DE2429291A1 - Verfahren und vorrichtung zum inberuehrungbringen von in verschiedenen phasen befindlichen stoffen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum inberuehrungbringen von in verschiedenen phasen befindlichen stoffenInfo
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Description
V erfahr en \md Vorrichtuap; zum Inberührunpforingen von
in versehiedenen Phasen befindlichen Stoffen.
Die Erfindimg betrifft ein .Verfahren zum Inberührungbringen
von in verschiedenen Phasen befindlichen Stoff en",--bei dem einerseits gasförmige Fluide, gegebenen-.,
falls Feststoffe mit sich führend, in einer Strömung in Form von schraubenförmigen Bahnen, die symmetrisch zu wenigstens
einex' Ebene durch die Achse der Strömung sind, und andererseits flüssige Fluide, gegebenenfalls mit Feststoffen
vermischt, in einer kontinuierlichen, geradlinigen, durch eine materielle Leitung, deren Achse gleich der der
schraubenförmigen Strömung ist, auf einer Länge von min-,
destens ihrem dreifachen Innendurchmesser geführten Strömung eingeleitet werden und sich beide Strömungen anschliessend
in einem Volumen größeren Querschnitts verteilen können.
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- 2.··- 44
Die Erfindung betrifft weiter· eine Vorrichtung zum
Durchführen des Verfahrens mit einem, wenigstens in einem Bereich-zylindrischen Hüllrohr, das an einem Ende durch
eine wenigstens ein axiales Innenrohr- durchlassende Wand
verschlossen ist, und einer Vorrichtung, mit der in das
Innenroar ein Teil der mit den durch das axiale Innenrohr
zugeführten Stoffen in Berührung zu bringenden Stoffe in
das Hüllrohr eingeleitet wird, indem,ihm eine relativ
zur gemeinsamen Achse des Hüllrohrs und des Innenrohrs
schraubenförmige Bewegung erteilt wird.
Die Erfindung besieht sich insbesondere auf ein Verfahren, das ermöglicht, Stoffe in verschieden on physikalischen
Zuständen schnell in innige Berührung zu bringen, und beispielsweise den normalen Ablauf von physikalischen
oder chemischen Vorgängen infolge der Berührung erleichtert.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt,_ mit denen verschiedene
Fluide innerhalb eines gasförmigen Milieus vermischt werden -können und die auf diese Mischung folgenden
Vorgänge durchgeführt werden können, wie beispielsweise die Trocknung oder eine chemische Reaktion, beispielsweise
die Verbrennung. Herkömmliche Verfahren werden bei merklichem Druck ausgeführt j der wenigstens auf einen Teil der
Stoffe ausgeübt wird und laufen in relativ großen Gefäßen
ab, die notwendig sind, um die Berührung zwischen den verschiedenen Phasen herzustellen. Die letztere Notwendigkeit
hat ihren Grund darin, daß wegen der voneinander unabhängigen Einleitsysteme für die verschiedenen Fluide die Bahnen der verschiedenen Körper nicht zusammenfallen, was dazu
führt, daß ein großer Raum vorgesehen sein muß, um die
Wahrscheinlichkeit einer Berührung zwischen beispielsweise einem Flüssigkeitstropfen und dem Gasvolumen, das es überführen
muß, zu erhöhen. Dies führt weiter dazu, daß ein
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in einer ersten.' Berührung bereits überführtes Teilchen
nach wiederholten, weiteren Berührungen zersetzt werden kann, \voraus .sich für den Techniker die. Notwendigkeit
ergibt, einen Konpromiß zwischen wiederholten Berührungen
und un-g-envnjond er Berührung der Stoffe untereinander einzugehen;
dies zieht neben anderen Kachteilen Ablagerung an den Wänden nach sich. Allgemein können vor allem in
den besonderen Fall-der-Behandlung unstabiler Stoffe, mit
lierkömrulichen Systoi-icn,keine sehr homogenen Produkte dargestellt
v/erden*. Die zum Durchführen solcher Verfahren verwendeten
Vorrichtungen werden häufig als "buse", entsprechend
de3? handelsüblichem Bezeichnung oder durch, das englische
Vert "Spray dryer" bezeichnet; diese letztere Kategorie
umfaßt die Systeme init einem sich drehenden Teil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das sich von herkömmlichen Verfahren vor allem
durch den geringen Druck-, der auf die Fluide bei deren Eintreten ausgeübt wird, durch den einfachen Aiifbau der materiellen
.Strukturen, die zum Durchführen des Verfahrens notwendig sind und in Bezug auf die Ergebnisse durch die Homogenität
der Mischung unterscheidet, die in einem kleinen Volumen und in einer Zeit hergestellt werden kann, die genügend
kurz ist, um die Zersetzung von instabilen Produkten
zu vermeiden. , " '
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art, bei dem erfindungsgemäß stromabwärts
der Einleitbereiche' für die in Berührung zu bringenden Stoffe der schraubenförmigen Strömung ein verengter
zylindrischer Durchlaß mit der Achse der geradlinigen Strömung als Symmetrieachse und einem Durchmesser, der
1,5 bis 5 mal kleiner, vorzugsweise 1,7 bis 3,7 mal kleiner,
als der der Strömung stromaufwärts ist; und einem
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T 900
Querschnitt, der von der die geradlinige Strömung führenden
Leitung um nicht mehr als 1/4- vermindert wird, zur
Verfügung steht, und daß das stromabwärtige Ende der Lei- txviQ der geradlinigen Strömung in einer Ebene ist, die
7,\iisehen 0 und dem mittleren Radius des Durchlasses, von
der Hittölebeiie des verengten Durchlasses entfernt ist,
und daß die? die schraubenförmige Strömung bildenden Stoffe
in Höhe des minimalen Querschnitts des verengten Durchlasses eine Bewe&ungsgroße von wenigstens dem 100-fachen,
vorzugsweise dem 1 000- bis 10 000-Xaclien eier Bewe[:;ungs~
große der geradlinigen Strömung aufweisen, wobei die Geschwindigkeit
der letzteren Strömung 0,05 bis 3 m/eck, beträgt, und daß dor freie, der Vereinigung von beiden
Strömungen zur Verfugung stehende Querschnitt stromabwärts
des verengten Durchlasses und der Leitung zur I'ührung
der geradlinigen Strömung einen Durchmesner aufweist,
der maximal 4· m beträgt, aber größer ist, als der Durchmesser
des Querschnitts, der der schraubenförmigen Strömung vor dem verengten Durchlaß zur Verfügung steht.
