DE2256466B2

DE2256466B2 - Mehrstufiger Wirbelschicht-Apparat

Info

Publication number: DE2256466B2
Application number: DE19722256466
Authority: DE
Inventors: C Freimuth
Original assignee: Claudius Peters AG
Current assignee: Claudius Peters AG
Priority date: 1972-11-17
Filing date: 1972-11-17
Publication date: 1975-08-14
Also published as: FR2206979B1; FR2206979A1; NL7312485A; SE375706B; GB1458673A; IT995396B; BE805804A; NL163134B; ATA966173A; NL163134C; DE2256466A1; AT329011B

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbeischicht-Apparat ur Behandlung von Feststoffen mit Hilfe eines gasörmigcn und/oder flüssigen Mediums, der vom Virbelgut abwärts und vom Wirbclmcdium aufwärts durchströmt wird, mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Wirbelböden, die viele über die Bodenflache verteilte gemeinsame Öffnungen fur das Wirbelmedium und für das Wirbelgut aufweisen.

Ein derartiger Wirbelschicht-Apparat ist aus der DT-OS 17 67 972 und DT-OS 20 30 049 bekannt. Bei Wirbelböden dieser Wirbelschicht-Apparate, die hinsichtlich des Verhältnisses der freien Öffnungsfläche zur Gesamtfläche des Bodens ganz bestimmte Mindestwerte besitzen müssen, die unter anderem von der Geschwindigkeit und der Dichte des Wirbelmediums, ferner von dem Korndurchmesser und der Dichte des Wirbelguts abhängen, hat die Bodenfläche F, eines Wirbelbodens bei konstanter Wirbelmediumsmenge entsprechend seiner Auslegung einen bestimmten Wirbelgutdurchsatz. Das Produkt, das einem Wirbelschicht-Apparat aufgegeben werden soll besitzt nicht immer eine einheitliche Kornform; beispielsweise gibt es bei Kunststoffgranulaten, die Zylinderform besitzen sollen, Abweichungen, so daß Granulate auch in runder oder ovaler Form anfallen können Die Korngröße und das spezifische Gewicht unterlagen ebenfalls gewissen Schwankungen. Die bekannten Wirbelböden mit ihren auf das zu behandelnde Wirbelgut ausgerichteten Durchtrittsöffnungen können sich gegenüber den vorgenannten Uneinheitlich!ceiten und den in einem Betrieb auftretenden Schwankungen, die sich in Form von wechselnden Wirbelgutmengen und Veränderungen des Wirbelmediums auswirken können, nicht ausreichend anpassen.

Die Wirbelmediummenge muß auch bei geringen Wirbeigutmengenschwankungen dem Gutdurchsatz angepaßt werden, d. h., steigender Gutdurchsatz bedeutet fallende Gasmenge. Tritt beispielsweise bei Wärmeaustauschvorgängen in Wirbelschichi-Apparaten ein solcher Fall ein, dann wird ein Wärmeaustausch ungünstig beeinflußt, weil die für den Wärmeaustausch erforderliche Gasmenge reduziert wird.

Die Umstellung eines Wirbelschicht-Apparates von einem Behandlungsgut auf ein anderes, wie sie in der betrieblichen Praxis vorkommt, erfordert eine Veränderung des freien Querschnitts der Wirbelböden und somit eine Änderung bzw. einen Austausch der Wirbelböden selbst.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wirbelschicht-Apparat der obengenannten Gattung so zu verbessern, daß es möglich ist, mit ein und derselben Apparatur ohne Veränderung der freien Querschnittsflächen der einzelnen Wirbelböden und ohne Veränderung der Menge des Wirbclmediums einen Wirbelgutdurchsatz zu erzielen, der in solchen Grenzen schwanken kann, wie sie in der betrieblichen Praxis vorkommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Wirbelschicht-Apparat der obengenannten Gattung mindestens der unterste Wirbelboden in zwei oder mehrere Einzelflächen unterschiedlicher Höhenlage aufgeteilt ist, wobei eine odci mehrere tiefer liegende Bodenflächen F, kleiner odei «lcich der höher liegenden Bodenfiäche /·', sind, daC die Bodenfiäche F., mindestens eine Öffnung mii größerem Durchmesser als die Öffnung der Bodenfläche F₁ aufweist, wobei der freie Querschnitt vor F., kleiner oder gleich dem freien Querschnitt von F. ist, und daß die höher gelegene Fläche F₁ gegenübei den liefer gelegenen Flächen F., durch wehrartige Erhöhungen beliebiger Höhe abgeteilt ist.

