DE2256466C3

DE2256466C3 - Mehrstufiger Wirbelschicht-Apparat

Info

Publication number: DE2256466C3
Application number: DE19722256466
Authority: DE
Inventors: Claus 2000 Hamburg Freimuth
Original assignee: Claudius Peters AG. 2000 Hamburg
Filing date: 1972-11-17
Publication date: 1976-03-25

Description

konischen Einsatz (7) gebildet sein kann. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wirbelschicht-

6. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder Apparat der obengenannten Gattung so zu verbesmehreren der vorhergehenden Ansprüche, da- sern, daß es möglich ist, mit ein und derselben Appadurch gekennzeichnet, daß die höher und die ratur ohne Veränderung der freien Querschnittstiefer gelegenen Bodenflächen (F₁, F₂) eines Wir- 5c flächen der einzelnen Wirbelböden und ohne Verbelbodens als konzentrische Flächen ausgeführt änderung der Menge des Wirbelmediums einen Wirsind, belgutdurchsatz zu erzielen, der in solchen Grenzer

7. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder schwanken kann, wie sie in der betrieblichen Praxis mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da- vorkommen.

durch gekennzeichnet, daß sich oberhalb eimer 55 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch getiefer gelegenen Bodenfläche (F₂) eines Wirbel- löst, daß bei einem Wirbelschicht-Apparat der oben bodens jeweils eine tiefer gelegene Bodenfläche genannten Gattung mindestens der unterste Wirbel (F.,) des nächsthöheren Wirbelbodens befindet, boden in zwei oder mehrere Einzelflächen unter wobei unterhalb jeder tiefer gelegenen Boden- schiedlieher Höhenlage aufgeteilt ist, wobei eine ode fläche (F₂) ein Abweiskegel (8) angeordnet ist. 60 mehrere tiefer liegende Bodenflächen F, kleiner ode

gleich der höher liegenden Bodenfläche F₁ sind, dat

die Bodenfiäche F., mindestens eine Öffnung mi

größerem Durchmesser als die öffnung der Boden fläche F₁ aufweist, wobei der freie Querschnitt voi

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschicht-AppEirat 65 F., kleiner oder gleich dem freien Querschnitt von F - Behandlung von Feststoffen mit Hilfe eines gas- ist, und daß die höher gelegene Fläche F₁ gegenübe migen und/oder flüssigen Mediums, der vom den tiefer gelegener. Flächen F₂ durch wehrartigi rbelgut abwärts und vom Wirbelmedium aufwärts Erhöhungen beliebiger Höhe abgeteilt ist.

Q>e Erfindung beruht also auf dem Prinzip, daß mindestens ein Wirbelboden in zwei Flächen unterschiedlichen Niveaus mit Überlaufwehr eingeteilt wird. Der tiefer gelegene Boden F₂ kann mit seinen

ößeren öffnungen trotz des kleineren freien Quer-Schnitts spezifisch wesentlich mehr Wirbelgut durchsetzen. Bei geringer Wirbelgutaufgabe ist auf der Rodenfläche F. eines Wirbelbodens nur eine Kleine

.... nrtinn/fnn Auf A Ί α i'_nf_c 1

eine tiefer gelesene Bodenfläche F₂ 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 F, können Öffnungen aufweisen. Diese Öffnungen haben

Bodenriacne r, ein» v»uutiuuucns um cmc iucmc den Zweck, daß bei hohen Konzentrationen und

Wirbelbetthöhe vorhanden. Auf die tiefer gelegene großen Schichthöhen, hervorgerufen durch enlspre-

Bodenfläche F„ kann nur Wirbelgut vom darüber- 10 chend hohe wehrartige Erhöhungen und bei insbe-

lieeenden Wirbelboden fallen bzw. Spritzkorn aus sondere kleinen Gasmengen, das Wirbelgut recht-

der benachbarten Wirbelschicht (der Bodenflpche F₁). zeitig zur Ausbildung eines Wirbelbettes auf die

