DE1301800B

DE1301800B - Rotary current vortex for mixing and / or performing chemical reactions

Info

Publication number: DE1301800B
Application number: DES95468A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Karl-Heinz; Dipl-Phys Dr Karl-Rudolf; Oehlrich; Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-31
Filing date: 1958-12-31
Publication date: 1969-08-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehströmungswirbler zur Mischung und/oder Durchführung chemischer Reaktionen zwischen feinteiligen Feststoffen und/oder Flüssigkeiten und/oder Gasen unter Beteiligung mindestens eines flüssigen oder gasförmigen Reaktionspartners, bestehend aus einer Wirbelkammer als Reaktionsraum mit einem koaxialen Gasauslaß sowie tangentialen, in zur Wirbelkammerachse schräg geneigter Richtung angeordneten Zuführungsleitungen im Wirbelkammermantel für mindestens einen der Reaktionspartner und einem dem Gasauslaß gegenüberliegenden Auslaß zur Abführung von Reaktionspartnern. The invention relates to a rotary flow vortex for mixing and / or carrying out chemical reactions between finely divided solids and / or Liquids and / or gases with the participation of at least one liquid or gaseous Reaction partner, consisting of a vortex chamber as a reaction space with a coaxial gas outlet and tangential, inclined to the swirl chamber axis Direction arranged supply lines in the swirl chamber jacket for at least one the reactant and an outlet opposite the gas outlet for discharge of reaction partners.

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Drehströmung, wie sie zur Abscheidung staubförmiger Partikel aus einem gasförmigen Medium früher bereits vorgeschlagen worden ist. Bei der Drehströmung handelt es sich um die Kombination einer äußeren Potentialströmung und einer inneren Rotationsströmung mit jeweils wendelförmig verlaufenden Stromfäden. The starting point of the invention is a rotary flow such as that used for separation dust-like particles from a gaseous medium previously proposed has been. The rotary flow is a combination of an external one Potential flow and an inner rotational flow, each with a spiral Stream filaments.

Dabei wird in einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer im wandnahen Bereich die Potentialströmung derart angeregt und aufrechterhalten, daß sie zusätzlich zur Umlaufbewegung auch noch eine Axialbewegung ausführt. Über der Grundfläche der Wirbelkammer, dem sogenannten festen Grund, strömen die Medien nach Ausbildung einer Wirbelsenke auf spiralförmigen Bahnen zur Achse der Wirbelkammer. Von dieser Wirbelsenke aus bildet sich im Innern der Potentialströmung eine koaxial und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung aus, jedoch mit entgegengesetzter axialer Fortschreitungsrichtung. An der anderen Stirnseite der rotationssymmetrischen Wirbelkammer geht nach Ausbildung einer Wirbelquelle ein Teil der Rotationsströmung wieder in die Potentialströmung über.This is done in a rotationally symmetrical vortex chamber close to the wall Area stimulated and sustained the potential flow in such a way that it is additionally also executes an axial movement for the orbital movement. Above the base of the Vortex chamber, the so-called solid ground, the media flow after the formation of a Vertebral depression on spiral paths to the axis of the vortex chamber. From this vertebral depression from inside the potential flow a coaxially and in the same direction circulating Rotational flow out, but with opposite axial direction of advance. At the other end of the rotationally symmetrical vortex chamber goes to training a vortex source part of the rotational flow back into the potential flow above.

