DE1767972C3 - Mehrstufiger Wirbelschichtreaktor - Google Patents

Description

Ausführungsbeispiel darstellt. Darin /eigen

A bb. la einen Längsschnitt durch den Reaktor.

Λ b b. 1 b eine Draufsicht auf einen Boden,

Abb. Ic eine Wirbelschichteinheit und

Abb. Id eine Wirbelschichteinheit in größerem Darstellungsmaßstab.

Bei dem Reaktor gemäß A b b. a tritt das Wirbelmediiim an der Stelle 1 über einen Dihusor 2, der mit einem kegelförmigen Sieb 3 abgedeckt ist. in eine zylindrische, mehrstufige Rieselboden-Wirbelschichisäule ein und durchströmt die einzelnen Stufen mit Böden 4 gleichmäßig bis /um Kopf der Anlage, flier wird durch eine diffusorartige Erweiterung 5 die mittlere Geschwindigkeit des Wirbelmediums verringert, und ein Kegelförmiges Sieb ο trennt die Partikeln von dem abströmenden Wirbelmedium 7. Das Gut wird am Kopf der Säule an der Stelle 8 zugeführt, durchrieselt im Gegensirom zum Wirbelsirommedium die einzelnen Wirbelschichten 9 und gelangt am Fuß der Anlage in einen Sammeltrichter 10, wo es über eine Schleusenvorrichtung 11 ausgetragen wird. Der uniersic Boden 12 der untersten Stufe 13 des Reaktors hat einen kleineren Durchtrittst iderstand als die höheren Böden 4.

Bei dem in Abb. Ib dargestellten Wirbelboden handelt es sieh unter vielen denkbaren Ausführungsarten um eine l.ochbodenplatte mit gleichmäßig verteilten Bohrungen. Letztere sind groß genug, um ein ungehindertes Hindurchrieseln der Partikeln zu ermöglichen.

In Abb. Ic ist die Bewegung einer Partikel in einer Wirbelschichteinheit schematisch dargestellt. Die Partikel vorläßt die Wirbelschicht 1 durch die Bodenplatte und gelangt in die Wirbelschicht 2. Hier vollführt sie mehrere kreisende Bewegungen bis sie schließlich an der Stelle 3 die Wirbelschicht verlaßt. Iu Wirklichkeit ist die Bewegung des Fettstoffes in den Wirbelschichten sehr viel verwickelter.

Diese Tatsache wird anhand der 111 \ b b. Id vergrößert dargestellten untersten Wirbelschichteinheil 13 einer Anlage verdeutlicht. Hierbei kennzeichnen die großen Pfeile die Bewegung des Wirbelmedaims. Die kleinen Pfeile an einigen Partü.eln /eigen, daß deren augenblickliche Bewegungsrichtungen keineswegs einheitlich sind. Während die durch ilen unteren Boden 12 hindurchlretenden Partikeln nur den Widersland des entgegenströmenden Wirbelniediiinis \orfinden. treffen die durch den oberen Boden 4 hiiidurehtreienden Partikeln außerdem auf ihnen entgegenbewegte andere Partikeln. Dieser Widerstandsunterschied wird in dem sich selbsttätig einstellenden Gleichgewichtszustand dadurch ausgeglichen, daß die Öffnungen im Boden 12 kleiner sind als die im Boden 4. Im zeitlichen Mittel ergibt sich längs der gesamten Anlage ein koniinuierlicher Partikelstrom, der dem Durchströmmeilium entgegen gerichtet ist.

Die Ausführung gemäß Abb. la ist sowohl mit wenigen als auch mit einer sehr großen Λη/ahl \on Böden verwendbar. Sie eignet sich in gleicher Weise für Stoffaustauschvorgänge, wie /.. B. für die Trocknung von partikelförmigen Feststoffen, für kataKtische Reaktionen sowie für Wärmeübergangspro/esse bei denen die Partikeln aufgeheizt oder abgekühlt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wirbelschichtreuktor mit einer Mehrzahl von Stufen, die von übereinander angeordneten Böden begrenzt sind, die gleichmäßig verteilte Öffnungen tür den Durchtritt des Mediums und des Guts im Gegenstrom aufweisen, zur Erzeugung separater, über ihren gesamten Querschnitt vom Wirbelzustand erfaßter, jeweils die Unterseite des nächst höheren Bodens erreichender Wirbelschichten, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt des Bodens (12) der untersten Stufe (13) geringer ist als derjenige aller darüber liegenden Böden (4), so daß der dem herabrieselnden Gut entgegengesetzte Austrittsw-derstand der untersten Stufe ebenso groß bemessen ist wie ihr Eintrittswiderstand.

   Die Erfindung betrifft einen VVirbelschichtreaktor mit einer Mehrzahl von Stufen, die von übereinander angeordneten Böden begrenzt sind, die gleichmäßig verteilte Öffnungen für den Durchtritt des Wirbelmediums und des Guts im Gegenstrom aufweisen, zur Erzeugung separater, über ihren gesamten Querschnitt vom Wirbelzusland erfaßter, jeweils die Unterseite des nächsthöheren Bodens erreichender Wirbelschichten.

