodukten durch die Auslaßleitung 35 abströmt.
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Wenn auch in der F i g. 1 keine Einrichtungen für das Nachfüllen
von Katalysatormaterial oder auch für das erstmalige Füllen der Reaktionsvorrichtung
mit diesem Katalysator dargestellt sind, so sind doch selbstverständlich solche
Mittel in der Vorrichtung vorgesehen. Es erschien nur nicht zweckmäßig, die Einfachheit
der Darstellung dadurch zu stören, daß Einlaßöffnungen oder andere Mittel dargestellt
werden, über die das Material eingeleitet werden kann.
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Das zunächst in die Vorrichtung eingebrachte Katalysatormaterial 34
möge aus Partikeln einer gegebenen Größe bestehen und nur wenig feinste Partikeln
enthalten, die zusammen mit der Gas strömung durch das Auslaßrohr abziehen können.
Bekanntlich tritt jedoch während des Betriebes eine erhebliche Reibung innerhalb
des Katalysatormaterials 34 auf, so daß infolge des Reibens der Teilchen aneinander
und an den Wandungen des Behälters eine rasche Verkleinerung der Partikeln einsetzt.
Dadurch bilden sich - selbst wenn in dem ursprünglich hineingegebenen Katalysatormaterial
34 noch keine besonders kleinen Partikeln enthalten waren - nach einer gewissen
Arbeitszeit große Mengen von feinsten Partikeln, die durch Mitreißen verlorengehen
können. Die anderen Probleme des Setzens, des Klumpen- und Brockenbildens, des Auftretens
von Durchblaskanälen, von Gasblasen usw., können selbstverständlich auch in solch
einem Reaktionssystem vorkommen.
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Durch die Vibration des Reaktionssystems wird dasKatalysatormaterial34
in jeder Vibrationsperiode nach oben geworfen, und es löst sich dabei von dem geschlossenen
Boden 37 um eine Höhe, die ausreicht, daß die Gase durch die seitlichen Schlitze
38 fast widerstandslos in den freien, durch das Hochwerfen des Materials 43 über
dem Boden entstehenden freien Raum eintreten und ihn weitgehend füllen können. Auf
diese Weise erreicht man eine gleichmäßige Verteilung des gasförmigen Mediums unterhalb
des Katalysatormaterials, so daß es durch das pulverförmige Material 34 gleichmäßig
aufsteigen und dieses Material im Schwebezustand halten kann, wenn die gesamte Reaktionsgefäßkonstruktion
21 in Schwingungen versetzt wird.
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In der Vorrichtung gemäß F i g. I können - wie bereits gesagt - mehrere
Gase in Gegenwart eines Katalysators 34 miteinander umgesetzt werden, und zwar so,
daß die Wirkung des Katalysatormaterials 34 eine besonders günstige und kräftige
ist, da sich dieses Material in dem idealen Wirbelbettzustand befindet. Da man diese
günstigen Verfahrensbedingungen bei einer wesentlich kleineren Geschwindigkeit des
gasförmigen Mediums erreichen kann, ergibt sich ein ganz wesentlicher Vorteil, zumal
auch die anderen Probleme, die mit derartigen Systemen aus im Schwebezustand befindlichen
Partikeln fester Körper und gasförmiger Medien verbunden sind und das Zusammenballen,
das Brockenbilden, das Auftreten von Durchblaskanälen und Gasblasen usw. betreffen,
durch die zusätzliche Anwendung einer Vibration gleichfalls im wesentlichen gelöst
werden.