Bei der früher vorgeschlagenen Abscheidung für staubförmige Partikel wird das staubbeladene Medium in der Richtung der Rotationsströmung zugeführt. Die auszuscheidenden Partikel werden dabei durch die zwischen Potential- und Rotationsströmung auftretenden Kräfte radial aus der Rotationsströmung heraus in eine sogenannte Mischzone zwischen Potential- und Rotationsströmung geschleudert und von dort abgeführt. Diese Wirkungen treten auch auf, wenn die staubförmigen Partikel z. B. durch die Anregungseinströmungen für die Potentialströmung zugeführt werden. In the case of the previously proposed separation for dusty particles the dust-laden medium is fed in the direction of the rotational flow. the The particles to be separated are thereby caused by the flow between the potential and the rotational flow forces occurring radially out of the rotational flow into a so-called mixing zone hurled between potential and rotational flow and discharged from there. These Effects also occur when the dust-like particles z. B. by the excitation inflows for the potential flow.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, die sich im Übergangsbereich zwischen Rotations- und Potentialströmung sammelnden Partikel nicht sogleich abzuführen, sondern als im wesentlichen ringförmige Anreicherungen dort rotieren zu lassen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß diese rotierenden Anreicherungen als Reaktionszentren für chemische Prozesse, wie z. B. Verbrennungen, ausgenutzt werden. Es ist in diesem Zusammenhang ein Drehströmungswirbler bekanntgeworden, bei dem jedoch lediglich eine einzige tangentiale und dem aufsteigenden Rohgasstrom schräg entgegengerichtete Düse im Wirbelkammermantel angeordnet ist. Bei ungünstigen Betriebsverhältnissen können sich dabei unterhalb dieser Düse auch Partikelringe ausbilden. The invention is based on the consideration in the transition area Do not immediately remove particles collecting between the rotational and potential flow, but to rotate there as essentially ring-shaped enrichments. This creates the possibility that these rotating enrichments as Reaction centers for chemical processes such as B. burns, are exploited. In this context, a rotary flow vortex has become known in which however, only a single tangential and the rising raw gas stream obliquely opposing nozzle is arranged in the swirl chamber jacket. In unfavorable operating conditions Particle rings can also form below this nozzle.

Eine genaue Steuerung der Kapazität und der Verweilzeit dieses zufällig entstehenden Ringes ist jedoch nicht möglich.A precise control of the capacity and the dwell time this happens at random however, the resulting ring is not possible.

Ferner ist ein Reaktionsbehälter zur Durchführung endothermer chemischer Reaktionen bekanntgewor- den, bei dem jeweils am oberen und am unteren Ende des Reaktionsraumes eine tangentiale Düse zur Zuführung von entsprechenden Reaktionsmedien angeordnet ist. Auch hierbei ist schon allein wegen des großen Abstandes der beiden schräg gegeneinandergerichteten Düsen die definierte Erzeugung eines Partikelringes nicht möglich. Furthermore, a reaction vessel for carrying out endothermic chemical Reactions known the one at the top and bottom of the reaction chamber arranged a tangential nozzle for the supply of appropriate reaction media is. Here, too, because of the great distance between the two, it is oblique Nozzles directed against one another do not produce a defined ring of particles possible.

Die Erfindung geht jedoch von einer derartigen Wirbelkammer als Reaktionsraum aus. Dabei weist die Wirbelkammer einen koaxialen Gasauslaß sowie tangentiale, in zur Wirbelkammerachse schräg geneigter Richtung. angeordnete Zuführungsleitungen im Wirbelkammermantel für mindestens einen der Reaktionspartner und einen dem Gasauslaß gegenüberliegenden Auslaß zur Abführung von Reaktionspartnern auf. However, the invention is based on such a vortex chamber as a reaction space the end. The vortex chamber has a coaxial gas outlet and a tangential, in direction inclined at an angle to the vortex chamber axis. arranged supply lines in the vortex chamber jacket for at least one of the reactants and one the gas outlet opposite outlet for the discharge of reactants.

Die Erfindung besteht darin, daß in zwei benachbarten Querschnittsebenen jeweils zwei Zuführungsleitungen im gleichen Winkel zueinander schräg entgegengerichtet sind. Ferner kann die Wirbelkammer auf der dem Gasauslaß gegenüberliegenden Seite ein koaxiales Einströmrohr für weitere Reaktionspartner aufweisen. The invention consists in that in two adjacent cross-sectional planes two supply lines at the same angle to each other diagonally opposite are. Furthermore, the swirl chamber can be on the side opposite the gas outlet have a coaxial inflow pipe for further reactants.

Die in einer derartigen Wirbelkammer bewirkten Mischungen und Anreicherungen sind vielfach zur Erzielung besonderer chemischer Reaktionen erwünscht und haben Bedeutung in allen Fällen, in denen die Reaktionszeit verringert werden soll. The mixing and enrichment effected in such a vortex chamber are often desired and have to achieve special chemical reactions This is important in all cases in which the response time is to be reduced.

