DE2119463A1

DE2119463A1 - Vorrichtung zur Fluidisierung fester Teilchen und deren Anwendung

Info

Publication number: DE2119463A1
Application number: DE19712119463
Authority: DE
Inventors: Ymchi Kono Hiasashi Nakai Shigeyuki Ninomiya Kohei Kuribayashi Atsushi Übe Yamaguchi Suzukawa (Japan) P
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1971-11-18
Also published as: ES390428A1; GB1340951A; US3735498A; DE2119463C3; CA1094782A; FR2090010A5; NL7105217A; NL168717B; DE2119463B2; SE365724B; JPS4918543B1; NL168717C; BE766050A; ES415938A1

Description

Patentanwälte DIpl.-lng. R. E3 *Ξ. E T Z sen.
Dfpl.-'.fi-\ K. LAu¹JPPiECHT

Dr.-l·: j. Γ. 3 _: £ T Z Jr.
8 Mttnchen 22, Steinsdorfstr. 10

. 21 Λ, 1971

übe Industries, Ltd., Ube-shi, Yamaguchi-ken (Japan)

Vorrichtung zur Fluidisierung fester Teilchen und deren

Anwendung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fluidisierung fester Teilchen mit einem Behälter mit zumindest einem Einlaß und zumindest einem Auslaß für Fluidisierungsgas, einem Teilcheneinlaß und zumindest einer perforierten Platte zur Bildung eines Fließ- oder Wirbelbetts oberhalb derselben.

Sie ist in breitem Maße 2.Bo für die Durchführung katalytischer Reaktionen oder für Sinterverfahren oder Mischund Trockenprozesse bei granulierten Teilchen» Körnern und

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dergleichen industriell anwendbar, und das besondere Anwendungsverfahren gehört ebenfalls zur vorliegenden Erfindung.

Üblicherweise werden bei Verfahren der vorstehend genannten Art für eine geeignete Fluidisierung von Feststoffteilchen folgende Verfahrensweisen angewandt:

a) Bei einem üblichen Verfahren, wie es beispielsweise.in der US-PS 2 874 480 beschrieben ist, wird ein zur Erzeugung eines Fließ- oder Wirbelbetts dienendes Gas in ~ einen Behälter, wie etwa eine zylindrische Kammer mit perforierter Platte, unterhalb derselben eingeleitet, das die oberhalb der Platte befindlichen Teilchen beim Aufwärtsströmen in einen Fließbettzustand versetzte'

b) Nach einem anderen Verfahren, wie es in der US-PS 2 786 280 beschrieben ist, wird Gas mit Aufwärtsrichtung in einen Behälter zur Fluidisierung fester Teilchen eingeblasen, wodurch ein Sprudel- oder Quellbett (spouted bed) erzeugt wirdο

c) Nach einer, weiteren Verfahrensweise wird das Ve rf ah r en (a) mit dem Verfahren (b) zur Fluidisierung von festen Teilchen in einen Behälter kombiniert, die gleichzeitig im '-Behälter zu einer Zirkulationsströmung angeregt werden, wie es in der Japanese Patent Gazette (41-11727) oder in der US-PS 3 417 978 beschrieben ist.

d) In der GB-PS 991 150 wird ein Verfahren zur Fluidisierung fester Teilchen unter Verwendung eines mehrstufigen Behälters beschrieben, bei dem die einzelnen Stufen durch Abwärtsführungen miteinander verbunden sind. Bei diesem

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Verfahren gelangen die Teilchen von einem oberen Fließbett durch überlauf längs der dazwischen angeordneten Abwärtsführungen zum unteren Fließbett₀

Die vorstehend genannten Verfahren haben gewisse Nachteile beim Wärmetransport zum Fließbett hin oder umgekehrt vom Fließbett wege Wenn beispielsweise Abgas, wie es von schwefelhaltigem Schweröl erhalten wird, bei hoher (Temperatur als Fluidisierungsgas zur Trocknung von Körnern und dergleichen unter Wärmeabgabe verwendet wird, treten bei den resultierenden trockenen Körnern Verfärbungen und/oder Anlagerungen von Verunreinigungen auf» Im Falle katalytischer Reaktionen findet eine Katalysator-Desaktivierung und/oder Vermischung der Verunreinigungen mit dem resultierenden Produkt im Fließbettbehälter statte

Im Falle des Wärmetransportes durch die Seitenwände eines solchen Fließbettbehälters sind die Wärmeübergangsflächen notwendigerweise begrenzt. Wenn man nun eine Mehrzahl kleiner FIießbettbehälter zu einer Einheit kombiniert und so die für den Wäraretransport zur Verfügung stehenden Flächen vergrößert, wird zwar der Wärmedurchgang im Vergleich zu einem Einzelbehälter in einem gewissen Maße verbessert, jedoch werden dadurch Anordnung und Betrieb kompliziert.

Bei Anordnungen von mit Wärmeübertragungsmedium gefüllten und von diesem durchströmten Rohrleitungen im Fließbett selbst wird z*Be bei Verwendung von Gas als Transportmedium für den Transport größerer Wärmemengen zum oder vom Bett eine große Menge Wärmetransportmedium benötigt. Wenn eine Flüssigkeit als Wärmetransportmedium dient, sind die maxi- ' mal zulässigen Bereiche von Temperatur und Druck meist recht begrenzt.

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Elektrische Heizmittel sind als"Wärmequelle aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht«,

Zusätzlich zu den oben genannten Wärmetransportverfahren gibt es ein weiteres Verfahren, bei dem die in Peststoffteilchen enthaltene Wärme im Fließbett ausgenutzt wird, wie es beispielsweise in der US-PS 3 238 271 beschrieben ist« Bei diesem Verfahren nehmen z_eB<, die aus dem Fließbett entfernten Teilchen außerhalb des Fließbettbehälters Wärme z_oB, in einem Ofen auf und werden dann im "regenerierten Zustand" in den Fließbettbehälter zurückgegeben, wo sie wiederum für Wärmetransportzwecke benutzt werden. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend«

Eine derartige Verfahrensweise erfordert komplizierte Einrichtungen für den Transport großer Feststoffteilchenmengen, was stets mit mechanischen Problemen verbunden ist und es ist somit nachteilige

Ziel der Erfindung ist daher eine verbesserte Fluidisierung fester Teilchen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden werden und insbesondere der Transport von Wärme vom oder zum Fließbett intensiviert werden kann.

Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine untere durch die perforierte Platte in einen unteren Abschnitt mit Gaseinlaß und einen oberen Abschnitt unterteilte Kammer; eine obere Kammer, in welcher der Gasauslaß angeordnet ist; und einen aus einer Mehrzahl von strömungsmäßig mit der unteren und oberen Kammer verbundenen Leitungen bestehenden Mittelteil, deren Gesamtquer-

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schnitt der unteren' Kammer_o

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt zwischen oberer und unterer Kammer vermittels der Verbindungsleitungen ein Zirkulationsstrom fester '.teilchen auf, durch den ein. intensivierter Yifärmetransport insbesondere durch die Leitungswände ermöglicht wird.

Die Erfindung basiert auf der Auffindung eines neuen Transportphänomens in einem Fließbett, bei dem insbesondere ein Zirkulationsstrom von Feststoffteilchen im fluidisieren Zustand innerhalb eines Behälters mit einer gewissen Anordnung auftrittο

Diese TransportPhänomene wurden insbesondere durch Untersuchungen zum Zwecke eines wirksameren Wärmetransportes zwischen dem Fließbettbehälter und der äußeren Umgebung durch die Oberflächen der Rohrleitungen hindurch aufgefunden, die zur Vergrößerung der Wärmetransportflächen in Betracht gezogen werden»

Bei diesen Untersuchungen wurde folgende Apparatur aus durchsichtigem Kunststoff verwendet um die zweckmäßigste Anordnung für eine wirksame Erhöhung des Wärmeüberganges aufzufindenj Vertikal angeordnete Kammern von zweierlei Art sowie eine Mehrzahl von Rohren zwischen beiden Kammern zur strömungsmäßigen Verbindung der Kammörräume. In 'der oberen Kammer war ein Auslaß für das Fluidisierungsgas vorgesehen, während die untere Kämmer mit einer herkömmlichen perforierten Platte für die Bildung eines Fließ- oder Wirbelbetts versehen war sowie mit Einrichtungen für die Zuleitung von Gas»

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In dieser Vorrichtung wurde eine geeignete Menge Feststoffteilchen auf die perforierte Platte gegeben und dann zur 'Pluldisierung der Teilchen Gas kontinuierlich in die untere Kammer eingeleitet, das mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch die perforierte Platte geschickt und. dann durch die Verbindungsieitüngen zur oberen Kammer hin transportiert und kontinuierlich aus letzterer durch den Säsäuslaß entfernt wurde₀

Im Ähfangsätadium (bei dem noch kein stationärer Zustand erreicht ist) beginnt der Äufwärtstransport von Teilchen in einigen der Rohre, während ein Abwärtstransport Von Teilchen in den übrigen Rohren einsetzte Bei Erreichen des endgültigen stationären Zustandes stellt sich eine Zirkulätionsbewegung ein* bei der Teilchen aufwärtsführende leitungen deutlieh von leitungen mit Abwärtsbewegung unterschieden sind und eine gewisse Menge der Feststoffteilchen im !Fließbett innerhalb... der Vorrichtung durch die obere Kämmerj die abwärtsführenden Eeitühgenj die untere Kammer und die aufwärtsführend§h leitungen in Auf einander folge zirkuliert,,

I)Ie verschiedenen Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen besser hervorgeheni die sich auf bevorzugte lusführüngsförmen der Erfindung bezieht und lediglich zur Erläuterung angegeben v»ird„ In den Zeichnungen zeigen (iiü SBhgma)!