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Bei einer Vorrichtung, wie sie in F i g. I dargestellt ist, erfolgt
die Vibration der ganzen Reaktion behälteranordnung im wesentlichen in vertikaler
Richtung; diese Vibration hat unterschiedliche Wirkungen auf das zu behandelnde
Material. Wie bereits erwähnt wurde, schafft die Vibration durch Hochwerfen der
aus kleinen Partikeln bestehenden
Masse jeweils über dem geschlossenen Boden einen
Unterdruckbereich, in den das einzuführende Gas einströmen und in dem es sich gleichmäßig
verteilen kann. Bereits diese Tatsache macht es unnötig, eine hohe Querschnittseinschnürung
in einem porösen Boden in Kauf zu nehmen, wie er sonst benutzt wurde, um eine gleichmäßige
Verteilung des durch diesen Boden hindurchströmenden Gases innerhalb des feinzerteilten
Materials zu erreichen. Die gleichmäßige Verteilung des Gases ist wesentlich, da
das Gas von Natur aus die Neigung hat, den Weg des geringsten Widerstandes zu wählen
und so das System des Wirbelbettes unstabil zu machen. Irgendeine leichte Verringerung
der Dichte in einem begrenzten Bereich erhöht die Gasströmung in diesem Bereich
und verringert dadurch weiter die Dichte, bis schließlich ein Durchblaskanal oder
»Blasloch« durch die gesamte Materialstärke gebildet ist und das Gas nicht nur schnell
abströmt, sondern dabei auch feine Partikeln mitreißt, die in Form eines Geysirs
mit dem Gas aufsteigen. Da dieses ein sich selbsttätig entwickelndes Phänomen ist,
bei dem an sich nur kleine Kräfte die Entwicklung auslösen, kann man mit geringen
Gegenkräften, die rechtzeitig vor dem Einsetzen einer derartigen Entwicklung dieser
entgegenwirken, das Auftreten von Blaskanälen leicht verhindern. Die vertikale Vibration
des Bodens mit dem Wirbelstrombett liefert nun bekanntlich diese kleine zusätzliche
Kraft. Die vertikale Vibration führt tatsächlich zu einem pulsierenden Strömen des
Gases, das sich der mittleren Strömungsgeschwindigkeit überlagert und so trotz einer
geringen mittleren Gcschwindigkeit dennoch im Bereich des Wirbelbettes vorübergehend
höhere Spitzengeschwindigkeiten ergibt.
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Diese hohen Spitzengeschwindigkeiten sind abei nur für jeweils sehr
kurze Zeiten vorhanden, so daß die kleinsten Partikeln nicht in der Weise »mitgerissen«
werden wie von einer Gasströmung, deren mittlere Geschwindigkeit der vorher erwähnten
Spitzengeschwindigkeit entspricht. Sie werden vielmehr nur dauernd in Bewegung gehalten
und mit den Partikeln in den örtlich begrenzten Bereichen höherer Dichte des Wirbelbettes
gemischt, die ihrerseits sofort in die Bereiche kleinerer Dichte hineinströmen.
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Dieses auf mechanische Weise bewirkte innige Mischen der Partikeln
in dem Wirbelbett des Materials beseitigt sofort alle unerwünschten Ansätze zur
Bildung von Bereichen geringer Dichte, bevor sich in ihnen Gasblasen oder Durchblaskanäle
ausbilden können.
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Die mechanisch ausgelöste Bewegung der Teilchen kann auch ausgenutzt
werden, um einen »Kurzschluß« in den Wirbelbetten mit bestimmten Störungen zu vermeiden.
Wenn die Richtung der Vibrationsbewegung des Bodens an der Unterseite des Behälters
gegenüber der Vertikalen geneigt ist, so werden die unteren Schichten des sich im
Wirbelbettzustand befindlichen Materials auch in einer horizontalen-Richtung der
Wirkung einer sie vorschiebenden Kraft unterworfen. Auf diese Weise wird eine Umlaufbewegung
in dem Wirbelbett ausgelöst, bei der sich das Material im unteren Bereich längs
des Bodenteiles bewegt, dann an einer Seitenwand aufsteigt, in der umgekehrten Richtung
in der oberen Schicht des Wirbelbettes fließt und dann an der gegenüberliegenden
Seitenwand wieder nach unten absinkt. Bei einem gleichmäßig verteilten Gasfluß
und
ohne Vibration ist demgegenüber die Bewegung in dem mittleren Teil des Bettes nach
oben gerichtet, im Bereich der Seitenwandungen geht sie nach unten.