Außerdem wird bei dem neuen Verfahren eine unmittelbare Berührung der Reaktionsstoffe mit den Wandungen des Reaktionsraumes vermieden. Auf diese Weise kann man also chemische Reaktionen in Behältern zustande kommen lassen, die selbst möglicherweise mit einem Teil der zugeführten oder entstehenden chemischen Substanzen reagieren würden, oder bei denen die Temperaturempfindlichkeit eine Berührung nicht zulassen würde.In addition, with the new process there is direct contact the reaction substances avoided with the walls of the reaction chamber. In this way So you can let chemical reactions come about in containers that themselves possibly with some of the chemical substances supplied or produced would react, or where the temperature sensitivity would not react to a touch would allow.

An Hand der Zeichnung soll das Prinzip der Erfindung näher erläutert werden. The principle of the invention is to be explained in more detail with reference to the drawing will.

Fi-g. 1 dient der Erklärung der bekannten Drehströmung, während in Fig. 2, 3 und 4 die Ausbildung eines Staubringes sowie dessen Lageänderung und Abführung dargestellt ist. Fi-g. 1 serves to explain the known rotary flow, while in Fig. 2, 3 and 4 the formation of a dust ring and its change in position and removal is shown.

F i g. 1 zeigt zunächst eine auf etwa wendelförmigen Bahnen umlaufende Potentialströmung 1, die in bekannter Weise mit Hilfe einer Einströmung 2 angeregt und mit Hilfe eines festen Grundes3 nach Ausbildung einer Wirbelsenke in eine zur Potentialströmung koaxial und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung4 übergeführt wird. Die Rotationsströmung 4 läuft über eine Wirbelquelle in die Potentialströmung 1 zurück. Dabei wird unter einer Potentialströmung eine Strömung verstanden, in der die Teilchen keiner inneren Reibung ausgesetzt sind und sich infolgedessen nicht um ihre eigene Achse drehen. In der Rotationsströmung drehen sich die Teilchen um ihre eigene Achse. Die Potentialströmung stellt eine Zone hohen, die Rotationsströmung eine Zone niedrigen Druckes dar. Eine derartig zusammengesetzte Strömung wird als »Drehströmung« bezeichnet. F i g. 1 initially shows a circulating on approximately helical paths Potential flow 1, which is excited in a known manner with the aid of an inflow 2 and with the help of a solid base3 after the formation of a vertebral depression into a for Potential flow coaxially and in the same direction circulating rotational flow4 transferred will. The rotational flow 4 runs into the potential flow via a vortex source 1 back. A potential flow is understood to mean a flow in which the particles are not exposed to any internal friction and, as a result, do not move rotate on their own axis. In the rotating flow, the particles turn around their own axis. The potential flow represents a high zone, the rotational flow a zone of low pressure. Such a composite flow is called "Rotary flow" is called.