Hg.- 1 einen Iiäägsschnitt durch einen erfindungsgemäßen iließbettbehälter;

ä eiiie Ibwaiidlüng der in fig» 1 gezeigten Artj

3 eineii längssciraitt durch einen weitereii i Mitef i

Fig. 4 und 5 Abänderungen der Leitungsanschlüsse im Behälter im Ausschnitt (siehe gestrichelte Kreise in Figo 1 und 3) in vergrößerter Form;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Fließbettbehälter gemäß.Figo 1;

Figo 7 eine weitere Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Fließbettbehälter gemäß Fig. 3;

Fig« 8 und 9 Abwandlungen der Vorrichtung gemäß Fig. 6;

Fig. 10 eine weitere Ausführungsart der Vorrichtung gemäß Fig. 6, bei der eine Zyklone in der oberen Kammer mit (umgekehrt) konischem Boden angeordnet ist;

Fig. 11 eine Abwandlung des Fließbettbehälters gemäß Figo 2, bei der spiral- oder schraubenförmige Leitungen als aufwärtsführende Leitungen vorgesehen sind;

Fig. 12 einen Querschnitt durch die in Figo 11 gezeigte Ausführungsart längs der Linie XII-XII;

Fig, 13 eine Abwandlung des Behälters gemäß Fig. 11 mit einer Zyklone als obere Kammer; und

Fig. 14 eine Aufsicht auf den Behälter gemäß Fig. 13.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Fließbettbehälter einer ersten Ausführungsart einen unteren Teil 1, einen oberen Teil 2 und einen mittleren Teil 3. Der untere Teil 1 wird durch eine Kammer gebildet, in der eine perforierte Platte 11 in üblicher Anordnung vorgesehen ist, welche die Kammer in zwei Abschnitte 1a und 1b unterteilt. Der untere Abschnitt 1a ist trichterförmig unddient der Zufuhr von Fluidisierungsgas durch den Graseinlaß 12. Der obere Abschnitt 1b wird durch eine zylindrische Kammer zur Aufnahme der Feststoffteilchen und BiI-

dung eines Fließ- oder Wirbelbetts gebildet« Durch den Auslaß 13 werden die Feststoffteilchen je nach Bedarf an eine weitere Verarbeitung abgegeben»

Der obere Teil 2 wird durch eine Kammer gebildet, die an der Oberseite mit einem Einlaß 21 für die Einspeisung von Feststoffteilchen und nahe der Oberseite mit einem Gasauslaß 22 für Gas versehen ist»

Der mittlere Teil 3 besteht aus einer Mehrzahl von Leitungen, wie dünnen Rohren, von praktisch gleichen Abmessungen und verbindet die untere Kammer 1 strömungsmäßig mit der oberen Kammer 2 (in Fig. 1 sind zur Vereinfachung lediglich zwei Leitungen dargestellt)» Die vertikalen Leitungen 31 und 32 enden an der flachen oberen Seite der unteren Kammer 1 und an der flachen unteren Seite der oberen Kammer 2 mit Öffnung zu beiden Kammern hin.

Bei der Anordnung gelangt ein durch den Gaseinlaß 12 in den unteren Abschnitt 1a der unteren Kammer eingespeistes Fluidisierungsgas durch die perforierte Platte 11 aufwärts in den oberen Abschnitt 1b, strömt von diesem aus nach oben durch die vertikalen Rohrleitungen 31 und 32 in die obere Kammer 2 und wird schließlich aus der oberen Kammer durch den Gasauslaß 22 nach außen abgegeben» Bei einer solchen Arbeitsweise bewirkt das Gas eine Fluidisierung einer geeigneten Menge von Feststoffteilchen, die durch den Teilcheneinlaß 21 in den Behälter eingegeben werden und es wird so ein Fließ- oder Wirbelbett im oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer 1 gebildet.

Die Teilchen werden in einem solchen Fließ- oder Wirbel-

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bett zu einer Aufwärtsbewegung veranlaßt und gelangen im ELießzustand vom oberen Abschnitt 1b durch vertikale Rohre 31 und 32 in die obere Kammer 2₀ Die aufwärts bewegten !Teilchen bewirken eine i'luidisierung der feststoffteilchen innerhalb der oberen Kammer 2 unter Bildung eines Sprudel- oder Quellbetts innerhalb derselben und sinken dann im Fließzustand von der oberen Kammer 2 durch die Leitung 32 oder 31, d<,ho auf einem gegenüber der Aufwärtsbewegung unterschiedlichen Leitungsweg abwärts unter Huckkehr zur unteren Kammer 1.

Demgemäß entsteht zwischen beiden Kammern ein eine ge·* wisse Teilchenmenge enthaltender Zirkulationsstrom_e

Der zur Entwicklung einer Zirkulation führende Prozess wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben:

Zu Beginn des Verfahrens strömt das durch die Leitungen 31 und 32 hindurchtretende Gas zusammen mit Peststoffteilchen des I'ließbetts P der unteren Kammer 1 aufwärts. Bedingt durch irgendeine Differenz zwischen den Strömungswiderständen für das Gas in beiden Leitungen wird jedoch eine Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeiten in diesen beiden Leitungen erzeugt» Insbesondere zu Beginn wird trotz der praktisch gleichen Abmessungen der Leitungen eine wenn auch leichte Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeiten spontan erzeugt»

Himnit man nun an, daß die Gasströmung durch die Leitung im Anfangsstadium etwas schneller ist als in der anderen Leitung, so strömen die !Feststoffteilchen durch die Leitung 31 mit höherer Geschwindigkeit aufwärts, während die Geschwindigkeit des £eilchenstroms durch die andere Leitung 32 geringer

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istο Auf diese Art und Weise wird ein "Transportstrom von Feststoffteilchen" in der Leitung 31 erzeugt, während in der anderen Leitung 32 die (Tendenz besteht, eine solche Erscheinung zu hemmen» Folglich nimmt die Differenz zwischen •den Strömungswiderstanden zwischen beiden Leitungen zu, so daß sich schließlich in der Leitung 31 ein deutlicher Aufwärtstransport der Teilchen im Fließbettzustand von der unteren Kammer 1 zur oberen Kammer 2 ausbildet, während in der anderen Leitung 32 fluidisierte Teilchen von der obexen Kammer 2 zur unteren Kammer 1 hin abwärtssinken. Auf diese Weise sind die Feststoffteilchen in beiden Kammern im Fließzustand, wobei gleichzeitig ein Austausch durch den Zirkulationsstrom von Teilchen im Fließzustand über die beiden Leitungen stattfind et ο;

Bezugnehmend auf Figo 1 wurde ein Behälter mit nur zwei Leitungen beschrieben« Derartige Behälter haben jedoch für die praktische Anwendung vorzugsweise 5 oder mehr Leitungen» Bei diesen dient dann zumindest eine Leitung als Leitung für die Aufwärtsbewegung, während die restlichen Leitungen als abwärtsführende Leitungen wirken.

"Durehblaserscheinungen" oder "Mitnahmephänomene¹¹ bei den Teilchen mit Tendenz zum Austrag von Teilchen aus der oberen Kammer durch den Abgasauslaß 22 können mit Hilfe allgemein bekannter Prall- oder Staueinsätze oder einer Zyklone vom Einsetztyp (siehe Daizo Kunii u» Octane Levenspiel? Fluidization Engineering (1969) Seite 408) wirksam verhindert werden, die etwa in der .in Fig. 10 gezeigten Art in der oberen Kammer 2 angeordnet ist· '

Per Boden der oberen Kammer kann vom (umgekehrt) koni-

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sehen Typs sein, wie es beispielsweise in Figo 2 gezeigt wird- Weiter kann der Behälter, wie nachfolgend beschrieben wird, hinsichtlich des Fluidisierungszustandes durch eine zusätzliche perforierte Platte in der oberen Kammer für eine zusätzliche Gaszufuhr in diese obere Kammer hinein und durch die perforierte Platte hindurch noch mehr verbessert werden,.