ΐ Die Erfindung berafat also auf dem Prinzip, daß ; inindestens ein Wirbelboden in zwei Flächen unter- % icbiedlichen Niveaus mit Überlaufwehr eingeteilt ί wird. Der tiefer gelegene Boden F₂ kann mit seinen größeren Öffnungen trotz des kleineren freien Quer-

Schnitts spezifisch wesentlich mehr Wirbelgut durch- ^:; setzen. Bei geringer Wirbelgutaufgaoe ist auf der Bodenfiäche F₁ eines Wirbelbodens nur eine kleine Wirbelbetthöhe vorhanden. Auf die tiefer gelegene Bodenfläche F. kann nur Wirbelgut vom darüberliegenden Wirbelboden fallen bzw. Spritzkorn aus der benachbarten Wirbelschicht (der Bodenfläche F₁). Dieses Wirbelgut zusammengenommen bildet den sogenannten Gninddurchsatz des Wirbelbodens.

Bei Steigerung der Aufgabemenge fließt das Wirbelbett, das sich auf der Bodenfläche F, gebildet hat, über das Wehr, und in diesem Augenblick setzt die Funktion der tiefer gelegenen Bodenfläche F₂ ein. Entsprechend dem Wirbelgutangebot stellt sich e:n Gleichgewichtszustand ein, wobei mit steigendem Wirbelgutangebot die Konzentration auf Grund der "•rößeren Abdichtungshöhe über der Bodenfiäche F, zunimmt und entsprechend mehr Wirbelgut ausfließ!. Dieses geht bis zu einem Maximum, wenn nämlich beide Wirbelschichten, d. h. sowohl auf der Bodenfläche F₁ als auch auf der Bodenfläche F₂, das gleiche Niveau besitzen. Dann fließt das Wirbelgut in einem fast gleichmäßigen Strahl durch die Öffnung bzw. Öffnungen der Bodenfläche F₂ aus. Dieser Ausfluß entspricht dem maximalen Guidurchsatz.

Dadurch wird eine Flexibilität in der Betriebsweise des Wirbelschicht-Apparates erreicht, so daß die Menge an Wirbelmcdium dem Durchsatz an Wirbelgut nicht genau angepaßt zu werden braucht. Mit konstanter Gasmenge können unterschiedliche Wirbelgutmengen durchgesetzt werden. Die tiefer gelesene Bodenfläche F, eines Wirbelbodens ist somit als Regulator oder Sicherheitsventil zu verstehen. Auch sind gewisse Materialveränderungen beim Wirbclgut ohne Austausch der Wirbelböden zulässig, bzw. die spezielle Bemessung der Durchtritlsöffn'.ngen in den Böden kann für eine bestimmte Körnung des Wirbelgutes in größeren Toleranzen gehalten werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wirbelschicht-Apparates gelingt es, auch bei gro' - m Wirbclgut, das absoluteGegenstromprinzip mit mingem Druckverlust durch den Wirbelboden bei mehrstufiger AusführuiiL' ohne Abdichtungselemente zwischen d;:n einzelnen Stufen anzuwenden. Die Stufenzahl verringen die Verweilzeitstreuung. Deshalb können bisher in Chargen arbeitende Anlagen nunmehr kontinuierlich betrieben werden.

Die erfindungsgemäßc Vorrichtung bewahrt sich beispielsweise bei der Kühlung und Trocknung von Kunststoff-Granula!. Fine andere Anwendungsmöglichkeit ist bei der chemischen Umsetzung im exothermen Prozeß gegeben, wobei der Feststoff als Katalysator dient.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei Anordnung von tiefer liegenden Bodenflächen F₂ auf mehreren Wirbclbödcn jeweils eine Bodenfläche F., eines Wirbclbodens gegenüber der Bodenflache F., eines dariibcrlicgcndcn Wirbclbodens versetzt angeordnet. Fs kann jedoch auch eine solche Anordnung der tiefer gelegenen Bodenfiäche F., vorgenommen werden, daß sich oberhalb einer tiefer gelegenen Bodenfiäche F., eines Wirbclbodens jeweils eine tiefer gelegene Bodenfiäche F₃ des nächsthöheren Wirbelbodens befindet, wobei unterhalb jeder tiefer gelegenen Bodenfläche F₂ ein Abweiskegel angeordnet ist.

Die wehrartigen Erhöhungen der Seitenwände oberhalb der höher gelegenen Bodenfläche F₁ können Öffnungen aufweisen. Diese Öffnungen haben den Zweck, daß bei hohen Konzentrationen und großen Schichthöhen, hervorgerufen durch entsprechend hohe wehrartige Erhöhungen und bei insbesondere kleinen Gasmengen, das Wirbelgut rechtzeitig zur Ausbildung eines Wirbelbettes auf die tiefer gelegene Fläche F₂ gelangen kann.