Um stabile Anreicherungsringe der Reaktionsmedien zu bilden, können jeweils zwei tangentiale Einströmungen schräg gegeneinander gerichtet werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Durch die Gegeneinanderstellung der Zuführungen 6-7 sowie 8-9 bilden sich im Drehströmungswirbler 5 zwischen den Zuführungen zwei spiegelbildliche Drehströmungen aus mit einer Stauebene, die als fester Grund wirkt und eine Umlenkung der Potential- in die Rotationsströmung bewirkt. In diesem Gebiet ist die axiale Strömungskomponente gleich Null, so daß sich hier bevorzugt rotierende Anreicherungen 10 in Form von Partikelringen ausbilden können. Die feinkörnigen oder staubförmigen Stoffe, die zur Reaktion gebracht werden sollen, können beispielsweise axial, wie durch den Pfeil 13 angedeutet ist, von unten her in den Reaktionsraum eingeführt werden. Werden alle Zuführungen 6 bis 9 gleichmäßig beaufschlagt, so bildet sich ein horizontaler Staubring 10. Durch ungleichmäßige Beaufschlagung kann die Gestalt des Partikelringes und seine Lage etwa nach F i g. 3 geändert werden. In diesem Fall ist z. B. die Zuführung 9 geschlossen, so daß sich ein schrägliegender Ring 11 ausbildet. In order to form stable enrichment rings in the reaction media, you can two tangential inflows are directed towards each other at an angle, like this in FIG. 2 is shown. By juxtaposing the feeders 6-7 and 8-9 are formed in the rotary flow vortex 5 between the Infeeds two mirror-inverted rotary currents from with a storage level, which as solid ground acts and causes a deflection of the potential flow into the rotational flow. In this area the axial flow component is equal to zero, so that here can preferably form rotating enrichments 10 in the form of particle rings. The fine-grained or dusty substances that are to be made to react, can, for example, axially, as indicated by arrow 13, from below are introduced into the reaction space. All feeders 6 to 9 become even when applied, a horizontal dust ring 10 is formed The shape of the particle ring and its position can be applied according to F i G. 3 can be changed. In this case z. B. the feed 9 closed so that an inclined ring 11 is formed.

Sollen Partikeln aus dem rotierenden Staubring entfernt werden, so können, wie das in Fig. 4 gezeigt ist, die unteren Zuführungen 8-9 geschlossen werden, so daß jetzt die Staubringe aufreißen und Teilchen auf wendelförmigen Bahnen mit der Potentialströmung abgeführt werden. If particles are to be removed from the rotating dust ring, see this can, as shown in Fig. 4, the lower feeders 8-9 are closed, so that now the dust rings tear open and particles on helical paths with it the potential flow are dissipated.

Die Zuführungsleitungen im Mantel der Wirbelkammer können beispielsweise in Form von Schlitzen, Kanälen, Düsen, feststehenden Flachdüsen, Leitschaufeln ausgebildet sein, durch die bei gasförmigen Medien beispielsweise Gase oder Dämpfe eingeblasen werden. Je nach den im einzelnen Fall vorliegenden Bedingungen, entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck, können die gleichen oder gleichartige Stoffe, die im Reaktionsraum zu behandeln sind, zugeführt werden, oder es können auch andere Hilfs- medien und weitere Substanzen eingeblasen oder auf andere Weise zum Einströmen gebracht werden. The feed lines in the jacket of the vortex chamber can, for example in the form of slots, channels, nozzles, fixed flat nozzles, guide vanes be through which gases or vapors, for example, are blown in with gaseous media will. Depending on the conditions in the individual case, according to the respective application, the same or similar substances as in Reaction space are to be treated, supplied, or other auxiliary media and other substances blown in or caused to flow in in some other way will.

Um bei Verbrennungsvorgängen eine Brennkammer oder eine Zyklonfeuerung besser als bisher betreiben zu können, läßt man die Teilchen während der Verbrennung, wie in F i g. 2 gezeigt, kreisen. Man erzielt dadurch einen höheren Ausbrand und erzeugt bei entsprechender Ausbildung der Strömung eine sehr hohe Asche- bzw. Schlackeeinbindung. In order to use a combustion chamber or a cyclone furnace during combustion processes to be able to operate better than before, the particles are left during the combustion, as in Fig. 2, circles. This results in a higher burnout and If the flow is appropriately developed, it creates a very high level of ash or slag binding.

Claims

Claims: 1. Rotary flow vortex for mixing and / or implementation chemical reactions between finely divided solids and / or liquids and / or Gases with the participation of at least one liquid or gaseous reaction partner, consisting of a vortex chamber as a reaction space with a coaxial gas outlet as well as tangential ones arranged in the direction inclined at an angle to the vortex chamber axis Feed lines in the swirl chamber jacket for at least one of the reactants and an outlet opposite the gas outlet for discharging reactants, d a d u r c h characterized in that in two adjacent cross-sectional planes each two supply lines at the same angle to each other obliquely opposite are.

2. Rotary flow vortex according to claim 1, characterized in that that the vortex chamber is coaxial on the side opposite the gas outlet Has inlet pipe for further reactants.