DE2321418A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines fliessbettprozesses - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Inc. R "We ic χμ ait n, £44 1 4

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

S MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

UNISEARCH LIMITED
University of New South Wales,
Barker Street, Kensington,
New South Wales, Australien

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fließbettprozesses

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fließ bettprozesses, bei dem ein Strömungsmittel, vorzugsweise ein Gas oder Dampf, durch ein Gitter oder einen anderen Träger, das bezw. der Öffnungen oder Durchgänge für das Strömungsmittel, insbesondere das Gas oder den Dampf, aufweist zur Basis eines Betts bezw. einer Schicht einzelner stückiger Festkörperteile abgegeben wird. Die Bezeichnung " Gitter " soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung jeden derartigen Träger umfassen. In einem typischen Fließbett tritt das Gas oder der Dampf in einer solchen Menge bezw. Rate bezw. Geschwindigkeit in das Teilchenbett ein, die ausreichend hoch ist, um die Teilchen anzuheben und ihnen einzelne oder kollektive Bewegungen zu verleihen. Ein derart durch das Strömungsmittel, insbesondere das Gas oder den Dampf, in Bewegung versetztes Bett von Teilchen wird als Fließbett bezeichnet.

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Während der Fluidisierung erfolgt neben der Abgabe von mechanischer Energie des Strömungsmittels, insbesondere des Gases und des Dampfes, an das Bett, getrennt oder gleichzeitig ein Stoff oder Wärmeaustausch des Strömungsmittels, insbesondere des Gases oder Dampfes, mit den festen Teilchen. In anderen Ausführungsformen eines Fließbetts tritt eine Flüssigkeit entweder zusammen mit dem Gas, oder getrennt hiervon in das Fließbett ein und überträgt Stoff, oftmals einen gelösten Stoff, an die Teilchen im Fließbett, oder sie dient dazu, diskrete Teilchenagglomerate im Fließbett zu bilden ( ein Prozeß, der als " Granulation "■ bezeichnet wird ).

Das Ausmaß, bis zu welchem ein Fließbettverfahren bezw. - Prozeß erfolgreich ist, hängt u. a. von der Gleichmäßigkeit und der Innigkeit ab, mit der die miteinander in Berührung kommenden Phasen ( Gas oder Dampf , Flüssigkeit , wo zugegen, dispergierte Festkörperteilchen ) durchmischt werden. In vielen industriellen Fließbettprozeßen kann diese Durchmischung beträchtlich ungleichmäßig sein, und es können, sofern diesem Mangel nicht abgeholfen wird, grosse Anteile des eintretenden Gases oder Dampfes bevorzugte Kanäle oder Strömungswege durch das Fließbett ausbilden und aus dem Fließbett austreten, fast ohne dass sie sich mit irgendwelchen Teilchen des Fließbetts vermischt haben. Verfahren, mit denen diesem Zustand abgeholfen werden kann, sind folgende:

1. Anwendung eines Fließbettträgers, welcher der Gas- oder Dampfströmung einen hohen Widerstand entgegensetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Eintritt des Gases oder Dampfes in die Basis des Fließ - bezw. Teilchenbetts mit einer ziemlich gleichmäßigen Durchfluß menge erfolgt. '

2. Betrieb des Fließbetts mit sehr hohen Gasraten bezw. - mengen bezw. - gschwindigkeiten. Dadurch wird zunächst eine Wirkung wie gemäß vorstehend bei (1) erzielt, und die Teilchen im Fließ bett erhalten einen hohen Grad von Turbulenz, was· zum Ergebnis hat, dass sie sich gut mit dem Gas oder Dampf durchmischen,

3. Hin- und Herbewegen bezw. Rühren des Fließbetts unter Verwendung von Schaufeln.

4. Rotieren des Gitters, welches das Fließbett trägt.

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5. Vibrieren des Fließbetts.