Die Seitenwände der tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ können nach unten konisch eingezogen sein. Dies trifft insbesondere für Fälle zu, bei denen die Bodenfläche F₂ nur eine Öffnung aufweist. Die Konizität der Seitenwände kann durch einen auswechselbaren konischen Einsatz gebildet sein.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Seitenwände der tiefer gelegenen Bodenflächen F., zu diesen senkrecht angeordnet sein. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Bodenflächen F., mehrere Öffnungen besitzen.

Die höher und die tiefer gelegenen Bodenflächen eines Wirbelbodens können schließlich als konzentrische Flächen ausgeführt sein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den schematischen Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Wirbclboden zur Prinziperläuterung,

F i g. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Abhängigkeit von Gutdurchsatz und Anströmgeschwindigkeit,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Wirbelschicht-Apparates mit tiefer gelegenen Bodenflächen F., entsprechend Fig. 1,

F i g. 4 einen Teilquerschnitt durch einen Wirbelboden mit mehreren tiefer gelegenen Bodenflächen F, unterschiedlicher Ausführung,

F i g. 5 einen Teilquerschnitt durch einen Wirbelschicht-Apparat, bei dem die tiefer gelegenen Flächen F₂ übereinander angeordnet sind,

F i g. 6 einen Teilquerschnitt eines Wirbelschicht-Apparates, bei dem die höher und die tiefer gelegenen Bodenflächen als konzentrische Flächen ausgeführt sind,

Fig. 7 einen Teilquerschnitt eines Wirbelschicht-Apparates als Alternative zu F i g. 6,

Fig. 8 einen Teilquerschnitt eines Wirbelschicht-Apparates mit rechteckig ausgeführten Bodenflächen F₁ und F.,.

In Fig. 1 ist das Prinzip eines Wirbelbodens mit Bodenflächen unterschiedlichen Niveaus bei leerem Boden dargestellt. Es bedeutet

F, = obere Fläche eines Wirbelbodens (m²)

F., = untere Fläche eines Wirbelbodens (m²)

K₀ -— mittlere Anströmgeschwindigkeit über den

gesamten Boden (m/s)
K₁ — Wirbelgeschwindigkeit von F₁ (m/s)
K₂ = Wirbelgeschwindigkeit von F₂ (m/s)
K₁' = Geschwindigkeit in den Öffnungen von F₁

(m/s)
K.,' = Geschwindigkeit in den Öffnungen von F.,

(m/s)

£*£* OO

Bezeichnet

φ_χ den freien Querschnitt von F₁,

</<., den freien Querschnitt von F₂,

Q die gesamte Luftmenge (nv'/s),

ß, die Lufimenge zu F_x (m³/s) und

Q₂ die Luftmenge zu F₂ (nV/s),

dann gilt bei leerem Boden:
V ' — V '

d.h.	Jj-
^v\ =
Ψι	ζ. B. gewählt:
Wird	0,45 m2
^l ~	0,05 m²
F₉ =	2nv>/s
Q =	0,5
<Ρ\ =

dann treten beim leeren Boden folgende Geschwindigkeiten auf:

K_n = = 4 m/s

⁰ 0,5

K₁ K₂

F_x ■ φ_χ

₁' = κ/= ^{1 2}

0,45 · 0,5 + 0,05 · 0,3

= 8,3 m/s
3

V_x = V_x ■ φ_χ ■■= 4,2 m/s
K₂ = V_s' ■ φ₂ = 2,5 m/s

K, über der Fläche F., ist im Beispiel, bedingt durch das kleinere φ.,, wesentlich geringer. Die Wirbelgulaufgabe erfolgt"auf F₁. wo sich ein Wirbelbett bis zur Höhe h aufbauen kann. Entsprechend dem Widerstand dieser Wirbelschicht wird V₂ und V₁₁ größer, und es kann durch die größeren Öffnungen nur dann Material austreten, wenn sich über F., ebenfalls ein Wirbelbett aufbaut. Dieses Wirbelbett nimmt zu. Da die Höhe dieses Wirbelbettes größer werden kann als h, tritt eine Reduzierung von K₂' und F., ein, wobei immer mehr Wirbelgut durch die Öffnungen der Fläche F₂ rieselt. Es tritt schließlich ein Gleichgewichtszustand entsprechend der Aufgabemenge des Wirbelguts ein. Das Maximum des Durchsatzes durch die Öffnungen F_t ist erreicht, wenn die Wirbelschichthöhe beider Flächen F, und F₀ gleich ist.