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Diese Umlaufbewegung ist bei bekannten Wirbelbetten nicht schnell,
und es wurde beobachtet, daß einige Teilchen des Materials ihren Weg quer über den
oberen Teil des Wirbelbettes von dem Einlaß bis zu dem Auslaß des festen, feinzerteilten
Materials finden, ohne daß sie in den Umlaufströmungsfluß der Bettung mit einbezogen
werden; dieser Weg quer über den oberen Teil des Bettes ist ein »Kurzschlußweg«,
da er nicht tiefer durch das Bett hindurchführt. Die mechanische Vibration, die
in einer schräg aufwärts laufenden Richtung wirkt, führt nun zu einer ganz ausgesprochenen
regelmäßigen Zirkulation innerhalb des Wirbelbettes, so daß frisches Material, das
in das Bett hineingegeben wird, wenigstens einen Umlauf an dem Boden des Bettes
vorbei durchführen muß, bevor es den Abflußpunkt erreichen kann.
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Diese Wirkung einer schräg aufwärts führenden Vibration ist in der
F i g. II veranschaulicht. Der hier dargestellte Reaktionsbehälter 44 ist durch
senkrechte Trennwände 45 in einzelne Abteile aufgeteilt.
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Der Behälter ist für die Vibration in schräg aufwärts verlaufender
Richtung auf schräggestellten Trag- und Kupplungsfedern 46 befestigt. Diese Vibration
erzeugt - selbst ohne ein durch die Masse hindurchströmendes Gas - einen Umlauf
des Materials, das zunächst längs des Bodens, dann an einer Wand aufwärts, anschließend
oben über die Mitte und dann wieder an der anderen Wand abwärts fließt, wie dies
durch die gebogenen Pfeile in F i g. II veranschaulicht ist.
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Das für die Wirbelbettherstellung erforderliche Gas, das auch zum
Aufheizen, Kühlen des Materials dienen oder mit dem Material reagieren kann, wird
dem Boden des Behälters 44 zugeführt. Zu diesem Zweck kann der Boden des Behälters
porös sein, wie es aus üblichen Förderanlagen mit zusätzlicher Gaszufuhr von unten
her bekannt ist, oder er kann einen oder mehrere Schlitze aufweisen, durch die das
Gas eintritt. Wenn das Gas vertikal durch den Boden hindurchtritt, müssen die Schlitze
eng sein und sehr dicht nebeneinanderliegen, d. h. nur durch Zwischenräume getrennt
sein, die nicht wesentlich größer sind als die Schwingweite der Vibrationsbewegung
des Bodens. Wenn das Gas horizontal unmittelbar über dem geschlossenen Boden eintritt,
genügt es, jeweils alle 25 bis 30 cm einen einzelnen Schlitz vorzusehen, da das
Gas mit hoher Geschwindigkeit unter das Material einströmen kann, wenn dieses bei
der Vibration hochgeworfen ist. Wie dargestellt, werden bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. II eine Reihe von waagerechten Schlitzen 47 verwendet, die sich in
horizontaler Richtung oberhalb des Bodens des Gefäßes öffnen. Es kann je Abteil
ein Schlitz, es können aber auch mehrere Schlitze je Abteil vorgesehen sein.
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Bei dieser Anordnung wird feinpulverisiertes Material, das über eine
Rutsche 48 zuläuft und in den abwärts gerichteten Strom des Wirbelstrombettmaterials
an der vorderen Wand hineinfließt, zunächst auch unten mitgezogen, oberhalb des
Bodens entlanggeführt und dann an der gegenüberliegenden Wand nach oben gehoben,
bevor es überhaupt die Möglichkeit hat, in das nächste Abteil überzugehen. Auf Grund
statistischer Betrachtungen kann man sagen,
daß der größte Teil der Materialpartikeln
viele Umläufe durchführen muß, bevor er den Abfluß erreicht.