6. Einführen des Gases oder Dampfes in Form einer Reihe von Impulsen anstelle dessen Einführung mit relativ gleichmäßiger Dur chfluß menge.

Die unter den obigen Punkten (3), (4), (5) und (6) genannten letzteren vier Maßnahmen dienen alle dazu, die Ausbildung von bevorzugten Gas- oder Dampf Strömungswegen durch das Fließbett zu verhindern.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein anderes Verfahren zum Ver-¹ hindern der Bildung unerwünschter bevorzugter Strömungswege vorgeschlagen, das darin besteht, daß man den wirksamen Widerstand des Gitters gegen die Gas- oder Dampf strömung in programmierter Weise unter Verwendung einer Veränderungs- bezw. Sperreinrichtung verändert, wobei letztere bewirkt, daß die Gas- oder Dampfdurchfluß rate bezw. - menge des von einzelnen Bereichen des Gitters in das Fließbett eintretenden Gases oder Dampfes verändert wird, während die Gesamtgas - oder -dampfdurchflußrate bezw. - menge im wesentlichen unverändert bleibt.

Die folgende Erfindung besteht in einem Verfahren zum Betreiben eines Fließbettprozeßes, mit dem die Bildung von unerwünschten bevorzugten Strömungswegen für das fluidisierende bezw. fließfähig machende Strömungsmittel im Fließbett verhindert wird, wobei erfindungsgemäß der wirksame Widerstand des Gitters des Fließbetts gegen das Fließen des Strömungsmittels programmiert bezw. in vorbestimmter Weise, nach einem bestimmten Schema, insbesondere -periodisch, verändert wird, wobei die Durchfluß rate bezw. - menge bezw. der Durchsatz des von einzelnen Bereichen des Gitters in das Fließbett eintretenden Strömungsmittels verändert wird, während die Gesamtdurchflußrate bezw. - menge bezw. der Gesamt durchsatz unverändert aufrecht erhalten wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum periodischen Versperren bezw. Behindern des Strömungsmittelflußes durch die Öffnungen der Durchgänge im Gitter eines Fließbetts vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß durch eine Veränderungs- bezw. Sperreinrichtung auszeichnet, welche den Strömungsmittelfluß durch

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Bereiche des Gitters aufeinanderfolgend bezw. in vorbestimmter Reihenfolge vollständig oder teilweise unterbricht bezw. absperrt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Figuren 1-3 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine Seitenansicht als erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Schnittdarstellung, Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II der Fig. 1, und Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Schnittdarstellung.

Es sei zunächst auf die in Fig. 1 dargestellte Apparatur näher eingegangen. Hier ist mit 1Ö ein zylindrischer Kessel bezeichnet, der ein Fließbett enthält, während 11 eine dünne, poröse Platte ist, auf der das Fließ- bezw. Teilchenbett sitzt. Der Zweck der letzteren Platte besteht darin, zu verhindern, dass Teilchen, in die Perforier ungen der unmittelbar darunter befindlichen Platte 12 eintreten können. Ein rotierender Schirm oder flacher Flügel 13, erschwert oder unterbricht die Strömung des Gases zu den einzelnen Öffnungen in der Platte 12 während seiner Rotation. Ob die Strömung des Gases zu den einzelnen Perforationen in der Platte 12 nur verhindert oder vollständig unterbrochen wird, hängt davon ab, wie nahe der Schirm bezw. der flache Flügel 13 an der flachen Unterseite der perforierten Platte 12 angeordnet ist. Die Bauteile, denen die Bezugszeichen 11, 12 und 13 zugeordnet sind, bilden zusammen das Gitter, Der rotierende Schirm bezw. Flügel 13 wird über die Welle 14 mittels eines elektrischen Antriebs 15 veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben.

