DE2608712C2 - Vorrichtung zur Behandlung von körnigen Festgut mit fließfähigen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behändlung von körnigen Feststoffen mit fließfähigen Medien, insbes. im Gegenstrom, wobei das fließfähige Medium (Gas, Dampf, Flüssigkeit) bevorzugt im unteren Bereich der Vorrichtung eingebracht, und dem durch die eigene Schwerkraft oder mit Hilfe zusätzlicher mechanischer Einrichtungen nach unten strömenden körnigen Material entgegengeführt wird.

Es ist bekannt, Feststoffe in körniger (und auch pulverförmiger) Form im kontinuierlichen Betrieb unter den verschiedensten Bedingungen von Temperatur, Druck, Verweilzeit usw. mit fließfähigen Medien, sogenannten Fluiden zu behandeln, wobei sich beide Reaktionspartner im Gleich- oder Gegenstrom durch die Vorrichtung bewegen und dabei die gewünschten Umsetzungen stattfinden.

Derartige Prozesse finden praktisch auf allen Gebieten der industriellen Verfahrenstechnik statt, insbes. aber auf dem Gebiet der Chemie, der Nahrungsmittelindustrie, der Mineral- und Brennstoffaufbereitung usw. Beispiele hierfür sind vor allem die Wärmebehandlung von Stoffen, die Adsorbtion, die Granulierung, Trocknung und Aufbereitung von Erzen, Mineralien, Düngemittel usw, das Toasten oder Extrahieren von ölsaaten, kataiytische Verfahren der Petrochemie usw., um hier nur einige Anwendungsgebiete zu nennen.

Obwohl auch Gleichstromprozesse möglich und mit Erfolg anwendbar sind, arbeitet man doch bevorzugt im

Gegenstrom mit aufsteigendem Fluid.

Dabei kann man sowohl ein- als auch mehrstufig verfahren. Stets wird ohne Produktrückvermischung unabhängig von der Stufenzahl eine optimale Wärme- und Stofführung durch den günstigen Gegenstrom von fester und fluider Phase erreicht

In jeder Stufe einer derartigen Anlage befindet siich eine bewegte Schicht des körnigen Feststoffs, die im allgemeinen von einer Siebplatte getragen wird.

Die in der Platte befindlichen Bohrungen sind dabei bevorzugt bezüglich ihres Durchmessers so klein gehalten, daß zwar das aufsteigende Fluid, nicht aber der auf der Platte bewegte körnige Feststoff durchtreten kann.

Insbesondere bei Wirbelschichtverfahren mit stark expandierter Stoffschicht wird dieses Prinzip des »kleinen Lochquerschnitts« — bezogen auf den Korndurchmesser des Festguts — ausgeübt Das Festgut tritt ausschließlich über sogen, Uberlaufrohre von einer Stufe zur nächst unteren Stufe und gelangt, schließlich, wieder durch ein Überlaufrohr, in den Austritt der Anlage.

Diese Konstruktion von ein- oder mehrstufigen Behandlungsanlagen führt somit zwangsläufig Fluid und Festetoffpartikeln auf getrennten Wegen durch die Anlage, wobei die Kontaktierung bei der Gegenstromberührung stattfindet

Anders als derartige reine Wirbelschichtprozesse mit z.B. genau definierter Oberfläche des Feststoffs innerhalb der jeweiligen Stufe, und bei denen das »Fließen« des Feststoffs allein durch das eingeführte Fluid bewirkt wird und der Feststoff nur durch die Verteilung im Stufenraum zum abwärts führenden Überlaufrohr gelangt, arbeiten solche Vorrichtungen, bei denen zusätzlich zur Feststoffbewegung durch das Fluid (Wirbelschicht) auch eine Bewegung durch Rühroder Krälarme erfolgt.

Diese sind vorwiegend auf einer zentrisch angeordneten Drehachse montiert, die ihrerseits über einen außerhalb der Behandlungsanlage angebrachten Motor bewegt wird.