Gemäß Pig. 3 hat der Behälter eine untere Kammer 1, eine obere Kammer 2 und einen mittleren Teil 3, der aus einer Mehrzahl von Leitungen besteht (ähnlich den Teilen des Behälters gemäß Fig. 1), und die analogen Teile dieser Pig. 3 tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Mg· 1. Die in Fig« 3 gezeigte Ausführungsart besitzt jedoch gegenüber der zunächst beschriebenen Vorrichtung einigö wesentliche Unterschiede·

So wird die obere Kammer 2 gemäß Figo 3 durch eine zweite perforierte Platte 23 in zwei Abschnitte 2a und 2b unterteilt, und sie hat in Nähe ihres Bodens einen weiteren Gaseinlaß 24 für die Zuführung eines zweiten Fluidisierungsgases, das durch die perforierte Platte 23 aufwärtsströmt.

Außerdem ist ein Zulaß 15 für Feststoffteilchen im oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer 1 nahe ihrem oberen Ende vorgesehen, während bei dem Behälter gemäß Figo 1 eine solche Art Einlaß (21) in der oberen Kammer angeordnet ist. Eine Mehrzahl von vertikalen Leitungen 31 und 32 (des mittleren Teils 3) erstrecken sich nach oben zu durch den Boden der oberen Kammer 2 hindurch und enden an der zweiten perforierten Platte 23 mit öffnung in den oberen Abschnitt, 2b.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung des Behälters wird ein erstes Gas durch den ersten Gaseinlaß 12 in den unteren

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Abschnitt 1a der unteren Kammer 1 eingespeist und strömt aufwärts durch die erste perforierte Platte 11 in den oberen Abschnitt 1b, wie bereits an Hand von Figo - 1 beschrieben wurde. Bei dieser Verfahrensweise bewirkt dieses erste Gas eine Fluidisierung einer.großen Menge von Feststoffteilchen, die durch den Teilcheneinlaß im oberen Abschnitt 1b in den Behälter gelangen«. Auf diese Weise wird ein erstes Fließ- oder Wirbelbett (F-1) innerhalb des oberen Abschnitts 1b der unteren Kammer gebildet und.das erste Gas strömt- kontinuierlich durch die vertikalen Leitungen 51 und 32 aufwärts zum oberen Abschnitt 2b der oberen Kammer 2»

Gleichzeitig wird ein zweites Gas in den unteren Abschnitt 2a der oberen Kammer 2 eingeführt, das dann durch die zweite perforierte Platte 23 nach oben in den oberen Abschnitt 2b strömt« Die innerhalb des oberen Abschnitts 2b resultierende Mischung von erstem und zweitem Gas wird aus der oberen Kammer 2 durch den Gasauslaß 22 nach außen abgegeben.

In einem Anfangsstadium (bei dem noch kein stationärer Zustand erreicht ist) werden gewisse Anteile der Teilchen im Fließ- oder Wirbelbett (F-1) dazu veranlaßt, durch eine vertikale leitung 31 ader 32 aufwärtszuwandern und in den oberen Abschnitt 2b getragen. Folglich bewirken der Aufwärtsstrom des ersten Gases und der durch die zweite perforierte Platte 23 hinzutretende Aufwärtsstrom des zweiten Gases die Bildung eines zweiten Fließ- oder Wirbelbetts (F-2) innerhalb des oberen Abschnitts 2b der oberen Kammer 2. Gleichzeitig sinkt ein Teil der Teilchen des zweiten Fließbetts (F-2) im Fließzustand abwärts durch eine andere Leitung 32 oder 31 unter Rückkehr zum ersten Bett (F-1), und nach Einstellung eines Gleichgewichtszustandes wird so ein Zirkulationsstrom

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von [feststoffteilchen mit konstantem Durchsatz zwischen den beiden Kammern 1 und 2 erzeugte Im einzelnen zirkuliert eine große Menge von Feststoffteilchen innerhalb des Behälters durch den oberen Abschnitt Ib der unteren Kammer, die sich als Aufwärtsführung einstellende leitung, den oberen Abschnitt 2b der oberen Kammer und die sich als Abwärtsführung einstellende Leitung in angegebener Reihenfolge, wfthrend das erste Hieß- oder Wirbelbett und das zweite fließ- und Wirbelbett in den jeweiligen Kammern aufrechterhalten bleiben«

Wie bereits an Hand von Fig«, 1 dargelegt wurde, bildet sich ein solcher Zirkulationsstrom von Peststoffteilchen innerhalb des Behälters im Gleichgewichtszustand dadurch aus, daß zunächst eine leichte Differenz zwischen den Strömungswiderständen bei der Aufwärtsbewegung des ersten Feststoffteilchen mitführenden Gases durch die vertikalen leitungen 31 und 32 existiert, die spontan auftritt, selbst wenn die leitungen praktisch die gleichen Abmessungen haben, wonach sich sekundär durch Weiterentwicklung einer solchen Differenz ein Zustand ausbildet, bei dem zumindest eine leitung sich durch eine "Transportphase von Feststoffteilchen" von den restlichen leitungen unterscheidet, bei denen ein solches Phänomen verhindert wird.

Bine bevorzugte Zirkulation von Feststoffteilchen'zwischen beiden Kammern 1 und 2 kann durch Einstellung einer mittleren Gasgeschwindigkeit in d,en Leitungen 31 und 32 erreicht werden, die ausreichend bis 10-fach oder mehr relativ zur minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit ist₀ Das zweite, direkt in die obere Kammer 2 eingeführte Gas bewirkt einen günstigeren Zustand des zweiten Betts in der oberen Kammer 2 im Vergleich zu Verfahren ohne Zweitgas, wie sie an Hand von Fig« 1 geschildert wurden«

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Auch bei diesem Beispiel werden, in der Zeichnung aus Gründen der Vereinfachung lediglich zwei Leitungen gezeigt. Für den praktischen Gebrauch können jedoch vorzugsweise 5 oder mehr Leitungen benutzt werden,, Eine Mehrzahl von Leitungen kann in einer solchen bevorzugten Weise vorgesehen werden, daß ein Verhältnis des Gesamtquerschnitts der Leitungen zum Horizontalquerschnitt der unteren Kammer i von 1/25 oder mehr gebildet wird«

Ein solches Verhältnis ergibt einen besonders bevorzugten Zustand in ersten Hieß- oder Wirbelbett (F-I) in der unteren Kammer 1,

Bei den beiden oben beschriebenen Behälterarten wird der Zirkulationastrom der Teilchen bei Leitungen mit gleichen Abmessungen erzeugt, die, wie es in Fig_o 1 und 2 gezeigt ist, vom oberen Ende der unteren Kammer 1 her keine Verlängerungen nach unten zu aufweisen« Abweichend davon kann eine Verbesserung einer solchen Zirkulation durch eine Abwandlung insbesondere in dem durch gestrichelte Kreise markierten Bereich der Ausführungen gemäß Figo 1 und 3 erreicht werden*

Gemäß einer solchen Abwandlung hat zumindest eine der Leitungen eine von der oberen Wand bzwo "Decke" der unteren Kammer 1 nach unten ragende Verlängerung 30, wie es in Fig.4 gezeigt ist, oder alle Leitungen erstrecken sich abwärts durch die obere Wand der unteren Kammern hindurch, und zwar mit unterschiedlichen Längen 30a und 30b, wie es in Fig. 5 gezeigt wird, oder aber zumindest eine der Leitungen hat gegenüber den anderen Leitungen einen unterschiedlichen Durchmesser,

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Durch eine solche Anordnung kann zwangsweise eine Differenz der Strömungswiderstände in den Leitungen verursacht werden. Weiter resultiert aus der vorstehenden Anordnung ein Durchgang größerer Gasmengen durch die Leitungen und mithin eine Zunahme des Ausmaßes der zirkulierenden Teilchen. In solchen Fällen kann die Differenz zwischen den Verlängerungen vom oberen Ende der unteren Kammer her vorzugsweise etwa 50 mm oder mehr betragen» Etwa zwei Zehntel bis sieben Zehntel aller Leitungen können vorzugsweise als Abwärtsführung für die Aufnahme des nach unten wandernden Teilchenstroms vorgesehen werden.