Die fluidisierende bezw. das Teilchenbett fließfähig machende Gasströmung tritt durch den Einlaßkanal 16 in die Gas- bezw. Dampfkammer 17 unterhalb des Fließbetts ein, geht durch die Öffnungen im rotierenden Schirm bezw. Flügel 13, die Perforationen und die Poren in den Platten 12 bezw. 11 hindurch und tritt in das Bett 18 aus granulierten bezw. körnigen Teilchen ein, fluidisiert diese Teilchen und tritt schließlich durch den Ausgangskanal 19 am oberen Ende des zylindrischen Kessels IO aus. Im Betrieb wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schirms bezw. Flügels 13 und die Gasdurchflussmenge beziehungsweise -geschwindigkeit so eingestellt, daß

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man eine am besten fluidisierte Ausführung des Betts erhält.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der ein Kessel 20, welcher ein Fließbett 18 enthält, mit einer hin- und hergehenden Platte 21 versehen ist, welche die Gasströmung zu einer Reihe von Öffnungen in der Fließbett - Trägerplatte 22 cyklisch erschwert bezw. verhindert. ( In diesem Ausführungsbeispiel sind Blasenkappen oberhalb jeder Gasöffnung vorgesehen. ) Die Rollen bezw. Walzen 23 halten die hin- und hergehende Platte 21 gegen die Unterseite der stationären Platte 22. An der Platte 21 ist das eine Ende einer Stange 24 angebracht, während das andere Ende dieser Stange mittels einer Feder 26 gegen eine rotierende Steuerscheibe 25 gehalten wird. Das Gas tritt durch den Kanal 28 in die Gaskammer 27 ein. In der Darstellung befindet sich die Platte, 21 in der einen Extremstellung ihrer Hin- und Herbewegung, und im Prinzip tritt das Gas liur durch die Hälfte der Öffnungen und Blasenkappen in der dargestellten Reihe in das Fließbett ein. Es ist nämlich zu beachten, dass die Gasströmung zu den übrigen ( alternativ angeordneten ) Öffnungen durch das relative Nebeneinanderliegen bezw. die relative Versetzung der Öffnungen in den Platten 21 und 22 unterbrochen wird. Aber auch in der Praxis ist diese Unterbrechung unvollständig, und eine gewisse Leckströmung kann erwünscht: sein. Wenn die Platte 21 ( nachdem eine halbe Umdrehung der Steuerscheibe 22 erfolgt ist ) in ihre andere Extremlage gelangt ist, dann sind diejenigen Öffnungen, die vorher abgeschlossen waren, vollständig der Gasströmung ausgesetzt, während diejenigen Öffnungen, die vorher der Gasströmung ausgesetzt waren, nun abgeschlossen sind. Beim Betrieb wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Steuerscheibe 25 und die Gasdurchflussmenge bezw. - geschwindigkeit so eingestellt, dass man die am besten fluidisierte Ausbildung des Betts erhält.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Reihe von Vorteilen gegenüber den oben unter (1) bis (6) beschriebenen Verfahren, diese Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der reine Gitterwiderstand nicht hoch sein muß und dass die zum Erzielen einer befriedigenden Leistungsfähigkeit erforderliche Energie bei der vorliegenden Erfindung geringer als bei den Verfahren gemäß

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den obigen Punkten (1) bis (6) ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Fließbett bei Strömungsmittelraten bezw. - mengen bezw.-durch Sätzen betrieben werden kann, die unterhalb der minimalen Fluidisierungsraten bezw. - mengen bezw. - durchsätze eines konventionellen Fließbetts liegen.

Die durch Vsrwendüng des erfindungsgemäßen Verfahrens unter anderem erzielten Vorteile werden durch die nachstehend wiedergegebenen experimentellen Ergebnisse näher erläutert:

Bei diesem Versuch wurde ein Fließbett mit einem ringförmigen Querschnitt mittels rohrförmigen Perspexwände aufgebaut, wobei der äussere Durchmesser des Fließbetts 146,05 mm und der innere ,Durchmesser 101, 6 mm betrug. Ein ringförmiger Querschnitt wurde aus Gründen experimenteller Zweckmäßigkeit gewählt, weil er es ermöglicht , dass eine Lampe innerhalb des inneren Perspexrohres von 101,6 mm Durchmesser angeordnet werden kann, die relative Schwächung der Beleuchtung durch das umgebende ringförmige Fließbett ermöglicht eine Abschätzung darüber, wie gleichmäßig ( oder nicht ) das Bett fluidisiert worden ist.