Dieses Wirbelgut zusammengenommen bildet den tiefer gelegene Fläche F₂ gelangen kann.

sogenannten Grunddurchsatz des Wirbelbodens. Die Seitenwände der tiefer gelegenen Boden-

Bei Steigerung der Aufgabemenge fließt das Wir- 15 flächen F., können nach unten konisch eingezogen

belbett, das sich auf der Bodenfläche F₁ gebildet hat, sein. Dies" trifft insbesondere für Fälle zu, bei denen

über das Wehr, und in diesem Augenblick setzt die

Funktion der tiefer gelegenen Bodeniläche F₂ ein.

Entsprechend dem Wirbelgutangebot stellt sich ein

Gleichgewichtszustand ein, wobei mit steigendem

Wirbelgutangebot die Konzentration auf Grund der

größeren A'odichtungshöhe über der Bodenfläche F.,

zunimmt und entsprechend mehr Wirbelgut ausfließt.

Dieses geht bis zu einem Maximum, wenn nämlich

beide Wirbelschichten, d. h. sowohl auf der Boden-

fläche F, 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 Gutdurchsatz.

Dadurch wird eine Flexibilität in der Betriebsweise des Wirbelschicht-Apparates erreicht, so daß die Menge an Wirbelmedium dem Durchsatz an Wirnicht genau angepaßt zu werden braucht. Mit

die Bodenfläche F., 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 F₂ zu diesen senkrecht angeordnet sein. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Bodenfiächen F₂ 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. i einen Querschnitt durch einen Wirbelboden zur Prinziperläuterung,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung

oeigi" 11:^.1.1. ₅w.« _ö_r - der Abhängigkeit von Gutdurchsatz und Anströmkonstanter Gnsmenge können unterschiedliche Wir- 35 geschwindigkeit, belgutmengen durchgesetzt werden. Die tiefer ge- F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines

leeene Bodenfläche F₂ eines Wirbelbodens ist somit Wirbelschicht-Apparates mit tiefer gelegenen Bodenais Regulator oder Sicherheitsventil zu verstehen. flächen F₂ entsprechend Fig. 1, Auch sind gewisse Materialveränderungen beim Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch einen Wirbel-

Wirbelgut ohne Austausch der Wirbelböden zu- 4° boden mit mehreren tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ lässig, bzw. die spezielle Bemessung der Durchtritts- unterschiedlicher Ausführung, Öffnungen in den Böden kann für eine bestimmte
Körnung des Wirbelgutes in größeren Toleranzen
gehalten werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wirbelschicht- 45
Apparates gelingt es, auch bei grobem Wirbelgut,
das absolute Gegenstromprinzip mit geringem Druckverlust durch den Wirbelboden bei mehrstufiger Ausführung ohne Abdichtungselemente zwischen den . . _a. . .

einzelnen Stufen anzuwenden. Die Stufenzahl ver- 50 Apparates als Alternative zu F i g. 6, ringen die Verweilzeitstreuung. Deshalb können Fig. 8 einen Teilquerschnitt eines Wirbelschichtbisher in Chargen arbeitende Anlagen nunmehr Apparates mit rechteckig ausgeführten Bodenkontinuierlich betrieben werden. flächen F₁ und F₂.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewährt sich In F i g. 1 ist das Prinzip eines Wirbelbodens mit

beispielsweise bei der Kühlung und Trocknung von 55 Bodenflächen unterschiedlichen Niveaus bei leerem Kunststoff-Granulat. Eine andere Anwendungsmög- Rnrlen dargestellt. Es bedeutet Hchkeit 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 Bodenfiächen F.,

unterschiedlicher Ausführung,

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

F i g. 7 einen Teilquerschnitt eines Wirbelschicht-

Ischicht-Boden-

auf mehreren Wirbelbödcn jeweils eine Bodenfläche F., eines Wirbclbodcns gegenüber der Bodenfläche F., eines darübeiiiegcndcn Wirbelbodens versetzt angeordnet. Es kann jedoch auch eine solche Anordnung der tiefer gelegenen Bodenflüche F., vorgenommen werden, daß sich oberhalb einer tiefer seleeenen Bodenfläche F., eines Wirbclbodcns jeweils

