DE2622565C3 - Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffpartikeln im Wirbelschichtverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei Wirbelschichtverfahren wird ein Träger- und Trocknungsstrom durch einen Siebboden oder durch Düsen vertikal von unten in ein Haufwerk aus Feststoffpartikeln geleitet, wodurch diese verwirbelt werden. Dabei erfolgt ein Energie- und Stoffaustausch zwischen Feststoffteilchen und Gas.

Dadurch, daß die Teilchen im Gasstrom verwirbelt werden, ist die Oberflächenberührung mit dem Gasstrom größer, als wenn die Teilchen beispielsweise in einer geschlossenen Schicht nur an deren Oberfläche einem Gasstrom ausgesetzt werden.

Das Wirbelschichtverfahren hat sich zur Trocknung von Feststoffen sowie zu deren Kalzinierung durchgesetzt. Es hat jedoch den Nachteil, daß der Energie- und Stoffaustausch zumal bei sehr feinkörnigen Feststoffen relativ niedrig ist, weil in diesem Falle die Relativge-"' ' schwindigiceit des Gässtroms gegenüber den Feststoffpartikeln gering sein muß. damit die feinen Teilchen nicht durch pneumatischen Transport aus'der Wirbelschicht vorzeitig vom Gasstrom -abtransportiert werden. Andererseits sind gerade bei feinkörnigen Feststoffen die besten Voraussetzungen für einen raschen Stoff- und^: Eriergieaüstausch gegeben, weil ihre Oberfläche bezogen auf ihre Masse groß ist weil sie also eine hohe spezifische Oberfläche aufweisen. ;

to Durch die US-PS 35 00 552 ist bereits die Trocknung im zentrifugalen Wirbelschichtbett gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden. Dabei rotiert der Siebmantel um eine waagerechte Achse in einem ortsfesten und der Kontur des Siebmantels nicht

is angepaßten Gehäuse, und das zu trocknende Gut wird in der "Nähe des geschlossenen Endes des Siebmantels senkrecht nach unten, also einseitig aufgegeben. Am anderen Ende des Siebrnantels befindet sich in Form eines Absatzes ein zylindrischer Vollmantelteil mit kleinerem Durchmesser als der Siebmantel. Ist bereits die Art der Gutaufgabe nicht vorteilhaft so ist der Abtransport des getrockneten Gutes ungünstig, da — wie der Stand der Technik zeigt — der Abtransport erst dann erfolgen kann, wenn eine bestimmte Schichtdicke ein Überwinden des Absatzes ermöglicht Insbesondere aber ist dort die Zuführung des Trocknungsstroms insofern nicht vorteilhaft, als diese an einer Stelle des ortsfesten Gehäuses in dieses eingeleitet wird, wodurch für den Duichtriti dieses Gasstroms im Hinblick auf die Bildung eines Zentrifugal-Wirbelschichtbetts optimale Verhältnisse nicht geschaffen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe einer Verbesserung der bekannten Vorrichtung im Hinblick auf die Zu- und Abführung des Gutes und des Trägerstroms zugrunde.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Maßnahme nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Dadurch wird nicht nur das zu trocknende Gut in günstiger Weise gleichmäßig in den Bereich der Wirbelschicht gebracht, sondern der Trägerstrom wird, bevor er durch den Siebmantel von außen nach innen hindurchtritt, auch in Rotation versetzt, was einen wesentlichen strömungstechnischen Vorteil ergibt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß im Gegensatz zum Stand der Technik, gemäß dem gegenüber dem rotierenden Siebmantel zwei Abdichtungen notwendig sind, davon eine auf einem großen Durchmesser, lediglich eine Abdichtung notwendig ist, die zudem auf einem kleinen Durchmesser liegt.
Die Ansprüche 2 bis 5 geben vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach dem Anspruch 1 wieder. Dabei ergibt sich nach dem Anspruch 2 eine einfache Abführung des trockenen Gutes aus der Vorrichtung. Hierbei wird der Trägerstrom z. B. unter einem Winkel zur Radialebene bis zu 10° in den Raum innerhalb des Siebmantels eingeleitet. Diese Abführung wird nach dem Anspruch 3 verbessert, wozu auch ein Teil des Trägerstroms verwendet werden kann, und auch dann sichergestellt, wenn der Siebmantel zylindrisch ausgebildet ist. Dazu trägt auch die Maßnahme nach dem Anspruch 4 bei. Anspruch 5 gibt eine Maßnahme an, mit deren Hilfe die Rotationsströmung des Trägerstroms innerhalb des Siebmantels gefördert wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im nachfolgenden Beschreibungsteil mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung in

F i g. 1 eine Vorrichtung mit zylindrischem Siebmantel in einem Längsschnitt,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach

Fig. 1 entsprechend dem Pfeil Il in F i g. I,

Fig.3 eine Vorrichtung mit kegelstumpfförmigem Siebmantel und zwei.Austrcgöffnungeri in einem LängSr, sJinitt,

F i g. 4 eine Vorrichtung ähnlich F i g. 3, j<?doch mit einer Vorrichtung zum .Abtrennen der trockenen Feststoffpartikeln vom Trägerstrom in einem Längsschnitt und

F i g. 5 eine Vorrichtung ähnlich F i g- 3 für Chargenbetrieb in einem Längsschnitt ,ο

Nach F i g. 1 ist ein Eintragrohr 2 mit einem Fülltrichter 1 an einem Gehäusedeckel 23 angebracht. Eine unterhalb des Fülltrichters 1 angeordnete Nabe 3 trägt einen Verteilkegel 4 und ist über Beschleunigungsrippen 5 für die Feststoffpartikel mit einem rotieren- den Innenkörper 6 verbunden, welcher am Umfang Flügelrippen 7 trägt

Der Zwischenraum 9 zwischen der Nabe 3 umd einem Trommelboden 15 ist mit Beschleunigungsflügeln 10 für den Trägerstrom versehen. Ein Zuführungsrohr 8 für· diesen ist in einer Lagerhülse 21 zentriert, die ihrerseits eine Lagerbüchse 22 aufnimmt. Um die Lagerbüchse 22 ist eine Trommelnabe 16 drehbar angeordnet; sie weist eine Keilriemenrille 17 zu ihrem Antrieb auf. Die Trommelnabe 16 trägt über den Trommelboden 15 ?ϊ einen Trommelmantel 13.

In diesem ist ein zylindrischer Siebmantel 12 mit einem Wandabstand, der zu einer ausreichenden Verteilung des Trägerstroms dient, untergebracht. Außerdem ist ein scheibenförmiges Sieb 11 konzentrisch zur Nabe 3 vorhanden. Ein den Gehäusedeckel 23 tragender zylindrischer Gehäusemantel 19 ist im oberen Bereich mittels eines Zwischenringes 24 und eines tangentialen Austragsstutzens 25 pumpengehäuseähn-Iich ausgebildet In diesem Bereich weist der Siebmantel 13 einen konischen Bordring 14 und einen Leitring 18 auf.

Als Stützelement für die rotierenden Teile dient ein Zwischenboden 20. Die gesamte Vorrichtung wird auf elastischen Füßen 27, die an einem äußeren Gehäusering 26 befestigt sind, aufgestellt.

Fig. 2 zeigt die Ausführung des tangentialen Austragstutzens 25 in einer Draufsicht auf den Fülltrichter 1, das Eintragrohr 2, den Gehäusedeckel 23 und den Gehäusering 26. Da der nicht sichtbare Siebmantel 12 in der Drehrichtung gemäß Pfeil 27' rotiert, werden die getrockneten Feststoffpartikel und der Trägerstrom in besonders einfacher Weise ausgetragen.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 3 sind ein Fülltrichter 31, ein Eintragrohr 32, eine Nabe 33, ein Verteilkegel 34, Beschieunigungsrippen 35, ein Gehäusemantel 39 und ein Gehäusedeckel 43 entsprechend den gleichnamigen Teilen nach F i g. 1 ausgebildet, wogegen die untere Hälfte und einige obere Teile der Vorrichtung, von y-, denen das Zuführungsrohr 8, der Zwischenraum 9, die Beschleunigungsflügel 10, die Trommelnabe 16, der Zwischenring 24 und der Austragstutzen 25 im einzelnen sichtbar sind, der Vorrichtung nacn F i g. 1 genau nachgebildet sind. Auch der Trommelmantel 28 t>o und der Trommelboden 29 entsprechen den gleichnamigen Teilen nach F i g. 1; dagegen ist der Siebmantel 30 kegelstumpfförmig ausgebildet mit dem weiten Ende nach oben. Gegenläufig hierzu ist der ebenfalls kegelstumpfförmige Innenkörper 36 angeordnet.

Zusätzlich zu F i g. 1 weist die Vorrichtung nach Fig.3 einen Ringschlitz 37 am weiten Ende des Siebmantels 30, einen nach oben daran sich anschließenden, nach oben enger werdenden Voümantelteil 41 und einen Leitring 42 auf. Im Bereich des Ringspalts 37 sind neben dem Zwischenring 24 ein weiterer Zwischenring 38 und ein weiterer, winkelmäßig etwas Versetzter Austragstutzen 4P vorgesehen.