Die Krälarme bewegen sich in geringem Abstand über dem jeweiligen Stufenboden (Siebboden) und wälzen dabei das Festgut ständig um, so daß laufend eine neue Gutoberfläche geschaffen wird. Hierdurch wird zweifelsohne die Wirksamkeit der Anlage erheblich gesteigert.

Selbstverständlich können zusätzliche Rührarme in weiterem Abstand vom Stufenboden angeordnet sein, um so insbes. bei höheren Produktschichten eine optimale Durchwälzung zu erzielen.

Im Gegensatz zur echten Wirbelschicht, bei der z. B. ein Gasstrom durch die Schüttung des feinkörnigen Feststoffs geführt wird und allein durch seinen Eigendruck die Bewegung (Aufwirbelung) der Festbettschüttung veranlaßt, erfolgt beim vorstehend geschilderten Prozeß die Feststoffdurchmischung sowohl durch das Fluid als auch durch das zusätzliche, mechanisch bewegte Hilfselement (Rührer usw.). Trotzdem muß aber auch diese Prozeßart zu den Wirbelschichtverfahren gerechnet werden, da ja allein die Druckbeaufschlagung des Fluids in Abhängigkeit von der Spärizität und der Dichte des Feststoffs die bewegte, expandierte Schicht erzeugt oder zusammenfallen läßt

Die bewegten Rühr- oder Krälarme haben insbes. den Vorteil, daß es möglich ist, bei jeder Umdrehung eine bestimmte Menge des körnigen Feststoffs in Richtung zum Überlaufrohr zu schieben und dadurch den

i.

konstanten Mengenfluß von Stufe zu Stufe bzw. vom Eintrag zum Austrag aufrechtzuerhalten. Ein- und Austrag erfolgen dabei über Schleusen, die die Trennung von Feststoff und Fluid bewirken.

Die den Eintritt des Fluids in die jeweilige Stufe herbeiführenden und die Stufe selbst abschließenden Böden — auch Sprühböden genannt — weisen die verschiedensten Perforierungen auf, so z. B. Siebbohrungen, Schlitze, mit Glocken bestückte Lochungen usw.

Handelt es sich dabei um Böden mit Auslaufrohr und nicht um sogenannte Rieselböden, bei denen das Festgut durch die Bodenöffnungen selbst weiterfließt, so ist man bemüht — wie bereits gesagt — den Öffnungsquerschnitt der Bohrungen der Konnfraktion anzupassen, d.h. ihn so klein zu halten, daß das Korn die Perforierung nicht passieren kann.

Dies ist natürlich nur bei unveränderlicher Kornform, konstanter Härte und Abriebfestigkeu des Festguts möglich. Andernfalls sind für jede Stoffqualität und Korngröße angepaßte Böden erforderlich, die eine universelle Anwendbarkeit ausschließen.

Trotzdem wird es sich nie vermeiden lassen, daß das eingeführte körnige Material Korndurchmesser von »pulverartig« bis »grobkörnig« aufweist, d. h. eine alle Bereiche des Begriffs »körnig« umfassendes Spektrum aufweist. Außerdem kommt es bei bestimmten Behandlungen (ehem. Reaktionen, katalytische Prozesse, Trocknung, Röstung, Entschälung und Entbitterung von Saatgut usw.) zur Ausbildung neuer Korngrößoi, deren Durchmesser von denjenigen des Ausgangsmaterials abweichen.

Schließlich hat es sich in der Praxis gezeigt, daß mit Hilfe gelochter Böden nicht immer eine stabile Expansionsschicht und Fluidverteilung möglich ist, daß sich Sprude'strömungen ausbilden, die zu Kanälen führen, so daß der Kontakt zwischen Feststoff und Fluid verlorengeht, d. h„ der gewünschte Wärme- und Stoffaustausch an allen Teilen des Guts findet nur unvollkommen statt