F₁ = obere Fläche eines Wirbelbodens (m²)

F., = untere Fläche eines Wirbelbodens (m²) F_n -= mittlere Anströmgeschwindigkeit über den

gesamten Boden (m/s) F, -~ Wirbelgeschwindigkeit von F, (m/s) F₂ ----- Wirbelgeschwindigkeit von F₂ (m/s) F₁' — Geschwindigkeit in den Öffnungen von F₁

(m/s)
V.-,' —· Geschwindigkeit in den Öffnungen von F₁,

(m/s)

Bezeichnet

φ_χ den freien Querschnitt von F₁,
Ψ₂ den freien Querschnitt von F₂,
Q die gesamte Luftmenge (mVs),
Q₁ die Luftmenge zu F₁ (m³/s) und
Q₂ die Luftmenge zu F., (irr'Vs),

dann gilt bei leerem Boden:

V ' = V '
d.h.

v_L=v₁_

Ψΐ Ψ2

Wird ζ. Β. gewählt:

15

F₁ = 0,45 m²
F₂ = 0,05 m*
Q=I nVVs
Ψι = 0,5

φ₂ = 0,3

dann treten beim leeren Boden folgende Geschwindigkeiten auf:
2

0,5

= 4 m/s

K₁ K₂

V <Pl + ^F2 ' «Pz

0,45 · 0,5 + 0,05 · 0,3

(P₁ = 4,2 m/s
K₂ = K₂' · φ₂ = 2,5 m/s

— = 8,3 m/s

K₁ = V_x V

35

K₂ über der Fläche F₂ ist im Beispiel, bedingt durch das kleinere <p.,, wesentlich geringer. Die Wirbelgutaufgabe erfolgt auf F,, wo sich ein Wirbelbett bis zur Höhe h aufbauen kann. Entsprechend dem Widerstand dieser Wirbelschicht wird K₂' und K₂ 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 V,' und V₉ 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 F₂ ist erreicht, wenn die Wirbelschichthöhe beider Flächen F₁ und F₂ gleich ist.

Im Kurvenbild (F i g. 2) ist auf der Ordinate der Durchsatz an Wirbelgut G und auf der Abszisse die Anströmgeschwindigkeit K_n des Wirbelmediums für Wirbelschicht-Apparate mit Bodenflächen unterschiedlichen Niveaus innerhalb eines Wirbelbodens im Vergleich zu Wirbelschicht-Apparaten mit Wirbelbödcn einheitlichen Niveaus dargestellt. Die gestrichelte Kurve zeigt die Abhängigkeit von Gutdurchsatz und Anströmgeschwindigkeit bei bereits bekanntem Rieselboden und die durchgezogenen Kurven die entsprechende Abhängigkeit beim crfindungsgemäßen Wirbelboden. Wie aus dem Kurvenbild hervorgeht, ist bei den bereits bekannten Wirbelböden bei Herabsetzung des Wirbelgutdurchsatzes um AG eine erheblich größere Geschwindigkeitserhöhung erforderlich als bei den erfindungsgemäßen Wirbelböden.