Die Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt wird, weist ein Hüllrohr auf, das auf einer Seite entweder in einem Kegelstumpf endet, dessen kleine
Basis die stromabwärtige öffnung der Vorrichtung (oder
den verengten Durchlaß für die schraubenförmige Strömung) bildet, oder in einer ebenen Fläche/j die in ihrem Zentrum
eine kreisförmige öffnung aufweist, die koaxial mit dem Hüllrohr ist (und ebenfalls den verengten Durchlaß bildet)
und endet an seiner anderen Seite in einer Wand, die wenigstens ein Innenrohr durchläßt, das koaxial zum Hüllrohr
ist und in einer Entfernung von der Mittelebene der kreisförmigen Öffnung endet, die zwischen 0 und dem Radius dieser
Öffnung liegt, wobei der äußere Querschnitt des Innen-
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rohre maximal 1/4 de3 Querschnitts der öffnung beträgt;
die "Vor. richtung weist--weiter eine Vorrichtung auf j mit
der uh'i. das axial ο Rohr in "das Hüllrohr der andere Teil
der in Berührung zu bringenden Stoffe eingeleitet werden
kann, indem diesen eine schraubenförmige Bewegung erteilt
wird, die symmetrisch zu-den susammenfallenden Achsen des
Hüllrohrs und:des Innenrohrs ist.
TJn eine Ablagerung von Materie um die stromabwärtige
öffnung der, Hüllrohrs zu vermeiden, weist diene vorzugsweise
zum Inneren des besagten Rohrs hin' eine koaxiale
zylindrische Oberfläche von· 0,8 bis 3 mm Höhe auf, wobei
die Verbindung mit der Außenfläche einer dickeren \7and
in einer'divergenten Abschrägung erfolgt.
Der stromabwärtige Teil des Hüllrohrs hat zum Inneren
einen spitzenWinkel zwischen 50 und 180°, wotSei der obere
Grenzwert der ebenen Fläche und die anderen Worte- einem
Kegelstumpf entsprechen.
Im letzteren Fall liegt der spitze Winkel vorzugsweise lochen 55 und 65° ι
stumpfförmigen Teil.
stumpfförmigen Teil.
zwischen 55 und 65° und das Innenrohr endet in dem kegel-
Das Innenrohr selbst kann weitere koaxiale Rohre umgeben,
beispielsweise, wenn es erforderlich ist, mehrere gasförmige Strömungen einzuleiten, die unter sich nicht
in. Berührung kommen dürfen, bevor die Berührung mit der
schraubenförmigen Strömung erfolgt.
Im folgenden wird nur das äußerste axiale Innenrohr betrachtet, die im Inneren dieses Rohres gelegenen Rohre
haben eine geringere Dicke.
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- 6 - /μι- 900
Die schraubenförmige Bewegung, die einem Teil der Stoffe erteilt wird, wird dadurch hervorgerufen, daß diese
Stoffe durch wenigstens ein Rohr eingeleitet werden, das
tangential in Höhe des Bereiches des Hüllrohrs angebracht
ist, der in Achsenrichtung vom Innenrohr durchquert wird. Es können auch andere Mittel verwendet werden, beispielsweise
ein schraubenförmiges Band oder Ablenkflügel, die
um dac Innenrohr angfiox'dnet cind; in diesem letzteren Fall
kann die Strömung, die in schraubenförmige Bewegung kommt,
durch dan Bodeu des Hüllrohrs um da3 Innenrohr herum eingeleitet
werden.
Eine besonders einfache Ausführungsform, die ein symmetrisches
Fließen criröglicht, ist diejenige, die nur ein
einziges tangentiales Rohr aufweist; die zylindrische Wand des Hüllrohrn ist in diesem Falle durch einen perforierten
Zylinder einsetzt, der außen mit einer Ummantelung versehen
ist, in die das tangentiale Rohr einmündet; die Perforierungslöcher
haben bei einem JRohr von einigen Zentimetern Durchmesser einen Durchmesser von "etwa 1 cm und der Anteil
der Oberfläche der Löcher an der Gesaratoberfläche des Zylinders beträgt etwa 20 %. Bei größeren Abmessungen kann
der Durchmesser der Perforierungslöcher 25 mm erreichen, unabhängig von dor JJiolre oes verwendeten Materials muß d«s
Loch ständig eine "Öffnung mit relativ zur Dicke der Wand *)
Wichtig ist, daß die Verteilung der· Löcher regelmäßig ist und daß die ausgesparte Oberfläche derart ist, daß der
perforierte Zylinder in den meisten Fällen einen Druckabfall
von nicht mehr als 50 p/cm beim Strömen der Fluide
erleidet; eine Durchflußmenge von 35 m /h. je Loch von 20 mm
Durchmesser ist beispielsweise gut möglich. Ein solcher Zylinder kann allgemein nur dann benutzt werden, wenn die
durch das tangentiale Rohr ankommende Strömung keine nicht ♦) großem Durchmesser" bleiben.