Zusätzlich zu den oben angegebenen Abänderungen oder unabhängig davon können einige Abwandlungen des Behälters für eine intensive Unterstützung des ZirkulationsPhänomens (wie folgt) vorgesehen werden, um die Ausbildung eines besonders bevorzugten Fließ- oder Wirbelbettzustandes in dem resultierenden Behälter herbeizuführend

Fig. 2 zeigt im Vergleich zu Fig. 1 einige unterschiedliche Anordnungen des Behälters bezüglich der Leitungen und des Bodens der oberen Kammer 2.

Die abgewandelte obere Kammer 2 hat an Stelle des flachen Bodens gemäß fig. 1 einen nach unten zu konisch vorspringenden Boden. Alle Leitungen 31, 32 und 33 sind strömungsmäßig mit der oberen Kammer 2 und der unteren Kammer 1 verbunden und ragen zusätzlich nach unten in den oberen Abschnitt 1b der unteren Kammer hinein. Eine der Leitungen (31) ist dabei am untersten Ende oder zentralen Teil 23a des Konus 23' unter Trichterbildung angeordnet, während die anderen Leitungen (32und 33) symmetrisch dazu an den geneigten Teilen

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23b des Konus¹ angeordnet sind» Die zentrale leitung,31 hatnach unten zu von der oberen flachen Wand 16 der unteren .Kammer 1 her die längste Verlängerung» Die symmetrischen leitungen 32 und 33 haben untereinander gleich lange Verlängerungen nach unten zu_o

Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen zusätzlichen Grasauslaß im oberen Bereich der unteren Kammer zur Entfernung eines Teils des in die untere Kammer eingelassenen Gases*

Die Entfernung von Gas durch diesen zusätzlichen Auslaß 17 sorgt für eine Abnahme der Gasgeschwindigkeit in den Leitungen, so daß relativ kleine Teilchengrößen verwendet werden können und verlangsamt ebenfalls die Teilchengeschwindigkeit in .den aufwärtsführenden Leitungen. Damit kann auch ein Abrieb sowohl bei den Teilchen als auch der inneren Oberflächen der Leitungen verhindert werden»

Bei der beschriebeen Anordnung dient die zentrale Leitung 31 wirksam als abwärtsführende Leitung für einen intensiven Abwärtstransport von Teilchen und die anderen Leitungen dienen für eine wirksame Aufwärtsbewegung. Die konische Gestalt der oberen Kammer sorgt für eine Tendenz der Teilchen im Quell- oder Sprudelbett (S) innerhalb der oberen Kammer 2 zur Bewegung in Richtung auf den untersten oder zentralen Teils 23a, wodurch die Zirkulationsbewegung.der Teilchen innerhalb der oberen Kammer 2 unterstützt wird_o

In Pig.^ sind aus Vereinfachungsgründen lediglich 3 Leitungen gezeigt, von denen sich eine vom untersten Ende des Konus¹ nach unten erstreckt. Die Anwendung von 5 oder mehr Leitungen, von denen einige in der Umgebung nahe dem unter-

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sten Ende des Konus¹ angeordnet sind und als abwärtsführende Leitungen dienen, wird jedoch für den praktischen Gebrauch bevorzugte Alternativ kann eine Leitung mit größerem Durchmesser bevorzugt am untersten Ende des Konus¹ angeordnet sein und als einzige für die Abwärtsbewegung (an Stelle der vorstehend angedeuteten Anordnung in unmittelbarer Umgebung des untersten Endes) dienen,.

Zur Erzeugung einer solchen erzwungenen Zirkulationsströmung, wie vorstehend beschrieben wurde, können an Stelle der (gestreckten) vertikalen Leitungen auch gekrümmte Leitungen für Abwärts- oder Aufwärtsbewegung vorgesehen werden*

Abgeänderte Ausführungsformen mit solchen gekrümmten Leitungen werden durch die Fig« 11, 12, 13 und 14 veranschaulicht«,

Gemäß Pig» 11 bestehen die strömungsmäßig mit der unteren und oberen Kammer (die jeweils ähnlich wie in Figo 2 von (umgekehrt) konischer Gestalt sind) verbundenen Leitungen aus einer (gestreckt) vertikalen Leitung 31 und gekrümmten Leitungen 32 und 33.

Die vertikale Leitung 31 reicht vom untersten Ende 23a der oberen Kammer 2 bis zur Mitte der oberen Wand der unteren Kammer und durch eine zusätzliche Verlängerung 30a Über diese obere Wand hinaus in die untere Kammer hineinb Die ge** krümmten Leitungen 32 und 33 "umschlingen" die vertikale Zentralleitung 31 in symmetrischer Schraubenanordnung und haben zusätzlich von der oberen Wand der unteren Kammer in diese hineinragende Verlängerungen 30b und 30c„ Diese beiden Verlängerungen der spiral- oder schraubenförmigen Leitungen

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nach unten zu sind gleich lang aber kurzer als diejenige, der Zentralleituhg« Bei dieser Anordnung sind die schraubenförmigen Leitungen 32 und 33 aufwärtsfuhrende Leitungen, während die vertikale Leitung 31 als abwärtsführende Leitung dient»

Was die Gestalt der Leitungen betrifft, so hängt die Funktion der Leitung von den physikalischen Eigenschaften der Feststoffteilchen, wie Teilchengröße und Schüttwinkel (angel of repose), ab und die abwärtsführenden Leitungen können vorzugsweise so gestaltet werden, daß sie eine spontane Abwärtsbewegung der Feststoffteilchen unter der Wirkung der eigenen Schwere gestatten»

Die abgewandelte Ausführungsform gemäß Figo 13 hat Leitungen ähnlichen Typs wie in Fig* 11 und eine Zyklone 2, die als obere Kammer dient«. Die Zyklone 2 verhindert eine Entweichen von Feststoffteilchen zusammen mit dem abzugebenden Fluldisierungsgas in der Weise, daß entweichende Teilchen wieder eingefangen und rückgewonnen werden,,

Die Fig. 11 bis 14 zeigen Ausführungsformen mit zwei aufwärtsführenden und einer abwärtsführenden Leitung» Derartige Anordnungen mit drei oder mehr aufwärtsführenden Leitungen und einer abwärtsführenden Leitung sind jedoch ebenfalls mögliche

Bei der in Fig„ 14 gezeigten Vorrichtung kann eine schnittsumme aller Leitungen so festgelegt werden, daß sie größer ist als der Querschnitt der oberen Kammer, während bei den anderen Vorrichtungen gemäß den Fig* 1, 2, 3 und 4 Ä«ine solche Festlegung existiert, ■

Bei den beiden dargelegten Arten von Behältern zirkuliert

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ein großer Anteil von Teilchen durch die dünnen leitungen im ELieOzustande Demgemäß können die Oberflächen solcher Leitungen als Heizflächen verwendet werden,,

Eine Vorrichtung für den Wärmetransport zum oder vom Fließ- oder Wirbelbett mit solchen Behältern ermöglicht einen erwünschten Wärmeübergangsbetrieb, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten in bezug auf eine geeignete Leitungsanordnung hinsichtlich von Zahl, Durchmesser, Länge und Material ' bestünden.

Eine solche Vorrichtung wird nun bezugnehmend auf die Pig. 6, 7, 8, 9 und 10 vollständig beschrieben. Dabei sind ähnliche Behälter wie in Pig. 1 und 3 bei den Vorrichtungen gemäß Pig. 6 und 7 vorgesehen. Ein der Figo 2 ähnlicher Behälter mit zusätzlich eingesetzter Zyklone 5 in der konisch gestalteten oberen Kammer ist bei der Vorrichtung gemäß Pig. 10 vorgesehen.

Jede dieser Vorrichtungen hat einen zusätzlichen mit einer perforierten Platte 41 versehen Behälter II für den für den Wärmetransport, in den der Hauptbehälter (nachfolgend als Hauptbehälter I) in der Weise eingezogen ist, daß der Behälter II die Mehrzahl der Leitungen 31 und 32 des Hauptbehälters I umschließt und die Leitungen durch Boden, perforierte Platte 41 und Oberseite des umschließenden Behälters" II hindurchgehen (Pig. 6,7 und 10).

Außer der perforierten Platte 41 hat der umschließende Behälter II einen Gaseinlaß 42 nahe dem Boden und einen G-asauslaß 43 nahe seinem oberen Ende und dient als weiterer Behälter für die Erzeugung eines Pließ- oder Wirbelbetts anderer

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Peststoffteilchen oberhalb der perforierten Platte 41 durch Gas, das über äen Gaseinlaß 42 zugeführt wirde

Der Wärmetransport durch eine unterschiedliche Wirbelschichten voneinander trennende Wand ist besonders hoch. Natürlich kann aber auch in dem Fall, wenn ein Fließ- oder Wirbelbett nur im Hauptbehälter I gebildet wird, im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen eine höhere Wärmetransportrate erreicht werden.