Die Fließbett - Trägerplatte umfasst 12 Gasöffnungen von 9, 525 mm Durchmesser, deren Mitten im gleichmäßigem Abstand um einen Kreis von 127 mm Durchmesser angeordnet waren. Jode dieser Gasöffnungen war mit einem Tuch aus grobem Gewebe abgedeckt, das über das obere Ende der Öffnungen verlief, und enthielt eine Platte mit einer kleinen Öffnung und Druckabgriffen, so^! dass es möglich war, die Gasströmungen durch die einzelnen Öffnungen getrennt zu messen. Ein Flügel unterhalb des Gitters besaß zwei einzelne Flügel ( anstelle von drei einzelnen Flügel gemäßder Darstellung der Fig. 2), wobei sich jeder Einzelflügel über einen Bogen von 90 ° erstreckte. Beim Betrieb verhinderten diese Einzelflügel die Luftströmung durch die Hälfte der Öffnungen in der darüber angeordneten Platte.

In den Versuchen wurden zwei Pulver fluidisiert, nämlich Sand und Feldspat. Ihre Eigenschaften sind in der Tabelle 1 wiedergegeben. Bei entferntem Flügel konnte der Sand gut fluidisiert werden, · jedoch bildeten sich im Falle des Feldspats relativ stabile und im wesentlichen vertikal verlaufende Kanäle durch das Bett aus, und nur das

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Pulver in diesen Kanälen erschien beweglich. ·

Messungen der Veränderung der Gasströmung durch die Öffnungen der Fließbett - Trägerplatte zeigten₃ dass bei entferntem Flügel eine minimale Veränderung erreicht wurde, wenn die Luftmenge bezw. der Luftdurchsatz das 4,1 und 3,8 fache der minimalen Fluidisierungsmenge bezw. - geschwindigkeit für Feldspat und Sand betrug, wobei die minimale Veränderung für den Feldspat das 7, 5 fache derjenigen von Sand war.

Wenn der Flügel angebracht und mit Geschwindigkeiten zwischen und 60 Umdrehungen pro Minute rotiert wurde, dann traten diese minimalen Veränderungen,beim 2,5 und 3,3 fachen der minimalen Fluidisierungsmenge - bezw. - geschwindigkeit für Feldspat bezw. Sand auf, und die erhaltenen Veränderungen waren 20 % (Feldspat ) und 50 % (Sand ) der Veränderungen, die bei weggenommenem Flügel erhalten worden waren. Ein besonderer Vorteil des Betriebs mit rotierendem Flügel bestand darin, dass man ein befriedigendes Blasenbett für Sand bei Gesamtluftmengen bezw. - durchsätzen erhielt, die das O, 65 fache der minimalen Fluidisierungsmenge beziehungsweise - geschwindigkeit betrugen.

Tabelle 1 : Pulvereigenschaften

Pulver	Sand	Feldspat
Dichte ( g/ccm )	1,44	1,04
Schüttwinkel ( Grad )	30	45
Minimale Fluidisierungsrate
bezw. - geschwindigkeit ( cm/ see.)	6,4	5,18
Mittlerer Teilchendurchmesser	17O	38
(Micrometer)

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch eine Vielzahl unterschiedlich ausgebildeter Apparate durchgeführt werden, die abweichend von den obigen Apparaten ausgebildet sind, wobei die Veränderung der obigen Ausführungsbeispiele folgende Merkmal aufweisen oder umfassen kann:

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(a) Öffnungen in den rotierenden oder hin- und hergehenden Schirmen, die andere Formen haben können, und eine unterschiedliche An- , zahl von Öffnungen.