Im Kurvenbild (Fig. 2) ist auf der Ordinate der Durchsatz an Wirbelgut G und auf der Abszisse die Anströmgeschwindigkeit V_n des Wirbelmediums für Wirbelschicht-Apparate mit Bodenrlächen unterschiedlichen Niveaus innerhalb eines Wirbelbodens im Vergleich zu Wirbelschicht-Apparaten mit Wir belböden einheitlichen Niveaus dargestellt. Die gestrichelte Kurve zeigt die Abhängigkeit von Gutdurchsatz and Anströmgeschwindigkeit bei bereits bekanntem Rieselboden und die durchgezogenen Kurven die entsprechende Abhängigkeit beim erfin- dungsgemäßen Wirbelboden. Wie aus dem Kurvenbild hervorgeht, ist bei den bereits bekannten Wirbelböden bei Herabsetzung des Wirbelgutdurchsatzes um AG eine erheblich größeie Geschwindigkeits erhöhung erforderlich als bei den erfindungsgemäßen Wirbelböden.

Die durchgezogene Kurve I zeigt den sogenannten Grunddurchsatz an Wirbelgut, der bei geringer Gutaufgabe auf der Bodenfläche F₁ nur eine kleine Wirbelbetthöhe entstehen läßt. In diesem Fall kann auf die tiefer gelegene Bodenfläche F., nur Gut vom darüberliegenden Boden bzw. Spritzkorn aus der benachbarten Wirbelschicht fallen. Die durchgezogene Kurve II stellt den maximalen Durchsatz dar, der eintritt, wenn beide Wirbelschächten, d. h. die Wirbelschichten auf der Bodenfläche F, und F₂, das gleiche Niveau zeigen. In der Kurvendarstellung ist ferner besonders hervorgehoben, daß bei dem erfindungsgemäßen Wirbelboden bei konstanter Anströmgeschwindigkeit V_n eine beachtliche Änderung des Gutdurchsatzes IG möglich ist und daß bei maximaler Änderung des Gutdurchsatzes wesentlich kleinere Geschwindigkeitsänderungen Λ V_n erforderlich sind (vgl. Λ V_a bei bekannten Wirbelböden).

Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelschicht-Apparat soll mindestens der unterste Wirbelboden in zwei oder mehrere Einzelflächen unterschiedlicher Höhenlage aufgeteilt sein. Die höher gelegene Bodenfiäche ist nachfolgend mit F₁ und die tiefer gelegene Bodenfläche mit F₂ bezeichnet. In F i g. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der jeder Wirbelboden nur mn einer tiefer gelegenen Bodenfläche F₂ ausgerüstet ist. Die höher gelegene Bodenfläche F₁ besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 3, während im Ausführangsbeispiel die tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ nur jeweils eine Öffnung 4 aufweisen. Die Seitenwände 5 der Bodenflächen F., stehen senkrecht auf diesen und bilden bei 6 eine wehrartige Erhöhung. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist die tiefer gelegene Bodenfläche F₂ eines Wirbelbodens gegenüber der tiefer gelegenen Bodenfläche F₅ des nächsthöheren Wirbelbodens versetzt angeordnet. Der Abstand von Wirbelboden zu Wirbelboden ist so groß bemessen, daß die Seitenwände der tiefer gelegenen Bodenflächen nicht in die Wirbelschicht eintauchen, die sich auf dem darunter befindlichen Wirbclboden ausbildet.

In F i g. 4 ist ausschnittsweise ein Wirbelboden gezeigt, bei dem unterhalb der Bodenfläche F₁ drei tiefer gelegene Bodenflächen F. verschiedener Ausführungsformen beispielhaft angedeutet sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind die Seitenwände S unterschiedlich ausgebildet. Links im Bild sind die Seitenwände 5 nach unten konisch eingezogen, rechts im Bild stehen die Seitenwände 5 senkrecht auf der unteren Bodenfläche F₂, und in der mittleren Ausführungsform sind die senkrecht auf der Bodenfläche F., stehenden Seitenwände im Inneren mit einem konischen Einsatz 7 versehen, der von oben auf die Bodenfläche F₂ aufgesetzt werden kann.

Wenn, wie in F i g. 5 dargestellt, die tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ der obersten Wirbelböden eines Wirbelschicht-Apparates in Kreisförm bzw. als Quadrat oder Rechteck übereinander angeordnet sind, muß mit Abstand oberhalb dieser Boden flächen F, ein Abweiskegel 8 angeordnet sein, der das aufgegebene Wirbelgut auf die höher gelegene Bodenfläche F₁ lenkt.