Der umschließende Behälter II kann so angeordnet werden, daß er nur den durch die Leitungen gebildeten mittleren Teil des Hauptbehälters I umschließt, wie es in den Fig« 6, 7 oder 10 gezeigt wird. Alternativ kann eine nicht nur diese Leitungen sondern auch die obere Kammer 2 (wie es in Fig. 8 gezeigt wird) oder sogar den gesamten Hauptbehälterkörper (wie es in Fig. 9 gezeigt ist) einschließende Anordnung zur möglichst weitgehenden Verringerung von Wärmeverlusten vorgesehen werden.

Im Falle einer vergleichweise großen Temperaturdifferenz zwischen den eingeschlossenen Leitungen und dem umschließenden Behälter II treten infolge der Differenz der thermischen Ausdehnungen beider Behälter I und II Spannungen oder Verformungen auf» Derartige Wärmespannungen sollten dann insbesondere durch Mittel wie sog* "Dehnungsringe" aufgenommen werden, die an der Seitenwand des umschließenden Behälters II oder bei den Leitungen des Hauptbehälters I vorgesehen bzw. mon- . tiert werden. Mit der Absorption von Wärmespannungen verbundene ernsthafte Probleme bestehen jedoch in einer gewissen Schwäche solcher Mittel gegenüber hoher Wärme wie auch mechanischen Kräften und in den hohen Kosten, die solche zusätz-

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lichen Mittel zur Aufnahme von Wärmespannungen verursachen.

Unter diesen Umständen sind Vorrichtungen, wie sie in den !ig. 8 und 9 gezeigt werden und dem ^rtWanderkopftyp^K (travelling head typ) ähneln, vorzuziehen. In diesem falle wird das Problem der Übergahgsdichtung zwischen dem umschließenden Behälter II und dem Abgasauslaß 22 des Hauptbehälters I, der oben durch das obere Ende des umschließenden Behälters II hindurchtritt, durch Verwendung einer labyrinthdichtung leicht gelöste Eine solche Vorrichtung ist vorteilhaft, da keine Notwendigkeit für die Anwendung einer komplizierten Anordnung besteht und weiter eine wirksame Aufnahme der möglichen Wärmespannungen.innerhalb der Vorrichtung erreicht wird ο

Insbesondere für den Pail der Einführung eines Fluidisierungsgaaes von hoher Temperatur durch den Gfaseinlafl 12 1st die Vorrichtung gemäß Pig« 8 wirtschaftlich vorzuziehen, wie auch hinsiöhtlich der Wärmeresistenz der Ausrüstung in Anbetracht der !Datsache, daß die untere Kammer 1 des Hauptbehälters I aus feuerfesten Ziegeln hergestellt werden und weiter von kompakter Bauart sein muß.

Im lalle einer Vorrichtung, bei. der der gesamte Körper oder die obere Kammer 2 und die Leitungen des Hauptbehälters I im umschließenden Behälter II enthalten sind, ist eine obere Kammer 2 mit einer oberen halbkugelähnlichen Farm, wie sie in den Pig, 8 und 9 gezeigt wird, zur wirksameren Verstärkung der oberen Kammer bevorzugt.

Bei den in Pig» 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ist kein besonderer Seilcheneinlaß zur Beschickung des Behälters vorgesehen und der G-asauslaß 22 der oberen Kammer dient

109847/182 6 ÖWGtNAL INSPECTED

sowohl dem Gasauslaß als auch dem feile! heneinlafiU

. Wie leicht einsusehen ist, zeichnet sieh die erfindungsgemäße Vorrichtung duroh eine sehr einfach Anordnung und beträchtlich größere Wärmeübergangs:flächen ale bei bekannten Torrichtungen aus· '■].

Wenn die erfindungsgsmäßeYor.riehtüng für Verfahren angewendet wird, dies mit einem !Dranaport !großer Wärmemengen

sind, wie für Aufheiziiingeiij Wäroerückgöwiruiung, katalytisch** Hssktionen, shenaiecho Spaltung von Kohlenwaseesatoffe»| |i jttxrevfahBtä» lühl- und [95»ookenpa?ozesee_t so werden ausgffeiQhnete Srgefeniisst

In den

men d@j? Fliefsolch«a Behält

nschfelgenüen Beispielen werden Ausführungsfür-

Wirbell?ettliehälteE und Yorriciitungen mit gemäS de; Erfindung angegeben«

Peststoffteilchen wurden in einem Eehältartyp ähnlich dem in fig, 1 gezeigten aus durchsichtigen Kunststoff unter Anwendung der folgenden Bedingungen fluidisiert,

B ehält er abmessungen und Verf&hr en«! bedingungen»

Eine untei©Kammer mit 300 mmjZf xi50 mm ^(DurchDies^^{r χ}· eine obere Kammer mit 300 mmj2f χ 850 mm

vertikale leitungenι Anzahl 5

Außendurchmesser 34 Innendurchmesser 28

109847/1826

öftkSfNAL

	- β - ■ ²	119463
	Höhe	3000 mm
eine perforierte	Plattet Lochzahl	60
	Lochdurchmesser	2 muß
feste Teilchenι	Material	Borphosphat
	Seilchengröße	100 - 500 μ
	Menge	12 kg
	"minimale Fluidi-

ein Fluidisierungegas (Luft) mit Volumen- .,._β _3/. - · durchsetz von 44t 2 m/h

Als Ergebnis der Fluid!sierung der Feststoffteilchen durch Luft wurde ein Zirkulationsstrom fester Teilchen zwischen der unteren und oberen Kammer durch die Behälterwand beobachtet, wobei 4 der 5 Leitungen als aufwärtsführende leitungen zur Herbeiführung eines Aufwärtstransportes fluidisiert er Teilchen der unteren Kammer zur oberen Kammer hin dienten, wobei eine ITluidisierung der Teilchen in der oberen Kammer auftrat, während die -verbleibende Leitung als abwärtsführende Leitung für den Abwärtstransport der resultierenden fluidisieren Teilchen der oberen Kammer zur unteren Kammer hin diente. Messungen zeigten ein Ausmaß von 420 kg/h an umgewälzten Teilchen und eine mittlere Geschwindigkeit der Luft von 4 m/s bezogen auf den Geaarntquersehnitt der Leitungen«

Beispiel 2

Ein ähnlicher Yorrichtungstyp, wie er in Pig. 6 gezeigt wird, wurde zur Herbeiführung eines Wärmetransportes zwischen einem Fließ- oder Wirbelbett im Hauptbehälter I und der äusseren Umgebung durch die als Heizflächen dienenden Wände der Leitungen angewandt· Bei der Vorrichtung wurde ein Verbren-

109847/1826

nungsabgas von hoher !Temperatur kontinuierlich durch den Gaseinlaß 12 in den Behälter I eingespeist und strömte durch die perforierte Platte 11 unter Fluidisierung eines Bettes fester Teilchen aufwärts und wurde durch den Abgasauslaß aus dem Hauptbehälter abgegeben, während andere Feststoffteilchen im umschließenden Behälter II durch "Luft fluidisiert wurden, die durch den Gaseinlaß 42 zugeleitet wurde, durch die perforierte Platte 41 aufwärtsströmte und schließlich nach Aufheizung während des Aufenthaltes im Behälter II durch den Abgaeauslaß 45 aus dem Behälter II abgegeben wurde.

Die Abmessungen der Vorrichtung und die Verfahrensbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben und die Ergebnisse in Tabelle 2.