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feinpulverigen Feststoffe enthält.
Die tangentialen Rohre sind vorzugsweise nahe am Boden
des Küllrohrs befestigt; aus praktischen Gründen,
insbesondere um ein einfaches Verschweißen dieser Rohre mit dem Hüllrohr zu ermöglichen, kann jedoch zwischen
diesen tangentialen Rohren und dem Boden der Vorrichtung ein kleiner Abstand belassen werden. Dies stört den Betrieb
bzw. die Funktion der Vorrichtung nicht. Bei nur einem tangentialen Rohr und einem perfcriorten Hüllrohr
ist die Lage des tangontialen Rohrs hinsichtlich dec Erreichens
einer symmetrischen und regelmäßigen schraubenförmigen
Strömung weniger festgelegt. Um die Regelmäßigkeit der Strömung sicherzustellen, die durch diese Rohre
eindringt, ist es notwendig, eine axiale Symmetrie (relativ zur Achse des Hüllrohrs) zu beachten, wenn zwei oder
mehrere tangentiale Rohre verwendet werden.
Die Entfernung zwischen der Ausgangsöffnung des Innenrohres
und der Mittelebene der stromabwärtigen öffnung des Hüllrohres liegt vorzugsweise zwischen 0 und dem Radius
dieser öffnung. Innerhalb der obigen Grenzen können durch Verändern der Entfernung zwischen der Austrittsöffnung bzw. dem Schnabel des Hüllrohres und der Austrittsöffnung des axialen Rohres die Mischungsbedingurigen verändert werden, insbesondere die Art des Strahls, der von der
erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird. Daß axiale Rohr
kann entsprechend längs verschiebbar angeordnet werden, wodurch eine zusätzliche Möglichkeit zur Regelung der Feinheit
der Pulverisierung und ihrer Regelmäßigkeit in Abhängigkeit verschiedener Parameter,zu denen des Verhältnis
der Durchflußmenge des Gases zur Durchflußmenge der anderen Phasen gehört? gegeben ist.
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Wenn aas Hüllrohr durch, eine ebene Fläche teilweise
verschlossen ist, ragt das Innenrohr vorzugsweise außen
aus dein Behälter hervor, der durch das Hüllrohr und die ebene Fläche gebildet ist. In bestimmten speziellen Fällen
vrira mit einer solchen Vorrichtung eine Ablagerung am Rand der stromabvrärtigen Öffnung des Hüllrohrs vermieden
.
Die zylindrische Oberfläche, die an der Austrittsöffnung
des Hüllrohrs ausgebildet ist, hat bei Vorrichtungen, deren Innendurchmesser 10 inm und mehr beträgt, eine
Höhe von 1,5 bis 3 mm und bei Vorrichtungen mit kleinerem
Durchmesser eine Höhe von 0,8 bis 1,5 mm.
Das Verhältnis des Innendurchmessers des Hüllrohrs zum
mittleren Durchmesser der Austrj.ttsöffnung bzw. des Schnabels
dos Hüllrohrs liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 5,
bevorzugt zwischen 1,7 "und 3,7·
Das Verhältnis des Innendurchmessers des axialen Rohrs zum gleichen mittleren Durchmesser des Schnabels liegt
vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,45, bevorzugt zwischen 0,15 und 0,4. Wenn verschiedene Strömungen mittels konzentrischer
Rohre eingeleitet werden, sollte das Verhältnis des Durchmessers des äußersten Eohres zu dem des Schnabels
in den obigen Grenzen liegen, sofern die Dicke der Rohre vernachlässigbar ist. Wenn jedoch die Rohre, die sich
im Inneren anderer axialer Rohre' befinden, eine merkliche Dicke haben, ist das zu beachtende Verhältnis das der freien
Querschnitte der Rohre und des Schnabels. Zusätzlich ist wichtig, daß das Hüllrohr und die Innenrohre sehr genau
koaxial zueinander sind.
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.: ; - 3 - ι*
Der. Gesamtquerschnitt des Rohres oder der Rohre zur
Zufuhr der Stoffe,· die in wirbelnde Bewegung versetzt
werden,'-beträgt-vorzugsweise das 1- bis 3,5-fache des
freien Querschnitts des Schnabels des Hüllrohrs.
J/ie innere Länge des zylindrischen Teils des Hüllrohrs
ist vorzugsweise 1 bis 10 mal so lang wie der Durchmesser
des Schnäbele,
Die oben beschrieber.ve-.Vorrichtung ist beispielsweise
auf einem zylindrischen — kegelstumpf föi'wigen Behälter
in dessen zylindrlscliem Teil befestigt. Der Außenurofang
des Sohnabels,-&ex oben beschriebenen Vorrichtung ist derart
angeordnet, daß cv vorteilhafterweise genau bündig
mit der Innenfläche des Behälters, beispielsweise für eine
Trocknung oder eine blitzartige Verdampfung ist.