Schließlich führt das mangeinde Fließverhalten gewisser Feststoffe insbesondere bei mit Rühr- oder Krälarmen ausgestatteter Anlagen, bei denen ja ein Zerquetschen des Korns durchaus möglich ist, oder bei denen durch den Wärmeeinfluß des Fluids eine gewisse Plastifizieruirg des Korns auftreten kann, zu Verstopfungen der Bohrungen im Stufenboden. Derartige Verstopfungen treten aber insbes. auch dann auf, wenn der Druck des Fluids aus irgendwelchen Gründen nachläßt oder die Anlage ganz abgestellt wird. Feineres Korn gelangt hierdurch in die Bohrungen, verstopft diese oder führt in der letzten (Austrags-)Stufe, bzw. in der Verteilerkammer für das Fluid unterhalb des unteren Bodens zum Verschluß des Eintritts des Fluid.

Dieser Einlaß muß daher vielfach bei jedem erneuten Anfahren der Anlage gereinigt werden, einmal um alle Verstopfungen zu beheben und zum anderen um bei verschiedenartigen Produkten keine Qualitätsminderung zuzulassen.

Solange die Druckbeaufschlagung des Stufenbodens durch das Fluid, insbes. bei der Feststoffbehandlung durch Gase und Dämpfe im laufenden Betrieb konstant ist und die Bohrungen des Stufenbodens »sauber« hält, bleiben die geschilderten Problemen ohne Einfluß auf die Wirkungsweise der Anlage. Beim Nachlassen des Fluiddrucks oder bei völligem Druckausfail dagegen, treten — in Abhängigkeit von der Feststoff-Plastifizierbarkeit und dem Kornspektrum des Feststoffguts — die abgeleiteten Erscheinungen spontan ein, und bringen die Anlage zum Erliegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Vorrichtungen zur Behandlung von körnigen Feststoffen mit fließfähigen Medien (Fluids), die Verstopfung der Stufeu-(Sieb-)böden zu verhindern und eine vom Druck des Fluids unabhängige Verfahrensmöglichkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird insbes. für im Gegenstrom zum Feststoff geführte Fluids (Gase, Dämpfe, Flüssigkeiten) dadurch gelöst, daß die Bohrungen, die bevorzugt zylindrischer Form sind, in Richtung Fluidaustritt des Bodens, d.h. zum eigentlichen Kontaktraum hin, abgerundete Kanten aufweisen.

Aus der GB-PS 7 95 653 ist es zwar bereits bekannt, schlitzartig verlaufende Gasaustrittskanäle für die Heizgase zum Betrieb von Schachtofen und ähnlichen Behandlungsanlagen in Richtung Gasaustritt abzurunden.

Es handelt sich aber bei dieser Vorrichtung um quadratisch-trichterförmig ausgebildete Gasaustrittserweiterungen, die in parallelen Reihen angeordnet sind und dabei einen Rost mit langgezogenen Schlitzen ausbilden.

Das Gas wird dabei nicht lotrecht in die Behandlungsstufe eingeführt, wie dies beim erfindungsgemäßen Boden der Fall ist, sondern es (das Gas) tritt seitlich, d. h. waagerecht aus im Abstand voneinander angeordneten Bohrungen aus und gelangt zunächst in die parallel verlaufenden schlitzartigen Kanäle. Erst von hier führt der Gasweg senkrecht nach oben.

Damit sind bei dieser Konstruktion nicht die eigentlichen Gasaustrittsbohrungen abgerundet, sondern die Begrenzungen (Wände) der schlitzartigen Kanäle.

In diesem Sinne ist auch die Aufgabe der Abrundungen der Kanalwände einer völlig verschiedenen von derjenigen Erfindung.

Ähnlich aufgebaut sind auch die Böden der US-PS 30 16 624, wobei in diesem speziellen Falle die Gasaustrittsbohrungen nicht über eine gemeinsame untere Sammelzone gespeist werden, sondern durch eine Vielzahl parallel und horizontal verlaufende Einleitungsrohre, die über entsprechend hintereinander angeordnete Löcher das Gas an die Austrittsöffnungen weiterleiten.