109847/1826

Tabelle

Hauptbehälter (I)

eine untere Kammer mit 300 mmJ0 χ 600 mm (Durchmesser χ Höhe)

eine obere Kammer mit 300 mmj2f χ 1600 mm (Durchmesser χ Höhe)

vertikale leitungen» Material 25 Gr-20Ni-Stahl Anzahl 14 Außendurchmesser

Innendurchmesser

40

32 mmjZi

feste Teilchen» Material Magnesiumoxid Menge 65 kg

Teilchendurchmesser

0,3 - 1

minimale Fluidisierunggeschwinaigkeit

32 cm/s

eine perforierte Platte:

Lochzahl 9 Lochdurchmesser 17,3

Fluidisierungsgas . (Verbrennungsabgas): Volumendurchsatz 127 Nm

ein Behälter mit 300 mm^ χ 35ΟΟ mm (Durchmesser χ Höhe)

umschliessender

Behälter (II)

feste Teilchen:

Material
Menge

Teilchendurchmesser

minimale Fluidisierungsgesehwindigkeit

Mullit 90 kg

1-2

_Cm/s

lluidisierungsgas (Luft): Volumendurchsatz

153 Nm

109847/1826

719463

Tabelle 2

Haupt-

behälter (D

Temperaturen der Verbrennungsabgase»

am Gaseinlaß
am Grasauslaß
in der unteren Kammer

130O⁰G 630⁰O 770⁰O

Ausmaß umgewälzter Teilchen

mittlere Geschwindigkeit des Verbrennungsgases bezogen auf den Gesamtquer schnitt der Leitungen

870 kg/h

10,3 m/s (63O⁰O)

um— sehlies· sender Behälter (II)

Lufttemperatur;

am Lufteinlaß
am Luftauslaß

"Oberflächengasgeschwindigkeit in einer Säule" im Fließbett

20⁰C 580⁰O

2,5 m/s (58O⁰C)

Beispiel 3

Die gleiche Vorrichtung wie bei Beispiel 2 wurde für einen Gas-Wärmetransport unter Anwendung der gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 2 mit Ausnahme der folgenden verwendet 5

Luft mit einem Volumendurchsatz -von 100 Nm /h wurde anstelle der Verbrennungsabgase (mit 127 Um /h) - tür den Hauptbehälter I verwendet, während Verbrennungsabgas mit 160 Nm ν für den umschließenden Behälter II an Stelle von Luft (mit 153 Nm /h) verwendet wurde, wobei im Gegensatz zu Beispiel 2 Luft im Hauptbehälter aufgeheizt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

109847/1826

Tabelle 3

Haupt-

behälter (D

Lufttemperatürent

am Lufteinlaß
am Luftauslaß
in der unteren Kammer

2O⁰G 430⁰O 320⁰C

Ausmaß umgewälzter !Teilchen

mittlere Geschwindigkeit der Luft bezogen auf den GeBamtquerschnitt der Leitungen

605 kg/h

6,33 m/s (43O⁰O)

um-

schliessender Behälter (II)

Temperaturen des Verbrennungsabgasest

am Gaseinlaß
am Gasöuslaß

"Oberflächengasgeschwindigkeit in einer Säule"

im Fließbett

700⁰C 450⁰G

2,2 m/s (450⁰O)

Beispiel 4

Ein Fließ- oder Wirbelzustand von Feststoffteilchen wurde durch die Wände eines dem in Fig. 3 gezeigten ähnlichen Behältertyps aus durchsichtigem Kunststoff unter Anwendung der folgenden Bedingungen beobachtet.

Abmessungen des Behälters und Verfahrensbedingungenι

eine untere Kammer mit 300 mmj2f χ 150 mm (Durchmesser ζ Höhe) eine obere Kammer mit 300 mm# ζ 850 mm (Durchmesser ζ Höhe)

109847/1826

vertikale Leitungeni

erste perforierte Platte in der unteren Kämmen

zweite perforierte Platte in der oberen Kammer:

feste Teilchen«

34 mmjÖ 28 mm0 3000 mm

72

2 S

60 2

Anzahl

Außendurchmesser Innendurchmesser Höhe

Lochzahl
Lochdurchmesser

Material Mullit Teilchendurchmesser 100 - 500 μ Menge 15 kg

erste, in die untere Kammer eingespeiste Fluidisierungsluft: ;;

Volumendurchsatz 48

zweite, in die obere Kammer eingespeiste Fluidisierungsluft:

Volumendurchsatz 14

Als Ergebnis der Fluidisierung der Feststoffteilchen durch die erste und zweite Luft wurde ein Zirkulationsstrom von Teilchen zwischen beiden Kammern in einem solchen Zustand beobachtet, bei dem nur eine Leitung als abwärtsführende Leitung diente«

Die in beiden Kammern beobachteten Fließ- oder Wirbelzustände sind außerordentlich günstig. Messungen zeigten ein Ausmaß von umgewälzten Teilchen von 460 kg/h und mittlere Luftgeschwindigkeiten von 4,3 m/s bezogen auf den Gesamtqüerschnitt der Leitungen.

109847/1826

Beispiel 5 .

Eine abgeänderte Vorrichtung gemäß Beispiel 4 wurde unter Anwendung der gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 mit Ausnahme der folgenden Bedingungen verwendetι

Wie in fig· 4 gezeigt wird, jnirde nur eine der dünnen Leitungen für eine durch das obere Ende der unteren Kammer abwärtsführende Verlängerung "vorgesehen, feststoffteilchen wurden in einer Menge von 15 kg angewandt und fluidisierungsluft wurde mit 68 wP/h in die untere Kammer eingeaptiat«

Als Ergebnis wurde >ine heftige Zirkulation sen Menge von feststoffteilohen sraischen der unteren und oberen Kajnmer in einem solchen Zustand, beobachtet, daS nur die eine!leitung mit abwärtsführender Tjelclängerung vom oberen, Ende der unteren Kammer h@^ als ^bwkrtsiünrende Leitung dieäte> während die restlichen Leitunge|i ohne untere Verlange-» rüngen als;aufwärtsführendie Leitungen dienteno

Messungen zeigten ein Ausmaß der umgewälzten Seilchen von 730 fcg/h und eine mittlere Luftgeschwindigkeit von 6|i m/s (bezogen auf den G-esamtquerschnitt der Leitungen).

Beispiel 6 t

Eine der in fig. 7 gezeigten ähnliche Vorrichtung wurde für den Wärmetransport zwischen dem Hauptbehälter I und dem umschließenden Behälter II durch die Wände der Leitungen als Heizflächen angewandt·

Bei dieser Vorrichtung wurden Verbrennungsabgase mit

109847/! 826 ^*"**^INSP6C™

■- 30 -

hoher Temperatur in die untere Kammer und obere Kammer des Hauptbehältera Jzur Aufwärtsströmung durch die jeweiligen ferforierten Platten und resultierende Mischung beider Gase eingespeist und? *uö der oberen Kammer abgegeben, wobei erste und «weite fließ- oder Wirbelschichten in gut·« Zustand in den jeweiligen Eaajsern mit «ine» Zirkulation*etroa von Teilchen ÄWiBChen beiden K«nmtraa durch die Leituagtn hindurch gtbil- : , α at mir ei on. GleiahacLiig wurde dae andere Gas in den umachliea- »endeu Behälter II eing* speiet und naoh Auf wärt set römung durch dessen ^^l^l^:|^rlijs^^$φ_»^<N^BÄ."nisd^iflsj£e^iii|j$^iSe>^ _an4e^eik-^est--_; .■ »toftteilcheÄ ΐφ##"Αβψ_Plattet.wieder-:m^Aem Behä^l«?,-: abgfirüc ^ •geben»" B«^·■ 4ii|l#te^fi^^i^^^iifäap4;«;-iiiit*;--*!^,'*?^^ iifr-^rcjlv.Wärme;^ -übergang-dur|^^;;||jte;^|^

t|mgeb©n|jln:;^:^|||n^»Jlvp|n|i|^ ; /Λ fi^ -V ~^ν,ζ;-.&ϊ\

...... \T&%\'jjfcifä%i^^ >

109047/t826

ORIGINAL INSPECTED

!Tabelle

Hauptbe
hälter (D

eine untere Kammer mit 300 mm0 χ 600 mm (Durchmesser χ Höhe)

eine obere Kammer mit 300 mm$ χ 1600 mm (Durchmesser χ Höhe)

erste perforierte Platte in der unteren Kämmen

lochzahl 9

Lochdurchmesser 17»3mm0

zweite perforierte Platte in der oberen Kämmen

Lochzahl 60

Iiochdurchmesser 2

vertikale Leitungen! Material 25 Cr-20 Ni-

Stahl Anzahl H

Außendurchmesser 40 mmjZf Innendurchmesser 32

feste Teilcheni

Menge 65 kg

SPeilchenäurchmesser 0,3-1» minimale Fluidieie- ,_{p cm}/_ rungsgeschwindigkeit ^{y w}

erstes, in die untere Kammer eingespeistes Verbrennungsgas 130 Nm⁵A

zweites, in die obere Kammer eingespeistes Verbrennungsgas 30

schliessender Behälter
(II)

Behälter mit χ 3500 mm (Durchmesser χ Höhe)

feste Seilchens

Menge 90 kg

Teilchendurchmesser 1-2 mm0 minimale Pluidieie-

rungsgeschwindigkeit

^{öp cm/s}

Fluidisierungslufts Yolumendurchsatz 150 Nmfh

109847/1826

Tabelle 5

Haupt-

behälter

(D

Temperaturen des Verbrennungsabgases (erstes und zweites Gas)

am Gaseinlaß,jeweils - am Gasauslaß ι jeweils

130O⁰O 640⁰C

Ausmaß umgewälzter Teilchen«

940 kg/h

,mittlere Geschwindigkeit bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Leitungen:10,8 m/s