Der Behälter muß genügend große Abmessungen haben, jedoch IcI einer als 4-m, Im" allgemeinen zwischen 1 und 4- ra,
damit sichergestellt 1st, daß die gesamte vorgesehene überführung
während der Anfangsphase stattfindet, bevor die Fluide auf die Seltenwände mxftreffen, indem man günstige Eedingungen
für das/inberuhrungbringen ausnutzt . Das Pulver
oder die erhaltenen Ii örner werden vorteilhaft erweise mittels
einer Vorrichtung in Art einer Zyklone gesammelt, · die an die Basis des Kegelstumpfs angeschlossen Ist, wenn
ein Behälter der oben beschriebenen Form, verwendet wird.
Der Behälter kann auch eine doppelt konische Form haben,
wobei die spitzen Winkel zwischen 4-5° und 120° liegen;
die einzuhaltenden oben erwähnten Abmessungen sind also der Durchmesser der großen Basis, die beiden Kegeln gemeinsam
ist und die Gesamthöhe beider Kegel; die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in diesem Falle an der Spitze
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des oberen !Tegels bzw. konischen Teils befestigt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand scheniatischer
Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der
erf indunkc genriß en Vorrichtung;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer
abgeänderten Ausführungsfom der Erfindung mit
nur einem tangentialen Rohr und mit einem perforierten Verteilzylinder;
Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer
Vorrichtung, in der das Hüllrohr stromabwärts durch eine ebene Fläche verschlossen ist, die
in ihrem mittleren Teil ausgespart ist;
Fig. 5 einen Axialschnitt einer abgeänderten Ausführungsforra,
in der das Hüllrohr an der stromabwärtigen Seite teilweise durch eine ebene
Wand verschlossen ist, die in ihrem zentralen Teil ausgespart ist, und bei der die schraubenförmige
Strömung durch ein einziges tangentiales Rohr zugeführt wird;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Apparatur, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung angebracht ist.
Gemäß Fig. 1 weist die Ummantelung bzw. das Hüllrohr
der Vorrichtung einen kegelstumpfförmigen Bereich 1, einen
zylindrischen Abschnitt 2 und eine ebene Wand bzw. den Boden 3 auf, in dessen Mitte ein Rohr 4 ankommt, das
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der Einleitung eines Teils der miteinander in Berührung
zu■bringenden Stoffe dient. Dieses Rohr tritt in die zylindrische
Ummantelung axial ein und dringt in den konischeu Bereich bis in eine bestimmte Entfernung zur kleinen
Daois (Genannt Schnabel 5 der Vorrichtuiig) dieses
kccclstunpfförinigen Bereichs vor. Wenigstens eine der
Phasen, im allgemeinen die gasförmige und gegebenenfalls mit einer Flüssigkeit oder suspendierten Feststoffteilchen
beladen, wird durch tangential© Bohre 6 eingeleitet,
die derart angeordnet sind, daß die so augeführte Strömung eich wirbelnd bewegt, bevor sie sich kurz nach der Austritt
so ff nun g 7 des axialen Rohres mit der anderen Strömung,
vermischt; die tangentialen Eohrckönnen kreisförmigen
oder länglichen (elliptisch, rechtwinklig usw.) Querschnitt
haben, wobei ihre große Achse im letzteren Fall parallel -mit Achse der Apparatur ist.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist eine Variante ν die ermöglicht, mit nur einem tangentialen Rohr
eine regelmäßig wirbelnde Bewegung zu erhalten. Die Bezugszeichen 11, 12 und 13 bezeichnen den kegelstumpfförmigen
Bereich, den zylindrischen Abschnitt und den Boden des Hüllrohr:·;, während die Bezugszeichen 14, 15 und 16 das
axiale Rohr, den Schnabel der Vorrichtung und das tangentiale Rohr bezeichnen.
Der zylindrische Abschnitt 1(2 ist dort perforiert und
von einer Ummantelung 17 umgeben, in die das tangeiitiale
Rohr 16 einmündet.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist der in Fig.
dargestellten größtenteils ähnlich; ihr Schnitt in der Ebene
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- 12 - 4'+ 9C1O
der Achsen der tantentialen Rohre 6 ist ähnlich der Fig. In der Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 2, 3, 4 und 6
die gleichen Teile wie in Fig. 1. 1' bezeichnet eine ebene
Platte,(die den kegelstumpfförmigen Bereich 1 der Fig. 1
ersetzt) 5' bezeichnet eine axiale öffnung und 7' das stromabwärtige
Ende des Innenrohrs.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 ist ähnlich der der Fig. 3,
jedoch ersetzt eine stromabwärtige Platte 1V den kegelstuEipfförmigen
Bereich 11. Der Schnabel 15 ist dort durch
eine zylindrische Oberfläche gebildet, die stromabwärts über eine divergente Abschrägimg in die Außenfläche der
Platte übergeht.
In Fig. 6 ist die gesamte Apparatur dargestellt, in der
die oben beschriebene Vorrichtung montiert und durch das Bezugszeichen 2' bezeichnet ist. Der Schnabel 5 der Vorrichtung
ißt an der Spitze eines divergenten oberen Kegels eines trichterförmigen Behälters befestigt, dessen unterer
konischer Teil 19 über seine Spitze 20 mit einem Rohr 21 verbunden ist, das tangential in eine Zyklone 22 mündet,
mit der das erhaltene pulverförmige Produkt oder das Granulat gesammelt werden kann. Der Behälter ist auf schematisch
dargestellten Streben 23 gehalten. Sein Inneres ist zugänglich, indem die beiden konischen Teile an ihrer gemeinsamen
Basis 24 voneinander getrennt werden.