Die durchgezogene Kurve I zeigt den sogenannten Grunddurchsatz an Wirbelgut, der bei [',eringer Gutaufgabe auf der Bodemläche F₁ nur eine kleine Wirbelbetthöhe entstehen läßt. In diesem Fall kann auf die tiefer gelegene Bodenfläche F₄ nur Gut vom darüberliegenden Boden bzw. Spritzkorn aus der benachbarten Wirbelschicht fallen. E>ie durchgezogene Kurve II stellt den maximalen Durchsatz dar, der eintritt, wenn beide Wirbelschichten, d. h. die Wirbelschichten auf der Bodenfläche F₁ und F₅, das gleiche Niveau zeigen. In der Kurvendarstellung ist ferner besonders hervorgehoben, daß bei dem erfindungsgemäßen Wirbelboden bei konstanter Anströmgeschwindigkeit K_n eine beachtliche Änderung des Gutdurchsatzes AG möglich ist und daß bei maximaler Änderung des Gutdurchsatzes wesentlich kleinere Geschwindigkeitsänderungen A V_n erforderlich sind (vgl. A V₁₁ 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 mit einer tiefer gelegenen Bodenfläche F., ausgerüstet ist. Die höher gelegene Bodenfläche F₁ besitzt eine Vielzahl von Öffnungen 3, während im Ausführungsbeispiel die tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ nur jeweils eine Öffnung 4 aufweisen. Die Seitenwände S der Bodenflächen F₂ stehen senkrecht auf diesen und bildein bei 6 eine wehrartige Erhöhung. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist die tiefer gelegene Bodenfläche F₂ eines Wirbclbodens gegenüber der tiefer gelegenen Bodenfläche F₂ 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 Wirbelboden ausbildet.

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

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

F i g. 6 zeigt den Einbau der Bodenfliichen F₁ und F₂ eines Wirbelbodens als konzentrische Flächen in allen Stufen eines mehrstufigen Wirbelschicht-Apparates. Die tiefer gelegene Fläche F₂ 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 Wirbclbodcn zu Wirbelboden. Soweit, wie in Fig. 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 F, lenkt.

Fig. 8 zeigt Wirbelböden, bei denen die tiefer gelegenen Bodenflächen F., und die höher gelegenen Bodenrlächen F₁ in Rechteckform oder in Form von Kreisabschnitten je nach Grundriß des Wirbelschicht-Apparates ausgeführt sind. Oberhalb der tiefer gelegenen Bodenflache F., des obersten Wirbelbodens ist schematisch ein Abwe'sblech 10 dargestellt, mit dessen Hilfe die Beaufschlagung nur der höher gelegenen Bodenfläche F₁ des obersten Wirbelbodens gewährleistet ist.

Die Seitenwände 5 der tiefer gelegenen Bodenflächen F₂ können bei allen Ausführungsformen in

ίο dem Bereich, der sich oberhalb der höher gelegenen Bodenfläche F₁ bis zur wehrartigen Erhöhung 6 befindet, mit in den Ausführungsbcispielen nicht dargestellten Öffnungen versehen sein, durch die gegebenenfalls Wirbelgut von der höher gelegenen Bodenfläche eines Wirbelbodens auf die tiefer gelegene Bodenfläche gelangen kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

durchströmt wird, mit einer Mehrzahl übereinander Patentansprüche: ^ angeordneter Wirbelböden, die viele über die Boden fläche verteilte gemeinsame Öffnungen fur das Wir-