(68O⁰O)

umschliessender

Behälter -

(II)

Lufttemperaturen: am Lufteinlaß

am Luftauslaß

20⁰O 610⁰C

"Oberflächengeschwindigkeit in einer Säule" im Fließbett 2,54 m/s

(61O⁰C)

Beispiel 7

Eine modifizierte Vorrichtung gemäß Fig. 8 mit derart abgeänderten Leitungen wie in Fig. 5 wurde zur Herbeiführung eines Wärmetransportes zwischen den Leitungen bzw. der oberen Kammer des Hauptbehälters I und dem Leitungen und obere Kammer einschließenden Behälter II durch die als Heizflächen dienenden Wände hindurch angewandt. Bei dieser Vorrichtung wurde ein Verbrennungsabgas mit hoher Temperatur kontinuierlich in die untere Kammer des Hauptbehälters I eingespeist, strömte durch die perforierte Platte aufwärts und wurde kontinuierlich aus der oberen Kammer abgegeben. Feststoffteilchen im Behälter I wurden von der unteren Kammer durch das durch Leitungen mit den kürzeren unteren Verlängerungen (vom oberen Ende der unteren Kammer nach unten) aufwärtsströmende

109847/1826

Gas zur oberen Kammer getragen, von der aus sie sich durch die anderen Leitungen mit längerer unterer Verlängerung wieder zur unteren Kammer abwärtsbewegten,.

Bei einem solchen Verfahren trat ein Zirkulationsstrom von !Teilchen zwischen beiden Kammern auf, wobei gute Fließ- oder Wirbelschichten in den beiden Kammern gebildet wurden,. In diesen Zustand wurde Luft in den umschließenden Behälter II eingeleitet und strömte durch die perforierte Platte aufwärts unter Fluidisierung der anderen Feststoffteilchen oberhalb der Platte und wurde wieder abgegeben» Als Ergebnis wurde die Luft im umschließenden Behälter II durch Wärmedurchgang durch die Wände der Leitungen und der oberen Kammer aufgeheizt, die von dem durch die Luft gebildeten-Fließ- oder Wirbelbett umschlossen wurden« . '

Abmessungen der Vorrichtung und Verfahrensbedingungen bzw« Ergebnisse sind in den Tabellen 6 bzw. 7 zusammengefaßte

10 9 8 4 7/1828

- 34 Tabelle

Hauptbe-

hälter (D

eine untere Kammer mit 300 ma0 x 600 mm (Durchmesser χ Höhe)

eine obere Kammer mit 300 mm# χ 1000 mm (Durchmesser χ Höhe).

eine perforierte Platte in der unteren KammerΓ Loehzahl 9

Lochdurchmesser 17»3

vertikale Leitungen« Material

Ana 8hl.. aufwärtsführender Leitungen :

25 Or - 20 Hi-Stahl 10

Anzahl abwärtsführender Leitungen ;

Länge der Leitungen zwischen beiden Kammern

Verlängerungen der Aufwärtsleitungen

Verlängerungen der Abwärtsleitungen I

2500 mm 100 mm 2OQ mm

feste leilohejii Menge !Deilchendurchmesser

32 cm/s

um« schlies· sender

Behälter (II)

Behälter mit 420 mm|i χ 4000 mm (Durchmesser xHöhe)

feste Teilchens Menge TeilchendurehmeBser

minimale Fluidisierungsge-

schwindigkeit 120 kg 0,5 - 1,0

45 cm/s

Huidisierungsluft, Volumendurchsatz 184

109847/1826-

fabeile 7

Haupt-

behälter (I)

Temperaturen des VerbrennungsabgaBest

am Gaseinlaß am Gasauslaß

650⁰C

Ausmaß umgewälzter Teilchen!

2900 kg/h

Bittlere Geschwindigkeit bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Leitungen: 12,9 m/s

(65000)

umschli essend er

Belälter (II)

Lufttemperatur« am Lufteinlaß

am LuftauslaS

«Oberflächengasgeechwindigkeit in einer Säule¹* im Fließbett*

20⁰O 59O°Ö

1,35 m/s

Beispiel 8

Sin Wärmeaustausch wurde in einem der Fig· IO entsprechenden Behälter zwischen dem umschließenden Behälter II und dem Hauptbehälter I'herbeigeführt, der eine (umgekehrt) konische obere Kammer 2 mit eingeschlossener Zyklone 5 hatte« Bei Einführung von Verbrennungsabgas mit hoher Temperatur in den Hauptbehälter I zur Fluidieierung der darin enthaltenen Feststoffteilchen strömte das Gas zusammen mit einem !Teil der Feststoffteilchen durch die kürzeren Leitungen 32 und aufwarte in die konische obere Kammer 2. Die aufwärts geblasenen Feststoffteilchen bewegten sich in Sichtung des unteren Endes 23a des Konus¹ und dann abwärts durch die Zentralleitung 31 zur unteren Kammer 1 hin. Das aufwärts geblasene Abgas wurde durch die Leitung 53 in die Zyklone 5 zusammen mit einem .Seil der festen Teilchen eingeführt, von diesen

109847/1326

getrennt und danach aus der Zyklone durch den Abgasauslaß nach außen abgegeben« Gleichzeitig wurden die abgetrennten Teilchen aus der Zykone 5 durch den Teilchenauslaß 51 entlassen und bewegten sich zum unteren Ende 23a. Die von der Zyklone 5 rückgewonnenen Teilchen wurden zusammen mit einer anderen Portion Teilchen, die nicht in die Zyklone 5 gelangten, zur unteren Kammer wieder zurückgeführt»

Eine solche Bewegung der festen Teilchen und des Verbrennungsabgases verursachte einen Zirkulationsstrom der Teilchen zwischen beiden Kammern durch die leitungen hindurch..

Während der Durchführung des obigen Prozesses im Hauptbehälter I wurde Luft in den umschließenden Behälter II zur Fluidisierung der anderen Feststoffteilchen oberhalb der perforierten Platte 41 eingeleitet und durch Wärmetransport durch die Wände der Leitungen (primär) hauptsächlich zu den anderen Teilchen im umschließenden Behälter II hin aufgeheizte

Abmessungen der Vorrichtung und Verfahrens-bedingungen sowie die erzielten Ergebnisse sind in den Tabellen 8 sowie 9 zusammengefaßt·

109847/1826

- 37 Tabelle 8

Haupt-

behälter

eine untere Kammer mit

300 wm.0 χ 800 mm !!Durchmesser χ Höhe)

eine obere Kammer mit 300 mm0 χ 1500 mm

(Durchmesser χ Höhe) Spitzenwinkel des konischen Teils: 90⁰O

Höhe vom oberen Ende der unteren Kammer aqqq bis zum untersten Bride der oberen KammerJ^"

zentrale vertikale leitungen (aus und nahe dem untersten Ende der oberen Kammer:

Anzahl

450 mm Außen- und Innendurchmesser 40 mmj2f und 32mmj#

zusätzliche länge vom oberen Ende der unteren Kammer her

umgebende vertikale Leitungen (Anordnung rund um die zentralen leitungen)»

Anzahl 6

. zusätzliche länge vom oberen Ende der unteren Kammer he% 400 mm

Außen- und Innendurchmesser 40mmjZi und 32mm$

eine perforierte Platte in der unteren Kammer: lochzahl 9

lochdurchmesser 17»3 mm.0

feste Teilchen: Material Menge
Teilchendurchmesser

minimale Fluidisierungs gesehwindigkeit

Magnesia

54 kg 0,3 - 1,0

32 cm/s

Ve rb r ennung s ab g a s t

Temperatur am Einlaß Volumendurchsatz

140

109847/1826

2119Λ63

Tabelle 8 (Portsetzg.)

	Behälter mit 300 wmß χ 3500 mm	(Durchmesser ζ Höhe)
	feste Teilchens Material	Mullit
um— sehlies aende r	Menge Teilchendurchmesser	90 kg 1-2 mmjZf
Be hälter	minimale Fluidisierungs- geschwindigkeit	85 cm/s
(II)	Fluidisierungslufti
	Temperatur am Einlaß	20°0
	Volumendurchsatz	160 NmVh

Tabelle

Haupt-

be-hälter (D

Temperatur der Verbrennungsabgase*

am Auslaß

660⁰C

mittlere Gasgeschwindigkeit bezogen auf den Gesamt querschnitt der leitungen» 11,8 m/s

(660⁰O)

Ausmaß von Teilchenzirkulation zwischen beiden Kammern*

1600 kg/h

umachliessender

Behälter (II) :

Temperatur der Luft* am Auslaß

"Ob^rflächengasgeschwindigkeit in'einer Säule»

600 0

2,7 m/s ( 600.00)

Beispiel 9

.- ]?ests^o;pte;^ der Pig* 11 entsprechenden Behältertyp aus durchsieht!gern Kunststoff unter Anwendung der folgenden Bedingungen fluidisiert und der resultierende Fließ- oder Wirbelzustand beobachtet.