Die bereits erwähnten Vorteile des Verfahrens liegen vor allem in dem Zusammenfallen der Bahnen der verschiedenen
Fluide und der Gleichheit der Geschwindigkeiten dieser Fluide bei ihrer gegenseitigen Berührung.
Aus Gründen der Einfachheit sei im folgenden vorausgesetzt, daß die schraubenförmige Strömung im wesentlichen
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gasförmig und die geradlinige Strömung flüssig ist; die
Gegenwart weiterer Phacen ändert die grundsätzlichen auf dieser Annahme beruhenden Werte-nicht merklich. Es ist daher
nötig, daß die Flüssigkeiten und das Gas den gleichen ' " Bahnen folgen und diese mit gleichen Geschwindigkeiten durchströmen.
Dazu mui?. die Bewegungsgröße des Gases in einem großen
Verhältnis zu der der Flüssigkeiten stehen, in einem Verhältnis
von wenißGteHs gleich 100 und vorzugsweise 1 000 bis
10 000; die Bewegung dos Gases wird unter diesen Bedingungen
entsprechend ihrer Richtung und ihrer Stärke dan voneinander isolierten Flüsijigkeitströpfchen in der Konvergenzzone der
beiden Strömungen aufgeprägt. Das Verhältnis dieser Bev/egungsgrößen
wächst:'-zugunsten, des Gases, .indem das gesamte Gas in
die >schraubenförinigG Strömung eingeleitet wird" (dies unterscheidet dieses Verfahren von zahlreichen bisherigen Verfahren,
die eine zv/eite Strömung einleiten). Die Geschwindigkeit
dar Flüssigkelten wird zusätzlich in die Mähe des MinimumsVerringert,
.-wodurch ihre kontinuierliche Strömung ermöglicht wird; die Geschwindigkeit des Gases kann unter diesen
Bedingungen genügend klein sein, damit keine hohen Drucke (unterhalb 0,4 Bar) notwendig sind. Das Verhältnis der Massen
des Gases und der Flüssigkeit wird in Abhängigkeit der ver-r
schiedenen Faktoren, beispielsweise die Temperatur dieser Flüssigkeiten und dem auszuführenden Vorgang, beispielsweise
der Verdampfung der Flüssigkeiten, gewählt? dieses Verhältnis
beträgt wenigstens 2.
Die Geschwindigkeiten und entsprechend die Bewegungsgröße in Höhe des verengten; Durchlasses v/erden einfach ,
nach den Durchflußmengen am Eintritt der Fluide und dem
Querschnitt des Durchlasses berechnet, wobei die Drucke nur eine unwesentliche Rolle spielen. Die axiale.Strömung
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44-
(flüssig) wird als geradlinig und mit einem Querschnitt
gleich deia Iimenquerschnitt ihrer Leitung betrachtet,
unabhängig davon, ob sie durch den verengten Durchlaß
durchtritt oder nicht.
Die Bahnen den Gases bilden an ihrem Ausgang in die verengte Zone die eine von zwei Familien der Erzeugenden
eines einschaligen Hyperboloids oder genauer einen geschichteten Stapel mehrerer Hyperboloide. Diese Erzeugenden
troUftn durch eine. Fanilic von Kreisen, die einen
Ring geringer Breite bilden, dex* stromabv/ärts des verengten
Durchlasses der schraubenförmigen Strömung ist, und divergieren dann. Dieser Hing umgibt eine Unterdruckζone,
deren Wirkung sich einerseits stromaufwärts in der Flüssigkeit zeigt, die die geradlinige Strömung bildet und
stromabwärts in dem Gas, in dem ein Teil dieser Fluide umläuft. Die Flüssigkeit wird in eine Vielzahl von Tröpfchen
zerteilt, von denen jedes von einem, bestimmten Gaavolumen
mitgenommen wird und einer Bewegung -unterworfen
wird, die eine Zentrifugalwirkung hervorruft; dies verbessert die Berührung mit dem Gasvektor und bewirkt bei
einer Verbrennung die Mitnahme und die Stabilität der
Flamme.
Das Verhältnis der Durchflußmenge der Gase zur Durchflußmenge
der Flüssigkeiten kann in großem Ausmaß variieren; ein Vergrößern dieses Verhältnisses verkleinert die Abmessungen
der gebildeten Tröpfchen.
Es sei hier erwähnt, daß das Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung nicht unendlich weit extrapoliert
werden können, daß sie aber bis zu 2 t/h Flüssigkeit und in bestimmten Fällen bis zu 10 t/h zufriedenstellend
eingesetzt werden können.
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■ . ■ - 15 -
- 15 - 44 9CO
Das Verfahren zum Inberührungbringen von Stoffen in verschiedenen physikalischen Zuständen kann mit Hilfe
der beschriebenen Vorrichtung für verschiedene gängige
Vorgänge, insbesondere in der chemischen - und Nahrungsmittelindustrie
verwendet werden.