Sowohl bei der Vorrichtung gemäß GB-PS 7 95 653 als auch der US-PS 30 16 624 erfolgt ausschließlich die stationäre Behandlung des Festguts, ohne Überlaufrohr und ohne Bewegung des Guts durch Rühr- oder Krälarme.

Bei der neuen Vorrichtung gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß der erreichte Effekt noch verbessert werden kann, wenn auch die Kanten der unteren Bodenöffnungen, also diejenigen, die zum Fluideintritt hinweisen, die gleichen oder ähnliche Abrundungen aufweisen.

Die unteren Kantenabrundungen können auch in einen zylindrischen Absatz übergehen.

Die Ausführungsformen und Konstruktionsmerkmale der Erfindung werden nachstehend an Hand der F i g. 1 -4 beispielhaft erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 den Aufbau einer dreistufigen Behandlungskammer mit Gegenstromprinzip und Rühr- bzw. Krälarmen (im Schnitt),

F i g. 2 eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Kantenabrundung der Duichtrittsöffnungen für das Fluid im Stufenboden, doppelt konisch,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungs-

gemäßen Kantenabrundung der Durchtrittsöffnungen; Abrundung mit zylindrischem Absatz,

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform der Kantenabrundungen, beidseitig nach Art des Venturisystems.

Die in F i g. 1 gezeigte Behandlungsvorrichtung besteht aus der eigentlichen Kammer 1 mit oberem und unterem Abschluß 2 3, einem zentrisch angeordneten Rührsystem mit Drehachse 4 und Rühr- bzw. Krälarmen 5, die in nur geringem Abstand über die Stufenböden (Loch- oder Siebboden) 6,7,8 geführt sind. Diese Böden schließen jeweils eine Stufe 9,10,11 nach unten ab. Die untere Stufe 12 dient der Einführung und Verteilung des Fluids. Dieses tritt über den Stutzen F in Pfeilrichtung ein und strömt durch die einzelnen Böden und Stufen nach oben, wobei der Kontakt zum Feststoff erfolgt.

Dieser wird über den Stutzen 13 eingetragen, von den Rühr- bzw. Krälarmen 5 über den ersten Boden 6 verteilt, vom durch den Boden strömenden Fluid erfaßt und kontaktiert und durch die Bewegung des Rührers zum Ab- bzw. Überlaufrohr 17 gebracht. Durch diesen gelangt das Festgut in die zweite Stufe 10 usw., bis es schließlich durch den Stutzen 14 die Anlage verläßt.

Zusätzlich zum Haupteintrittsstutzen für das Fluid — das über 15 aus dem oberen Behandlungsraum 9 austritt — können für jede Stufe 9, 10, 11 weitere Stutzen 16 vorgesehen sein, durch die zusätzliche Behandlungsmittel (Dampf, gasförmige Reaktionsteilnehmer, Kühlmittel. Flüssigkeiten usw.) der jeweiligen Stufe zugeteilt werden.

Die in F i g. 1 beispielhaft wiedergegebene Behändlungsvorrichtung ist selbstverständlich nicht an drei Stufen gebunden. Die Darstellung gilt naturgemäß auch für eine einzelne Stufenkammer oder eine Vielzahl von Stufen, in denen auch verschiedene Aufgaben wie z. B. Erhitzen, Rösten, Kühlen usw. durchgeführt werden können.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt F i g. 2. Die Bohrungen 20 der Loch- oder Siebplatten 6, 7,8 gemäß F i g. 1 sind beidendig abgerundet und bilden dadurch doppeltkonische Durchlässe für das Fluid (Oberer 21 und unterer 22 Konus). Die Wirkung der erfindungsgemäßen Kantenabrundungen kann zwar schon durch den einseitigen Konus 21 erzielt werden, doch führt die zusätzliche Abrundung auch der unteren Lochkanten 22 zu einer verbesserten Einströmung des Fluids, da hierdurch die mögliche Wirbelbildung beim Fluideintritt in die Bohrungen vermieden wird. In jedem Fall aber ist die Abrundung gemäß 21 verantwortlich dafür, daß sich beim Druckausfall sogenannte Kornbrücken bilden, die ein Durchfalle.' des Guts durch die Bohrungen verhindert und bei ernciter Druckbeaufschlagung den Bohrungsquerschnitt sofort wieder freigeben. Dies ist in Fig.2 schematised durch den Komaufbau 3ö gezeigt.