F i g. 6 zeigt den Einbau der Bodenflächen F₁ und F₂ eines Wirbelbodens als konzentrische Flächen in allen Stufen eines mehrstufigen Wirbelschicht-Apparates. Die tiefer gelegene Fläche F, ist kleiner als die

höher gelegene Fläche F₁, wobei in der Alternative gemäß F i g. 7 die tiefer gelegene Fläche F., gleich der höher gelegenen Fläche F₁ werden kann. Gleiche Flächen wechseln von Wirbelboden zu Wirbelboden. Soweit, wie in F i g. 7 dargestellt, die tiefer gelegene Fläche F., des obersten Wirbelbodens in der Mitte liegt, ist die Anbringung eines Abweiskegcls 8 erforderlich. Wenn, wie in der Alternative gemäß F i g. 6 angedeutet, die tiefer gelegene Bodenfläche F., als konzentrischer Ring außen liegt, ist beim obersten Wirbelboden die Ausbildung eines Aufgabetrichters9 zweckmäßig, der das Wirbelgut auf die höher gelegene Bodenfläche F₁ lenkt.

F i g. S zeigt Wirbelböden, bei denen die tiefer gelegenen BodenfTächen F., und die höher gelegenen Bodenflächen F₁ in Rechteckform oder in Form von Kreisabschnitten je nach Grundriß des Wirbelschicht-Apparates ausgeführt sind. Oberhalb der tiefer gelegenen Bodenfläche F₂ des obersten Wirbelbodens ist schematisch ein Abweisblech 10 dargestellt, mit dessen Hilfe die Beaufschlagung nur der höher gelegenen Bodenfläche F₁ des obersten Wirbclbodens gewährleistet ist.

Die Seitenwände 5 der tiefer gelegenen Bodenflächen F., können bei allen Ausführungsformen in dem Bereich, der sich oberhalb der höher gelegenen Bodenfläche F₁ bis zur wehrartigen Erhöhung 6 befindet, mit in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellten Öffnungen versehen sein, durch die gegebenenfalls Wirbelgut von der höher gelegener Bodenfläche eines Wirbelbodens auf die tiefer gelegene Bodenfläche gelangen kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen S095

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelschicht-Apparat zur Behandlung von Feststoffen mit Hilfe eines gasförmigen und/oder S flüssigen Mediums, der vom Wirbelgut abwärts und vom Wirbelmedium aufwärts durchströmt wird, mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Wirbelböden, die viele über die Bodenfläche verteilte gemeinsame öffnungen für das "> Wirbelmedium und für das Wirbelgut ?ufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der unterste Wirbelboden in zwei oder mehrere Einzelflächen (F₁, F₁) unterschiedlicher Höhenlage aufgeteilt ist, wobei eine oder mehrere tiefer liegende Bodenflächen (F₂) kleiner oder gleich der höher liegenden Bodenfläche (F₁) sind, daß die Bodenfläche (F.,) mindestens eine Öffnung (4) mit größerem Durchmesser als die Öffnungen (3) der Bodenfläche (F₁) aufweist, wobei »° der freie Querschnitt von F., kleiner oder gleich dem freien Querschnitt von F₁ ist, und daß die höher gelegene Fläche (F₁) gegenüber den tiefer gelegenen Flächen (F₂) durch wehrartige Erhöhungen (5, 6) beliebiger Höhe abgeteilt ist.

2. Wirbelschicht-Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von tiefer liegenden Bodenflächen (F₂) auf mehreren Wirbelböden jeweils eine Bodenfläche (F₂) eines Wirbelbodens gegenüber der Bodenfläche (F₂) eines darüber liegenden Wirbelbodens versetzt angeordnet ist.

3. Wirbelschicht-Apparat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wehrartigen F.rhöhungen der Seitenwände (5, 6) oberhalb der höher gelegenen Bodenflächc (F₁) öffnungen aufweisen.

4. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (5) der tiefer gelegenen Bodenfläche (F.,) nach unten konisch eingezogen sind.

5. Wirbelschicht-Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Seitenwände (S) durch einen auswechselbaren konischen Einsatz (7) gebildet sein kann.

6. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die höher und die tiefer gelegenen Bodenflächen (F₁, F.,) eines Wirbelbodens als konzentrische Flächen ausgeführt sind.

7. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb einer tiefer gelegenen Bodenflächc (F.,) eines Wirbelbodens jeweils eine tiefer gelegene Bodenfläche (F.,) des nächsthöheren Wirbelbodens befindet, wobei unterhalb jeder tiefer gelegenen Bodenfiäche (/·'.,) ein Ahweiskegel (81 angeordnet ist.