In diesen Vorgängen ist die in wirbelnder Bewegung befindliche Strömung im allgemeinen ein Can oder ein Dampf,
das bzw. der gegebenenfalls eine Suspension von Peststoffen
oder Flüssigkeiten mit sich zieht, die mit dan axial eingeleiteten
Stoffen in Berührung zu bringen sind. Ein Druck von einigen 100 Pond /cw." (im oll gemein en unter 400 Pond/cm*")
über dem im Gtromabwärtigen Teil der Apparatur herrschenden
Druck genügt für die gute Punktion der Vorrichtung. Die
wirbelnde Bewegung, die durch diese Strömung hervorgerufen
wird, schafft ν wie bereits ausgeführt, in ihrem axialen
Teil· einen leichten Unterdruck, so daß im Innenrohr ein Ausströmen des Fluids zustande kommt, ohne daß die Wirkung
eines Druckes auf dieses Fluid notwendig ist. Allgemein genügt es, mit Ausnahme bei sehr zähflüssigen Stoffen oder
dickflüssigen Mischungen das axiale Rohr aus einem Vorratsbehälter (einige Dezimeter über der Vorrichtimg) zu beschicken
oder ein herkömmliches System zu verwenden, das ermöglicht, die Durchflußmengen zu steuern und zu messen.
Wenn die geradlinige Strömung zum großen Teil aus Fest
stoffen besteht, kann eine Vorrichtung in Art einer archi
medischen Schraube in ihrer Leitung angeordnet werden.
Unter den verschiedenen Kategorien von Vorgängen, für
die sich die oben beschriebene Vorrichtung anbietet, sei an erster Stelle die schnelle Verdampfung von flüchtigen
Mischungen und insbesondere die Trocknung eines in Suspension
oder wässriger Emulsion "befindlichen Produktes
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oder die Konsentration von. Lösungen, beispielsweise von
Mineralsäuren genannt. An zweiter Stelle werden Mischvorgnnge
und beispielsweise die Zubereitung von Trockenmischunf'-icn
in sehr zufriedenstellender Weise durchgeführt,
v/iß ganz allgemein die Durchtränkung von Feststoffen
mit Flüssigkeiten gut durchgeführt wird. Eine dritte Kategorie von Vorgängen, die erwähnt werden soll, ist die
Verfestigung von Teilchen bei Umwandlung in feine Kugeln oder die Behandlung einer Oberfläche von Körnern mit gegebenenfalls
einer Änderung der Oberflächenstruktur der
Körner. Iu einer vierten Kategorie von Vorgängen ist es
auch möglich, in einer homogenen Mischung Reaktionen durchzuführen, wie beispielsweise Chlorierungen oder Oxidationen.
Eine letzte Art von Reaktion bezieht eich insbesondere auf die Verbrennung, beispielsweise von Treibstoff,
wobei die heißen entstehenden Gase zum Trocknen anderer Bestandteile der Mischung verwendet worden können.
Wie aus dem letzteren Fall ersichtlich, können mehrere der verschiedenen beschriebenen Kategorien von Vorgängen gleichzeitig
durchgeführt werden, wobei die Wahl der Betriebsbedingungen und der einstellbaren Randwerte ermöglicht, innerhalb
bestimmter Grenzen den Kornaufbau der erhaltenen Produkte festzulegen, beispielsweise bei der Trocknung
von in Emulsion befindlichen Bestandteilen, und insbesondere sehr feine und regelmäßige Pulver erhalten werden
können.
Die Art des erhaltenen Strahls und die Wirksamkeit der Berührung der verschiedenen Strömungen sind derart,
daß sehr heiße Gase selbst bei feuchten Produkten einge leitet werden können, ohne daß die V/ände des Behälters
beschädigt werden, der am Ausgang der verwendeten Vorrichtung angeordnet ist oder daß Ablagerungen von Krusten
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an. diesen Wänden entstehen.
Die Kürze der zur Berührung notwendigen Zeit, beispielsweise
um vorhandenes Wasser durch ein Gas hoher Temperatur
zu verdampfen, -ist derart, daß sogar sehr hitzeernpfindliche
Produkte getrocknet werden können, ohne daß eine Zersetzung dieser Produkte festgestellt wird. " .
Die Abwesenheit jeglichen Anschlusses mit kleinem Durchmesser
und "jeglicher" beweglicher ^cile, ermöglicht die Be- *
handjlung von Feststoffen verschiedener Formen und unterschiedlicher
Abmessungen ohne irgendeine.· Filtration, vorausgesetzt
natürlich, daß die Abmessungen der größten 'J?c-il.e
un ein Vielfaches k!
der Apparatur sind.
der Apparatur sind.
un ein Vielfaches kleiner als die kleinsten Durchmesser
Im folgenden werden zwei Beispiele angegeben, um den Betrieb
der-.Vorrichtung- in verschiedenen Anwendungen zu schildern
:
Beispiel 1 . -
Die verwendete Apparatur ist analog der in .den Fig. 1,
2 und 6 dargestellten: Der Innendurchmesser des* Hüllrohrs
beträgt 52 mm, die Länge dieses Rohrs bis zur großen Basis
des Kegelstumpfs beträgt 63 nun. Der kegelstumpfförmige,
Bereich hat eine Höhe von JO mm, einen Scheitelwinkel von
60° und endet in einer Öffnung, die von einer zylindrischen
Oberfläche mit 2 mm Höhe und 20 mm Durchmesser begrenzt ist Zwei tangentiale Rohre, sich diametral gegenüberliegend und
in zueinander invertierter Richtung ausgerichtet, sind nahe dem Boden der Vorrichtung festgeschweißt; Die Achse dieser
A09884/0966 ~
ORIGINAL
- 18 - ■ ΐμ>
ρ
Rohre int, 30 mm von diesem Boden entfernt. Der Durchmesser
der Rohre beträgt 23 mm. Ein axiales Rohr mit. 4 mm Innendurchmesser und 6 mm Außendurchmesser hat seine stromabwärtigo
öffnung in dem Kegelstumpf in einer Entfernung von
8'min vom Außenumfang de.3 Schnabels. .