Auch kommt es bei plastifizierbarem Korn 'Verkleben usw.) nicht zur Ausbildung von Verkrustung en 31, die ebenfalls als Kern sich ausbildender Verstopfungen wirken können.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Bohrungen nach Fig.3 geht der untere Konus 22 in eine zylindrische oder auch rechteckige Absatzöffnung 23 über. Im Prinzip entspricht diese Ausbildung derjenigen von Fig.2, doch wird aus Gründen der Fertigung auf vollkommene Konusausbildung gemäß 22 verzichtet, da dessen Aufgabe durch den Krümmungsradius im Bereich des Übergangs 24 erfüllt ist.

Schließlich zeigt Fig.4 eine erfindungsgemäße Konstruktion nach Art des Venturisystems, bei dem zunächst die Abrundung 21' dem Prinzip des oberen Konus 21 der F i g. 2 entspricht, der untere Konus 25 jedoch in den Grenzbereich der unteren Plattenebene 26 verlegt ist. Dadurch wird eine besonders wirkungsvolle Druckströmung des Fluids innerhalb der Bohrung 20 erzielt, die eine schnelle »Reinigung« der Bohrung, d. h. eine optimale Austreibung der beim Druckabfall des Fluids in die Bohrung eingetretenen Feststoffpartikeln zur Folge hat.

Die bisherigen Versuche mit den erfindungsgemäßen Bohrformen von Sieb- bzw. Lochböden in Vorrichtungen zur Behandlung von Feststoffen mit Fluiden im Gegenstrom haben ergeben, daß eine optimale Wirkungsweise bes. dann erzielt wird, wenn — wie in F i g. 3 dargestellt — die Bohrfontien bei einem Boden von ca. 20 mm Stärke //folgende Maße eingehalten werden:

d = 4 mm,

R = 4 mm,

r = 2 mm,

φ =10°.

Dabei kann die Höhe h bei Systemen mit zylindrischem Absatz 23 z. B. 5 — 6 mm betragen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bohrungen ist es vorteilhaft — wie in Fig.4 gezeigt — die größte lichte Weite der Bohrung D auszudrehen und in diese Zylinderöffnung ein entsprechendes Formstück einzuschlagen und anzupressen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Behandlung von körnigen Feststoffen mit fließfähigen Medien wie Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten im Gegenstrom, wobei das fließfähige Medium am Boden der Vorrichtung eingebracht und dem durch eigene Schwerkraft oder mit Hilfe zusätzlicher mechanischer Einrichtungen über eine oder mehrere Behandlungsstufen nach unten strömenden körnigen Material entgegengefahrt wird und die einzelnen Behandlungsstufen durch Sieb- oder Lochplatten mit Überlaufrohren begrenzt sind und der Raum unterhalb der untersten Sieb- oder Lochplatten der Verteilung ties fließfähigen Mediums dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (20) der die einzelnen Stufen (9, 10, 11) begrenzenden Sieb- oder Lochplatten (6, 7, 8) in Richtung des Austritts des fließfähigen Mediums in den jeweiligen Behändlungsraum der Stufen (9,10,11) abgerundete Kanten (20,2 V) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß auch die zum Eintritt des fließfähigen Mediums hinweisenden Enden der Bohrungen (20) abgerundete K anten (22,22', 25) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Kantenabrundungen der Bohrungen (22') in einen zylindrischen oder rechteckigen Absatz (23) übergehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die untere Kantenabrundung (25) in den Grenzbereich der unteren Plattenebene (26) verlegt ist und die jeweilige Bohrung (20) die Form eines Venturisystems enthält