1. Wirbelschicht-Apparat zur Behandlung von belmedium und für das Wirbelgut aufweisen Feststoffen mit Hilfe eines gasförmigen und/oder 5 Ein derartiger Wirijelschicht-Apparat ist aus der flüssigen Mediums, der vom Wirbelgut abwärts DT-OS 17 67 972 und DT-OS 20 30 049 bekannt, und vom Wirbelmedium aufwärts durchströmt Bei Wirbelböden dieser Wirbelschicht-Apparate, d.e wird, mit einer Mehrzahl übereinander angeord- hinsichtlich des Verhältnisses der freien Öffnungsneter Wirbelböden, die viele über die Boden- fläche zur Gesamtfläche des Bodens ganz bestimmte fläche verteilte gemeinsame Öffnungen für das io Mindestwerte besitzen müssen, die unter anderem Wirbelmedium und für das Wirbelgut aufweisen, v_On der Geschwindigkeit und der Dichte des Wirbeldadurch gekennzeichnet, daß minde- mediums, ferner von dem Korndurchmesser und der stens der unterste Wirbelboden in zwei oder Dichte des Wirbelguts abhangen, hat die Bodenmehrere Einzelflächen {F_UF,) unterschiedlicher fläche F₁ eines Wirbelbodens bei konstanter Wirbel-Höhenlage aufgeteilt ist, wobei eine oder mehrere 15 mediumsmenge entsprechend seiner Auslegung einen tiefer liegende Bodenflachen (F.,) kleiner oder bestimmten Wirbelgutdurchsatz. Das Produkt, das gleich der höher liegenden Bodenfläche (F₁) sind, einem Wirbelschicht-Apparat aufgegeben werden daß die Bodenfläche (F.,) mindestens eine öff- soll, besitzt nicht immer eine einheitliche Kornform; nung (4) mit größerem Durchmesser als die öff- beispielsweise gibt es bei Kunststoffgranulaten, die nungen (3) der Bodenfläche (F₁) aufweist, wobei *<> Zylinderform besitzen sollen, Abweichungen, so daß der freie Querschnitt von F., kleiner oder gleich Granulate auch in runder oder ovaler Form anfallen dem freien Querschnitt von" F₁ ist, und daß die können. Die Korngröße und das spezifische Gewicht höher gelegene Fläche (F₁) gegenüber den tiefer unterliegen ebenfalls gewissen Schwankungen. Die gelegenen Flächen (F.,) durch wehrartige Er- bekannten Wirbelböden mit ihren auf das zu behanhöhungen (5, 6) beliebiger Höhe abgeteilt ist. a₅ delnde Wirbelgut ausgerichteten Durchtrittsöffnun-

2. Wirbelschicht-Apparat nach Anspruch 1, gen können sich gegenüber den vorgenannten Undadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von einheitlichkeiten und den in einem Betrieb auftretentiefer liegenden Bodenflächen (F.,) auf mehreren den Schwankungen, die sich in Form von wechseln-Wirbelböden jeweils eine Bodenfiäche (F.,) eines den Wirbelgutmengen und Veränderungen des Wirbelbodens gegenüber der Bodenfläche (F₂) 30 Wirbelmediums auswirken können, nicht ausreichend eines darüber liegenden Wirbelbodens versetzt an- anpassen.

geordnet ist. Die Wirbelmediummenge muß auch bei geringen

3. Wirbelschicht-Apparat nach den An- Wirbelgutmengenschwankungen dem Gutdurchsatz Sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß angepaßt werden, d. h., steigender Gutdurchsatz bedie wehrartigen Erhöhungen der Seitenwände 35 deutet fallende Gasmenge. Tritt beispielsweise bei (5, 6) oberhalb der höher gelegenen Bodenfläche Wärmeaustauschvorgängen in Wirbelschicht-Appa-(F₁) Öffnungen aufweisen. raten ein solcher Fall ein, dann wird ein Wärmeaus-

4. Wirbelschicht-Apparat nach einem oder tausch ungünstig beeinflußt, weil die für den Wärmemehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- austausch erforderliche Gasmenge reduziert wird, kennzeichnet, daß die Seitenwände (5) der tiefer 40 Die Umstellung eines Wirbelschicht-Apparates von gelegenen Bodenfläche (F.,) nach unten konisch einem Behandlungsgut auf ein anderes, wie sie in dei eingezogen sind. betrieblichen Praxis vorkommt, erfordert eine Ver-

5. Wirbelschicht-Apparat nach Anspruch 4, änderung des freien Querschnitts der Wirbelböder dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der und somit eine Änderung bzw. einen Austausch dei Seitenwände (5) durch einen auswechselbaren 45 Wirbelböden selbst.