In dieser Apparatur werden durch die tangentialen Rohre
125 kii/h trockenes Polyvinylchlorid, mitgerissen von 500 m^
Luft von 50 C unter einem relativen Druck von 200 Pond/cm
und durch das zentrale liohr werden 62,5 kg/h Lioctylphtbalnt
mit 625 p; Stabilisator, der unter der Handelsmarke "ßtavinor"
bekannt ist, eingeleitet. Die letztere Mischung weist eine Temperatur von 1000C auf. Der plastifiziert© Stoff
bildet sich in einem Trichter mit 1 030 mm Innendurchmesser
und 500 mm Höhe und wird dann in einer Zyklone gesammelt, die mit der Basis dec Trichters verbunden ist. Die
Mischung weist eine bemerkenswerte Homogenität auf. An den Wänden des Trichters wird keinerlei Flüssiekeitsniederschlag
oder irgendwelche Ablagerung an .Feststoff festgestellt.
In diesem Beispiel wird eine Düse verwendet, wie sie in der Fig. 3 mit der Abänderung gemäß der Fig. 4 dargestellt
ist. Das Hüllrohr hat einen Innendurchmesser von 110 nun und eine Innenlänge von 128 mm. Das Hüllrohr weist
18 kreisförmige Löcher von 20 mm Durchmesser auf, die regelmäßig schachbrettartig auf dem Hüllrohr verteilt
sind. Ein Rohr von 175 nun Innendurchmesser, koaxial eum
ersten, begrenzt eine Ummantelung, in die ein tangentiales Rohr mit 46 mm Innendurchmesser einmündet, dessen Achse
57 mm vom Boden des Hüllrohrs entfernt ist. Ein ebenfalls
- 19 409884/0966
OFHGiNAL INS*ECTfm
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koaxiales Innenrohr rait einem Außen- bzw. Innendurchmesser
von 22 bzw. 20 mm dringt durch den Boden ein und mündet
20 mm außerhalb des Hüllrohrs, auf der gegenüberliegenden
Seite. Diese. »Seite ist teilweise durch eine Platte
von 5--rim- Bioko verschlossen, die eine Öffnung mit 60 mm
Durchmesser' aufweint; die öffnung ist von einer zylindrischen
Oberfläche mit 2 mm lIöJiö gebildet, die in einer
Schrägung in die Außenfläche der Platte übergeht.
Durch das tangentiale liohr werden 500 kg/h Luft mit
5000C unter einem relativen Druck von i?50 uirc Quecksilber
eingeleitet. Ein· wcir.criger Brei aus Rupferoxychlorid mit
50 Gew.-% Salz strömt in einer Menge von 100 kg/h aus einem
Vorrat r.b ehält er in das Innenrohr. Die Mischung geschieht in dem gleichen Trichter, wie er oben beschrieben ist. 50 kg
des Oxychloride werden je Stunde in der Zyklone gesammelt.
Der Gewichtsanteil an Wasser beträgt 0,3 %\ die Wände sind
ohne irgendwelche Niederschläge.
Unter den bekannten Verfahren wird das einzige, das scheinbar eine bestimmte Analogie mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hat, in einer Vorrichtung durchgeführt,
die eine offensichtliche Ähnlichkeit mit der oben beschriebenen
hat, weil sie ein zylindrisches Rohr, ein koaxial zum ersten, verlaufendes Innenrohr, Mittel zum
Versetzen eines Teils der Bestandteile der herzustellenden
Mischung in eine wirbelnde Bewegung, die in einer Kammer mit spiraligem Querschnitt bestehen, aufweist;
das Hüllrohr weist dort aber am stromabwärtigen Ende keine Verengung auf.
Die Einleitung der oben erwähnten Luftmenge unter den
gleichen Temperatur- und Druckbedingungen ruft ein Herausschleudern
von Produkten hervor, die an den Wänden, anhaften.
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- 20 - 44
Das V/asser wird zum großen Teil an diesen Seitenwänden
ausgeschieden und nicht durch den Übergang in die Luft.
Das starke Ansammeln von Ablagerungen en den Wänden
erfordert einen Aufnohrcetrichter mit wesentlich größerem
Volumen und macht unmöglich, das erwünschte Ergebnis zu
erreichen.