   Mehrstufige Wirbclschichtreaktorcn zieht man der einstufigen Wirbelschicht vor, wenn es auf möglichst gleichmäßige Verweildauer des Wirbelguts im Raktor. gleichmäßige Phasenkontaktzeiten und geringe Rückvermischung ankommt (1.). Dabei ist ;iuch schon der Gedanke aufgetreten, den Reaktor durch Lochböden in eine Mehrzahl übereinander angeordneter Stufei. zu unterteilen, wobei das Wirbelgut von oben nach unten und das Wirbelmedium von unten nach oben durch die Öffnungen im Gegenslrom hindurchtreten (2.). Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich kein stabiler Betrieb mit im wesentlichen gänzlich gefüllten Stufen in einem Reaktor erzielen läßt, in welchem die Stufen durch im wesentlichen gleiche Lochplatten voneinander getrennt sind. Selbst wenn in den Lochplatten gesonderte Durchtrittsöffnungen für das Wirbelmedium in der einen und für das Wirbclgut in der anderen Richtung vorgesehen sind, ergibt sich kein stabiler Betrieb (3.)-Man war daher gezwungen, gesonderte Wege von Stufe zu Stufe für das Wirbclmedium einerseits und das Wirbelgut andererseits vorzusehen (1., 3. bis 8.). Will man eine solche aufwendige und manche Anwendungszwecke ausschließende Konstruktion vermeiden, kann man auch zu relativ dichten Wirbelschichten (Sprudclbetten) greifen (9.), was aber manche vcrfahrensmäßigen Nachteile hat, wobei man im übrigen einen gleichmäßigen Reallordurchsatz oft nur mit besonderen mechanischen Durchlaufhilfen beispielsweise in Form periodischer Öffniingsverstcllung (10.) erzielen kann. Man hat auch vorgeschlagen, dem Wirbelgut den Weg durch die Böden abwärts durch periodische Gcschwin- ^₀ digkeitsverringerung des Wirbelmediunis zu ermöglichen (11.), wobei aber diese periodische Geschwindigkeitsveränderung des Wirbclmediums insbesondere bei heißen oder agressiven Wirbelmedien problematisch ist. Daher zieht man es in vielen Fällen vor, das Gut im Gegenstrom zum Behandlungsgas durch den mit Lochböden versehenen Reaktor ohne Bildung ausgesprochener Wirbelschichten hindurchrieseln zu lassen

   (12. bis 14.) oder eine einstufige Wirbelschicht durch Lochböden zu vergleichmäüigen, wodurch aber deren prinzipielle Nachteile nicht beseitigt werden (15., 16.).

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mehrstufigen Wirbelschichtreaktor der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen stabilen und anpassungsfähigen Betrieb bei weitgehender Füllung der ein/einen Stufen trotz einfachem und unempfindlichem Aufbau gestattet.

   Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Durchflußquerschnitt des Bodens der untersten Stufe geringer ist als derjenige aller darüber liegenden Böden, so daß der dem herabrieselnden Gut entgegengesetze Austrittswiderstand der untersten Stufe ebenso groß bemessen ist wie ihr Eintrittswiderstand.

   Bei stationärem Betriebszustand besteht Gleichgewicht zwischen dem Gutstrom, der durch den Boden einer bestimmten Wirbelschicht verschwindet, und demjenigen, der von dem nächst höheren Boden zufließt. Die Größe dieses Gutstromes ist durch den Widerstand der verwendeten Böden bestimmt. Dieser hängt hauptsächlich von dem freien Querschnitt der Böden ab, wird jedoch zum Teil auch durch die Partikeln der darunter liegenden Wirbelschicht verursacht, die gegen die Unterseite des Bodens prallen. Der zuletzt genannte Einfluß entfällt bei dem untersten Boden. Wenn er ebenso gestaltet ist wie der darüber befindliche Boden, durch den das Gut in die unterste Stufe eintritt, könnte durch ihn eine größere Guunenge abfließen als von der darüber liegenden Stufe nachströmt. Dadurch würde nicht nur in der untersten Stufe sondern auch in allen darüber liegenden Stufen die Ausbildung einer Wirbelschicht verhindert werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich dies vermeiden läßt, wenn man den Widerstand, den der unterste Boden dem Austritt des Guts aus der untersten Stufe entgegensetzt, erhöht, so daß sich ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Eintritt der Partikeln in die unterste Stufe und ihrem Austritt daraus entwickeln kann. Eine sehr einfache Lösung dieses Problems besteht z. B. darin, die Löcher des untersten Wirbelschichtbodcns etwas kleiner zu wählen als diejenigen der darüber liegenden Stufen.

   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß bei einem mehrstufigen Wirbelschicht-Reaktor ein gleichmäßiger Gegenstrom von Wirbclgut und Wirbelmedium bei größtmöglicher Ausnutzung des gesamten Apparatevolumens erreicht wird. Bei gewähltem Boden bildet sich oberhalb eines bestimmten Mindestdurchsatzes des Wirbelmediums in jeder Stufe eine Wirbelschicht aus, deren relatives Lückenvolumen allein vom Mengenstrom des Wirbelmediums und den Kenngrößen der verwendeten Partikeln abhängt. Die Beziehung zwischen dem Mengenstrom des Wirbelmediums und der Ausbildung einer Wirbelschicht sind bekannt. Unerwünschte Erscheinungen, wie z. B. Stoßen, Kanalbildung und Totzonen, die insbesondere bei großen Feststoffmengen je Wirbelschichteinheit auftreten, lassen sich auf einfache Weise durch geeignete Wahl der Etagenabstände vermeiden. Die Querdurchmischung in jeder Wirbelschicht ist sehr intensiv. Es zeigt sich, daß der Gesamtdruckverlust infolge der größeren Bodenöffnungen geringer ist als bei den herkömmlichen, mehrstufigen Wirbelschichten mit Überlaufrohren (5). Darüber hinaus wird eine bedeutende konstruktive Vereinfachung erzielt.

   Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein vorteilhaftes