(b) Perforationen in den_ Schirmflügeln.

(c) Benachbarte Oberflächen ( zwischen den Teilen 12 und 13 in Fig. \ und den Teilen 22 und 23 in Fig. 3 ), die nicht flach oder'eben sind. " -

(d) Nichtkreisförmige Gitterplatten in den Vorrichtungen, wobei die Schirme, welche die Veränderung des Widerstandes gegenüber der Gasströmung hervorrufen, entweder in eine oszillierende oder eine hin- und hergehende Bewegung versetzt werden.

(e) Zuführung des fluidisierenden Strömungsmittels, insbsondere Gases in der Vorrichtung zu einzelnen Strömungsmittel - bezw.

Gaseintrittsöffnungen an der Basis des Fließbetts oder zu Gruppen derartiger Öffnungen mittels eines getrennten, programmierten Ventilsystems.

(f) Fließbettsysteme, in denen das fluidisierende Gas an 'der Basis des Fließbetts durch Öffnungen eintritt, die anders als diejenigen Öffnungen ausgebildet sind, welche in den Fließbett - Träger platten ausgebildet oder nicht ausgebildet sind, wobei die Gaszufuhr in der vorstehend unter (e) beschriebenen Weise verändert werden kann.

(g) Mehr als ein rotierender, oszillierender oder hin- und hergehender Schirm in der Vorrichtung.

(h) Führung und Bewegung des Schirms bezw. Flügels zwischen zwei perforierten Platten in der Vorrichtung.

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Claims (4)

1. _9_ 2?21A18

   PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Betreiben eines Fließbettprozesses, mit dem die Bildung von unerwünschten bevorzugten Strömungswegen für das fluidisierende bezw. fließfähig machende Strömungsmittel im Fließbett verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Widerstand des Gitters des Fließbetts gegen das Fließen des Strömungsmittels programmiert verändert wird, wobei die Durchflußrate bezw. - menge des von bestimmten bezw. einzelnen Bereichen des Gitters in das Fließbett eintretenden Strömungsmittels verändert wird, während die Gesamtdurchflußrate bezw. menge im wesentlichen unverändert aufrechterhalten wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch zum Zwecke des periodischen Versperrens bezw. Behinderns des Strpmungsmittelflußes durch 'die Öffnungen oder Durchgänge im Gitter eines Fließbettes, gekennzeichnet durch eine Veränderungsbezw. Sperreinrichtung ( 13; 21 ), welche den Strömungsmittel fluß durch Bereiche des Gitters (11, 12, 13 5 21, 22 ) aufeinanderfolgend bezw. in vorbestimmter Reihenfolge vollständig oder teilweise unterbricht bezw. absperrt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter eine perforierte Platte ( 12 ) umfaßt und die Veränderungs- - bezw. Sperreinrichtung ein unmittelbar unterhalb der perforierten Platte angeordneter flacher Flügel ( 13 ) ist, der für einen Anteil der Löcher in der Platte als Hindernis wirkt oder die Löcher dieses Anteils vollständig unterbricht, wobei eine Drehvorrichtung ( 14, 15) vorgesehen ist, welche den Flügel unterhalb der Platte in Umdrehung versetzt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter eine Fließbett - Tragplatte ( 22 ) umfaßt, in der eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen ist und dass die Veränderungs bezw. Sperreinrichtung aus einer flachen Platte ( 21 ) besteht, die unmittelbar unterhalb der Fließbett - Tragplatte angeordnet

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   ist und eine gleiche bezw. ähnliche Anzahl und Anordnung von Öffnungen aufweist, wobei eine Schwingungsvorrichtung ( 23, 24, 25, 26 ) vorgesehen ist, welche die Platte in oszillierende Bewegung versetzt, durch die-Paare benachbarter Öffnungen bezw. je zwei benachbarte Öffnungen in der Fließbett - Tragplatte abwechselnd geöffnet und geschlossen werden.

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