Patentans prüche
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Claims (12)
- P'a t e h t an s ρ r ü c h e1'·/ V erfahrf?n sum Inberilhruncbriripen von .. in vcr- -i^cttiedenen Phasen befinrtl!.ichen Stoffen, bei dem einerseits praaföriaige .Vluide, -'ROEobencnfalls Fe-ctntoffe rait sich führend, "-in'einer-jjtröiaun'f: in. l-'oria von schraubcnförjDiean Bahne'n, die synunctrisch zu wenigstens einer Ebene durcJi die Achse der-Strömung sind, u?)d andoiTor.oeitß -flüssiges Fluid, gcgebdhe'nfalls-mit Festetaffen veriaisclit, in einer kontinüiex'liehen, geradliaigcn, durch eine materielle Leitung, deren Achse gleich der der schraubenförmigen Strömung ist, auf -einer"Länge."von"mindestens .ihrem 3-fachen Innendurchmesser, geführten Strömung eingeleitet werden, und sich beide Strömungen anschließend in einem.Volumen größeren Querschnitts verteilen können, dadurch gekennzeichnet , daß stromabwärts der Einleitbereiche für die in Berührung zu bringenden Stoffe ein verengter,■Durchlaß mit der Achse der geradlinigen Strömung al 3 Symmetrieachse, einem Durchmesser, der 1,5 bis 5 mal kleiner als der der Strömung stromaufv.'ärts ist, und einem Querschnitt, der von der die geradlinigen btrömung führenden Leitung um nicht mehr als 1/4 vermindert wird, zur Verfügung steht, und daß das stromabwärtige Ende der Leitung der geradlinigen Strömung in einer Ebene liegt, ' die zv/ischen 0 und dem mittleren Radius des Durchlasses von der Mittelebene des verengten Durchlasses entfernt ist, und daß die die schraubenförmige Strömung bildenden Stoffe in Höhe dos minimalen Querschnitte des verengten Durchlasses eine Bewegungsgröße von mindest;en« dom 100-fachen, vorsugswoise dom 1 000- bis 10 000-Iachen der Bewe--22 - 442Λ29291gungsgröße der geradlinigen Strömung aufweisen, wobei die Geschwindigkeit der letzteren Strömung 0,03 bis 5 m/sek. betragt, und daß der freie, der Vereinigung bei den Strömungen zur Verfugung stehende Querschnitt stromabwärts des verengten Durchlasses und der Leitung zum Führen der gerfidlinigen Strömung einen Durchmesser aufweist, der maximal 4 m beträgt, aber größer ist als der Durchmesser des Querschnitts, der der schraubenförmigen Strömung vor dem verengten Durchlaß zur Verfügung stellt.
- 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem wenigstens in einem Bereich zylindrischen Hüllrohr, das ε:<ι oinesn Ende durch eine wenigstens ein axiales Innenrohr "durchlassen.de Wand verschlossen ist, und einer Vorrichtung, mit der um das Innenrohr ein Teil der mit den durch das axiale Innenrohr zugeführten Stoffe in Berühx-ung zu bringenden Stoffe in das Hüllrohr eingeleitet wird, indem ihm eine relativ zur gemeinsamen Achse des Hüllrohrs und des Innenrohrs schraubenförmige Bewegung erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Hüllrohrs (1, 2f 11, 12) mit einer V/and (1; 11; 11) teilweise verschlossen ist, die einen verengten, zum Hüllrohr koaxialen zylindrischen Durchlaß (Schnabel 5; 51; 15) freiläßt, dessen Durchmesser etwa 1,5 bis 5 mal kleiner als der des Hüllrohrs (1,2; 11, 12) ist und dessen Querschnitt durch das Innenrohr (4; 14) um nicht mehr als 1/4 vermindert vrird, und daß das Innenrohr (4, 14) in einer Ebene endet, die von der Ilittelebene des verengten Durchlasses (5; 51) um eine Strecke zwischen 0 und dem mittleren Radius des Durchlasses (5> 5') entfernt ist.
- 3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der verengte Durchlaß (5; 5') einen Durchmesser auf weist j der 1,7 bis 3i7 mal kleiner als der des Hüllrohrs (1, 2; 11, 12) ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch . g e k e η η ζ e i c h ne t , daß der verengte Durchlaß (5; 51) eine Dicke zwischen 0,8 und 5 mm aufweist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch g e Ic e η η ζ e i c h η e t , daß der verengte Durchlaß (5; 51) bei Vorrichtungen mit einem J.rmendurchinesser kleiner als 10 mm eine Dicke /,wischen 0,8 und 1,5 Eira und sonst zwischen 1,5 und 3 miß aufweist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der verengte Durchlaß (5> 51) mindestens zum Teil zylindrisch ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das dem Ende, durch das das Innenrohr (4) eintritt, gegenüberliegende Ende einen kegelstumpf förrai gen Bereich (1) mit einem spitzen Winkel zwischen 50 und 180 , vorzugsweise zwischen 55° und 65° aufweist, und daß das Innenrohr (4) in dem kegelstumpfförmigen Bereich (1) endet.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ende, in das das Innenrohr (4) eintritt, gegenüberliegende Ende des Hüllrohrs (V, 2) mit einer ebenen Wand (1!) versehen ist und daß das Innenrohr (4) außerhalb des Hüllrohrs (V, 2) endet.- 24 409884/0966. - 24 -
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß die Vorrichtung, mit der ein Teil der Stoffe in schraubenförmige Bewegung versetzt werden kann, wenigstens zv/ci tangentiale Rohre (6) aufweist, die am Hüllrohr (1, 2; 11, 12) symmetrisch zu dessen Achse befestigt 3ind,
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung, mit der ein Teil der Stoffe in schraubenförmige Bewegung verbotst werden kann, wenigstens ein tangentiales Rohr (16) auf v/eist, das an einer Uranpjrbclung (17) befestigt ist, die ein perforiertes Hüllrohr (11, 12) umgibt.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Innenrohrs (4) zum Durchmesser des verengten Durchlassen (5) zwischen 0,1 und 0,45, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,4 liegt.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der gesamte Innenquerschnitt der Rohre zur Zufuhr der in schraubenförmige Bewegung versetzten Stoffe das 1- bis 3,5-fache des freien Querschnitts des verengten Durchlasses (5) des Hüllrohrs (1, 2) beträgt.13· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch· gekennzeichnet , daß die Innenlänge des zylindrischen Abschnitts (2) des Hüllrohrs (1, 2) 1 bis 10 mal so groß wie der Durchmesser des verengten Durchlasses (5) des Hüllrohrs (1, 2) ist.409884/0966
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