λ Abmessungen des Behälters und Verfahrensbedingungen:

Eine untere Kammer mit 300 mmjfl χ 600 mm

(Durchmesser χ Höhe)

eine obere Kammer mit ^ ' 300 mmjZf χ 1000 mm

' (Durchmesser χ Höhe)

Spitzenwinkel des konischen Teils 90⁰C Höhe vom oberen Ende der unteren Kammer bis zum untersten Seil der oberen Kammer« 3000 mm Spiralleitungen (umfangsmäßig angeordnet mit einem Durchmesser von 24Gf mmJ3)i

Anzahl 6

Zahl der Windungen 4

Spiralanordnung r -.Ganghöhe 660 mm

Wickeldurchmesser 240 mm0

länge im abgewickelten Zustand vom geneigten Boden der oberen Kammer bis zum fla- 4480 mm chen oberen Ende der unteren Kammer

zusätzliche länge vom oberen Ende der ~qq unteren Kammer her *

Außendurehmesser 34

Innendurchmesser . 28

eine vertikale leitung (im Zentrum der Umfangsanordnung) t

länge vom untersten Ende dör oberen

Kammer bis zum flachen oberen Ende 3000 mm der unteren Kammer

zusätzliche länge vom oberen Ende der unteren Kammer her nach unten zu

Außendurchmesser 114 mm0

109847/1826

Innendurchmesser . 100 mwjfi

eine perforierte Platte in der unteren Kammer}

Lochzahl	72
Lochdurchmesser	2 rninjZf
feste Teilchen: Material	Borphosphat
Teilchendurchmesser	100 - 500 μ
minimale Fluidisierungsge-	5" cm/s
schwindigkeit	Luft
Fluidisierungsgas:	117 Nm³A
Volumendurchsatz

Als Ergebnis des Verfahrens, bei dem die Luft durch den Einlaß der unteren Kammer eingeführt und aus der oberen Kammer durch deren Auslaß abgegeben wurde, konnte durch die transparenten Wände des Behälters hindurch eine Zirkulation von feststoffteilchen beobachtet werden, die durch die Spi- · ralleitungen mit kürzeren zusätzlichen Verlängerungen aufwärt sbewegt wurden und .sich durch die vertikale Leitung mit längerer zusätzlicher Verlängerung abwärtsbewegten»

Das Ausmaß der umgewälzten üeilchen betrug 2.900 kg/h und die "Oberflächengasgeschwindigkeit in einer Säule" in der unteren Kammer und allen Leitungen betrug 0,46 m/s und 2,8 m/s ο . ^{: :}.-',-".

Beispiel 10

Ein der Fig. 13 entsprechender Behältertyp wurde aus transparentem Material hergestellt und zur Prüfung der resultierenden Zirkulation von feststoffteilchen unter den folgenden Bedingungen angewandt.

10 9847/1826

Abmessungen des Behälters und Verfahrensbedingungen:

eine untere Kammer mit Abmessungen wie bei Beispiel 9 eine obere Kammer vom Zyklonentyp mit

200 mmjZf χ 600 mm (Durchmesser χ Höhe)

Spiralleitungen wie bei Beispiel 9 eine vertikale Leitung:

Länge vom untersten Ende der oberen Kammer bis zum oberen Ende der unteren Kammer: ■ · - 2600 mm

andere Abmessungen wie bei Beispiel 9 feste Teilchen:

Menge 13 kg

Material, Teilchengröße und minimale Pluidisierungsgeschwindigkeit wie bei Beispiel 9

Andere Abmessungen und Verfahrensbedingungen waren die gleichen wie bei Beispiel 9=.

Als Ergebnis der ITluidisierung zeigte sich ein ähnlicher I¹Heß- oder Wirbelzustand wie bei Beispiel 9ο In der oberen Zyklone wurden die festen Teilchen günstig von der zu entlassenden Luft getrennt und die resultierenden umgewälzten Teilchen bewegten sich glatt durch die Vertikalleitung zur unteren Kammer hin«,

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Claims

2 Π 9483

Patentansprüche

1Λ Vorrichtung zur iluidisierung fester Teilchen mit einem

ehälter mit zumindest einem jßinlaß und zumindest einem Auslaß für Fltii di si erüngagas, einem Teilcheneinlaß und zumindest einer perforierten Platte zur Bildung eines Hieß- oder Wirbelbetts oberhalb derselben, gekenn ζ ei cn net durch eine untere durch die perforierte Platte (11) in einen unteren Abschnitt (la) mit Gaseinlaß (12) und einen oberen Abschnitt (1b) unterteilte Kammer (1)feine obere Kammer (2), in welcher der Grasauslaß (22) angeordnet ist; und einen aus einer Mehrzahl vou strömungsmäßig mit der unteren und oberen Kammer verbundenen Leitungen (51,52...) bestehenden Mittelteil (5), deren Gesamtquerschnitt geringer ist als der Gesamtquerschnitt der unteren Kammer·

2o Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilcheneinlaß (21) in der oberen Kammer (2) angeordnet ist.

5β Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilcheneiniaß (15) im oberen Abschnitt (1b) der unteren Kammer angeordnet und die obere Kammer (-2.) durch eine zweite perforierte Platte (25) in einen unteren Abschnitt (2a) mit einem zweiten Gaseinlaß (24) und einen oberen Abschnitt (2b) unterteilt ist in dem der Gasauslaß (22) angeordnet ist, wobei die leitungen (51,52»») sich nach oben zu durch den Boden des unteren Abschnitts (2a) der oberen Kammer und die zweite perforierte Platte (25) erstrecken, durch welche hindurch sie sich nach oben, zu öffnen.

109 8 47/1826

,4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen -weiteren, zumindest einen Teil des Hauptbehälters ("I) und insbesondere zumindest einen Teil der Verbindungsleitungen (31»32..) zwischen den Kammern umschliessenden Behälter (II) für einen Wärmeaustausch mit einem Gaseinlaß (42) im unteren Bereich und einem Gasauslaß (43) im oberen Bereich»

5β Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umschließende Behälter (II) eine perforierte Platte (41) zur Bildung eines weiteren Fließ- öder Wirbelbetts aufweist»

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest eine der leitungen (31,32...) nach unten zu in den oberen Abschnitt (1b) der unteren Kammer hinein erstreckt. .

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die leitungen (31,32...) nach unten zu in den oberen Abschnitt {1b) der unteren Kammer hinein erstrecken und die länge von zumindest einer dieser Verlängerungen (30) gegenüber derjenigen der anderen unterschiedlich ist,

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (23M der oberen Kammer (2), von dem aus die leitungen (31,32..) abwärtsführen, nach unten zu konisch vorspringend ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine (31) der Leitungen im untersten Teil (23a) des Konus "(25') angeordnet ist„

109847/1826

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine vor den Gasauslaß vorgeschaltete Zyklone (5) innerhalb der oberen Kammer.·

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Teilcheneinlaß am Gasauslaß der Zyklone.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß außer den Verbindungsleitungen (31»32..) zumindest auch die obere Kammer (2) im umschließenden Behälter (II) enthalten und insbesondere in ihrem oberen Bereich halbkugelförmig ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch schrauben- oder spiralförmig ausgebildete aufwärtsführende leitungen (32,33).

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (2) als Zyklone ausgebildet ist.

15. Verfahren zur Fluidisierung fester Teilchen unter Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß Fluidisierungsgas durch die perforierte Platte der unteren Kammer mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet wird, daß sich ein in die obere Kammer hinein ausdehnendes JPließ- oder Wirbelbett ausbildet mit Umwälzaustausch zwischen beiden Kammern vermittels einer sich ausbildenden Abwärts- und Aufwärtsbewegung von Teilchen in unterschiedlichen Verbindungsleitungen.

16. Pluidisierungsverfahren nach Anspruch 15 unter Anwendung

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einer Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen im oberen Bereich der unteren Kammer zugeführt werden und der Hießzustand in der oberen Kammer durch zusätzliches, durch die perforierte Platte der oberen Kammer zugeführtes Gas unterstützt wird«

17ο Fluidisierungsverfahren nach Anspruch 15 oder 16, unter Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Hieß- oder Wirbelbett im umschliessenden Behälter gebildet und der Wärmeaustausch zwischen den Medien der Behälter I und II so intensiviert wird»

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