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Dies gilt insbesondere für die größeren und schwereren Partikeln.
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Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei
Abteilen ist mit mehr Einzelheiten in den F i g. III, IV und V dargestellt. Im Betrieb
einer solchen Vorrichtung konnte beobachtet werden, daß größere Brocken oder Klumpen
von Material, deren Durchmesser zwischen einem halben und einem ganzen Zoll lagen,
mit dem feinen, im Wirbelbettzustand befindlichen Material so lange mit umliefen,
wie der Behälter in Vibration versetzt wurde. Bei Anwendung einer Gasströmung allein
blieben derartige Materialbrocken am Boden des Behälters liegen und sammelten sich
dort an.
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Unter Hinweis auf die F i g. III, IV und V wird nun erläutert, wie
bei der dort dargestellten Vorrichtung die Lehren der Erfindung ausgenutzt werden;
diese Vorrichtungen lassen sich entweder als Mischvorrichtungen benutzen oder zur
Herstellung eines Wirbelbettes, z. B. für einen Wärmeaustausch, oder auch als Vorrichtung
für die gleichzeitige Durchführung beider Maßnahmen.
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Die Vorrichtung hat einen Sockel 51, an dem in Querrichtung federnde,
d. h. als Biegefedern wirkende Stützglieder 52 mit entsprechendem Längsabstand voneinander
befestigt sind. Die federnden Stützglieder 52 können irgendeine der unterschiedlichen
Federnbauarten sein, sie sind im Ausführungsbeispiel als im Querschnitt viereckige,
einseitig eingespannte Blattfedern dargestellt, die z. B. aus vielen einzelnen in
ein Kunstharz eingebetteten Glasfasern bestehen; sie werden so betätigt, daß sie
den einem Förderer ähnlichen Aufbau 55 in einer schräg nach aufwärts gerichteten
Vibrationsbewegung halten, wie sie durch den Doppelpfeil 54 angedeutet ist; der
Aufbau 55 ist an den oberen Enden der Federglieder 52 starr befestigt und wird von
ihnen vollständig getragen.
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An der Unterseite des Aufbaues 55 ist eine Gaszuführkammer 56 vorgesehen,
die beispielsweise, wie in F i g. IV gezeigt, trogförmig gestaltet sein kann und
an den Enden ihrer Seitenwände mit waagerecht nach außen gerichteten Flanschen 57
versehen ist.
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Lösbar mit den Flanschen 57 verbunden sind winkelförmig nach innen
abgebogene Randleisten 58, deren vertikal nach unten gebogene Schenkel in den den
Innenraum des Aufbaues 55 nach unten abschließenden Bodentrog 59 eintauchen und
lediglich zwischen ihren Kanten und dem Boden des Troges 59 kleine, schmale Schlitze
60 freilassen, durch welche Schleier aus Luft oder anderen Gasen über den Boden
des Troges 59 geführt werden, wenn das Material hochgeworfen wird. Der Weg, den
das Gas nimmt, wenn es von der Gaszuführkammer 56 in den Trog 59 einströmt, ist
durch gebogene Pfeile in der F i g. IV veranschaulicht. Jede Vibration der gesamten
Anordnung 55 wirft die Masse des feinzerteilten Materials den Trog 59 nach oben
und vorwärts, so daß durch die Schlitze 60 einströmendes Gas sich über den gesamten
Boden des Troges 59 ausbreiten und dann aufwärts durch das Material strömen kann,
welches seinerseits in dem Trog in einer Richtung gefördert wird.
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Damit die Weite der Gaseinführschlitze 60 sich während der Vibrationsspiele
nicht verändern kann, wird die gesamte Anordnung 55 als eine starre Einheit in Vibrationsbewegungen
versetzt. Die Luft oder
ein anderes Gas, das durch das pulverisierte
oder körnige Material hindurchströmen soll, kann von einer Heiz- oder Kühlvorrichtung
oder irgendeiner anderen Gasbehandlungsvorrichtung 21 geliefert werden, die mit
der Gaszuführkammer 56 über ein biegsames Rohr 62 verbunden ist.
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Die schwingende Anordnung kann mit senkrechten Seitenwänden 63 versehen
sein, um sie als Wärmetauscher oder als Mischgerät benutzen zu können und um ihr
Aufnahmevermögen zu erhöhen. Die senkrechten Seitenwände 63 können Flansche aufweisen,
mittels deren sie durch die gleichen Bolzen an dem Aufbau 55r festgelegt werden
können, die auch die Flansche 57 -der Gaszuführkammer 56 und die Randleisten 58
zusammenhalten. Innerhalb der senkrechten Seitenwände 63 können Hohlräume 64 gebildet
sein; diese Hohkäume können mehrere Einlässe und Auslässe 65 für ein wärmeaufnehmendes
oder wärmeabgebendes Medium aufweisen, durch welche ein Kühlmittel oder beispielsweise
auch Dampf in die Hohlräume 64 eingeführt und nach der gewünschten Wäniieaufnahme
oder Wärmeabgabe wieder aus ihnen abgleitet werden kann.
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Quer zu den Seitenwänden 63 lassen sich mehrere Rohre 66 anordnen,'die
von den Wänden 63 gehalten werden und mit Verteilern 67 verbunden sind, durch welche
ein weiteres wärmeaufnehmendes oder wärmeabgebendes Medium zu- und abgeführt werden
kann. Die Rohre 66 bilden dann wärmeabgebende oder -aufnehmende Oberflächen, die
in Berührung mit dem innerhalb des Aufbaues vorhandenen Material stehen.
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Der Innenraum des Aufbaues kann durch die Anordnung von Trennplatten
68 in mehrere Abteile unterteilt sein; die Trennplatten 68 sind quer in dem Aufbau
zwischen den erhöhten Seitenwänden angeordnet und durch Schweißen oder andere geeignete
Maßnahmen befestigt. Oberhalb und unterhalb der Trennplatten 68 sind über Langlöcher
bewegliche Zusatzplatten 69 und' 70 verschiebbar angeordnet.
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Die untere ausziehbare Platte 70 kann gegenüber dem Boden des Troges
59 gehoben oder gesenkt werden, so daß für den Fall, daß das zu behandelnde Material
einen Anteil gröberer Teile oder Brocken enthält, die nicht an dem Umlauf im Wirbelbett
teilnehmen, die untere Platte 70 angehoben werden kann, um diese gröberen Teile
längs des Bodens des Troges durch die aufwärts und vorwärts gerichteten Vibrationen
direkt zu der Austragöffnung hinzuführen. Die obere Aufsatzplatte 69 der Trennplatte
68 -kann nach oben geschoben werden, so daß eine größere Materialmenge in den Wirbelzustand
übergeführt und in jedem Abteil auch durch die zusätzliche Platte 68 zurückgehalten
werden kann, so daß gegebenenfalls eine weitergehende Wärmeaustauscherwirkung oder
ein weiteres Mischen erzielt wird, bevor das Material in das nächste Abteil übergeht.
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Wenn auch keine Mittel in den F i g. III, IV und V dargestellt sind,
mittels deren Material in die Vorrichtung eingebracht werden kann, so lassen sich
doch irgendwelche bekannten Schüttrinnen, wie eine bereits in der Fig.II dargestellt
ist, für diesen Zweck verwenden.
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Beim Arbeiten der Vorrichtung wird zunächst feingekörntes oder pulveriges
Material an der linken Seite des ersten Abteils aufgegeben, das durch die Trennplatte
68 abgetrennt ist; dann beginnt die Vibration des Aufbaues der Vorrichtung, wodurch
das
Material längs des Bodens des Troges 59 zunächst nach rechts (in der Vorrichtung
gemäß Fig. III) bewegt wird. Wenn das mit Überdruck zugeführte gasförmige Medium
von unten her durch das Material strömt, bewirkt es zusammen mit der Bewegung der
Materialteilchen, welche durch die Vibrationsbewegungen des Aufbaues bedingt ist,
ein Anheben und Schweben der Teilchen, wobei diese Teilchen in dem ersten Abteil
des Aufbaues langsam in einer der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzt gerichteten
Kreisbewegung umlaufen. Wenn weiteres Material in größerer Nähe der Trennplatte
68 in das erste Abteil hineingegeben wird, so bringt die Umwälzung entgegen dem
Uhrzeigersinn dieses neu zugegebene Material zunächst nach links und nach unten;
dadurch ergibt sich eine gründliche Mischung sowie eine gleichmäßige Verteilung
des zusätzlichen Materials in dem Wirbelbett. Wenn die Materialmenge, die zu dem
Wirbelbett im ersten Abteil des Förderers zugegeben wird, genügend groß ist, wird
das Material über die obere ausziehbare Platte 69 der Trennplatte 68 »überlaufen«,
etwa in der gleichen Art wie eine Flüssigkeit dort überlaufen würde, wenn ihr Niveau
hoch genug geworden ist. Das Material kommt dann in das zweite Abteil und/oder in
weitere Abteile, in denen der Wärmeaustausch-oder Mischvorgang fortgesetzt wird.
Man kann also leicht erkennen, daß die Vorrichtung als eine sehr wirksame Wärmetauschervorrichtung
benutzt werden kann, da die Materialmasse, die in der Vorrichtung enthalten ist,
in einem Wirbelbettzustand umläuft und dabei über und zwischen den Wärmeaustauschrohren66
sowie an den Wärme abgebenden oder absorbierenden Wänden 63 vorbeiströmt.
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Die Vorrichtung kann selbstverständlich ohne die zusätzlichen Rohre
oder irgendeine andere Wärmeaustauschereinrichtung verwendet werden, um zwei oder
mehr Arten pulverigen Materials gründlich miteinander zu mischen. Wie bereits oben
gesagt wurde, gestattet eine entsprechende Einstellung der unteren Platte 70 der
Treunpiatten 68 das Abführen von größeren Teilchen, die sich nicht in den Wirbelbettzustand
überführen lassen; diese Teilchen können infolge der Schwing- oder Förderbewegung
des Aufbaues unmittelbar auf dem Boden des Troges 59 von einem in das folgende Abteil
weiterbefördert werden. Wenn es erwünscht ist, daß sowohl die in den Wirbelbettzustand
übergeführten Teilchen als auch die am Boden des Förderers zurückbleibenden Teilchen
die gleiche Temperatur erreichen, ehe sie abgeführt oder weitergeführt werden, kann
die Strömung der schwebenden Wirbelbetteilchen in Richtung auf den Auslaß durch
Heben oder Senken der oberen Zusatzplatte69 unabhängig von der Bewegung der schwereren,
gröberen, nicht in das Wirbelbett hineinzuhebenden Teile für sich eingestellt werden,
wobei man mit dieser Einstellung gleichzeitig oder entsprechend die untere ausziehbare
Platte 70 heben oder senken kann. Die gröberen Teilchen in jedem Wärmetauscherabteil
lassen sich dann entweder durch Anderung der Vibrationskräfte oder durch Anheben
bzw. Senken der unteren Platte 70 mehr oder weniger lange in dem betreffenden Abteil
zurückhalten. Da die größeren Teilchen längere Zeit in wärmetauschender Verbindung
mit dem Wirbelstrombett bzw. dem gasförmigen Medium in dem Abteil zurückgehalten
werden können als die feinen Wirbelbetteilchen, wenn sie eine bestimmte Temperatur
erreichen
sollen, stellt die Vorrichtung in Fig. III bis V ein Gerät für die Erzielung einer
weitgehend einheitlichen Temperatur sämtlicher Bestandteile einer Materialmischung
dar, die aus dem Auslaß abströmt, wobei diese Temperatur ganz unabhängig von der
relativen Größe der Materialteile recht genau auf den gleichen Wert bei sämtlichen
Teilen eingestellt werden kann.