Die Vorrichtung nach Fig.4 weist'wie die nach Fig.3 einen nach oben konisch sich erweiternden Siebmantel 50 auf, der radial außen von einem Trommelmantel 48,umgeben ist"und bei dem radial innen ein nach oben konisch sich verengender Innenkörper 46 Vorgesehen ist Der Trommelmantel 48 ist über einen Trommelboden 45 mit der Trbmmelnabe 44 verbunden. Letztere wird über ein Zuführungsrohr 47 für den Trägerstrom und eine Riemenscheibe 49 angetrieben. Das Zuführungsrohr 47 ist über eine Lagerbüchse 51 in einer mit dem Gehäusemantel 53 verschweißten und mittels Blechrippen 57 verstärkten Lagerhülse 52 gelagert. Der Gehäusemantel 53 ist unterteilt in einen oberen zylindrischen Teil 54 mit dem Gehäusedeckel 56 und einen unteren konischen Teil 55, der in einen Austragstutzen 58 für die Feststoffpartikel mündet Der Gehäusedeckel 56 läuft in seiner Mitte in einen Austragstutzen 59 für den Trägerstrom aus, wobei Blechrippen 60 zwischen dem Austragstutzen 59 und einem Eintragrohr 61 letzteres tragen. An dem Eintragrohr 61 ist seinerseits der Innenkörper 46 befestigt, an dessen unterer Abschlußscheibe 62 eine Riffelung 63 vorgesshen ist. Eine ähnliche Riffelung 64 weist die den Siebmantel 50 tragende und unterhalb des Eintragrohrs 61 eine α Verteilkegel 65 tragende Nabe 66 auf. Die Nabe 66 ist über Beschleunigungsflügel 67 am Trommelboden 45 befestigt.

In F i g. 5 ist außer dem Eintragrohr 74 lediglich der ein Zuführungsrohr 68, Beschleunigungsflügel 69, den konischen Siebmantel 70, den Trommelmantel 71, den Trommelboden 72, die Trommelnabe 73 und Beschleunigungsrippen 75 aufweisende Rotor einer Vorrichtung ähnlich der in F i g. 3 gezeigten dargestellt Oberhalb des Siebmantels 70, von diesem durch einen Zwischenring 76 mit einer öffnung 77 getrennt, ist eine Feststoffpartikel-Sammelkammer 78 angeordnet. In dieser ist am Eintragrohr 74 eine Leitscheibe 79 für den Trägerstrom befestigt. Die Sammelkammer 78 wird oben durch einen konischen Gehäusedeckel 80 begrenzt, der im oberen Bereich mit Abstand zum Eintragrohr 74 eine öffnung 81 aufweist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 5 ist folgende: Der Feststoff wird durch das Eintragrohr 2 bzw. 32 bzw. 61 bzw. 74 und der Trägerstrom durch das Zuführungsrohr 8 bzw. 47 bzw. 68 zugeführt. Letzterer gelangt, durch Beschleunigungsflügel 10 bzw. 67 bzw. 69 in Rotation versetzt, in den Raum zwischen dem Siebmantel 12 bzw. 30 bzw. 50 bzw. 70 und dem Trommelmantel 13 bzw. 28 bzw. 48 bzw. 71 und wird radial nach innen durch die öffnungen im Siebmantel hindurch gedrückt. Im Raum radial innerhalb des Siebmantels 12 bzw. 30 bzw. 50 bzw. 70 — Wirbelraum 82 — stößt er auf die durch den Verteilkegel 4 bzw. 34 bzw. 65 gleichmäßig verteilten und durch die Beschleunigungsripptn 5 bzw. 35 bzw. 75 bzw. durch die Riffelungen 63 und 64 in Rotation versetzten Feststoffpartikeln, die auf Grund der Zentrifugalkraft radial nach außen fliegen wollen, daran aber J.urch den Trägerstrom gehindert werden. Dadurch werden die Feststoffpartikel im Wirbelraum 82 verwirbelt und getrocknet. Dabei werden einerseits die Drehzahl des Siebmantels 12 bzw. 30 bzw. 50 bzw. 70 und damit die Zentrifugalbeschleunigung der Feststoff-

partikel und andererseits die eiwia radial nach innen gerichtete Geschwindigkeit des Träjerstroms so auf einander abgestimmt, daß sowohl ein Schwebezustand der Feststoffpartikel als auch eine erhebliche Relativgeschwindigkeit zwischen diesen und dem Trägerstrom erreicht wird (Wirbeischicht).

In dieser Form ist ein chargenweiser Betrieb möglich. Die Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis £ weisen jedoch Anordnungen auf, dje einen Transport der in der Trocknung befindlichen Feststoffpartikeln ermöglichen, und zwar derart, daß über die gesamte Länge des Siebnföntels 12 bzw. 30 bzw. 50 bzw. 70 eine einheitliche Förderrichtung vorgesehen ist.

Mach FigVl ist eine Gasströmung etwa quer zum Trägerstrom,d.h.längs zur Trommelacfiie vorgesehen. Hierzu wird ein Teil des Trägerstroms abgezweigt; er tritt durch das scheibenförmige Sieb 11 in den Wirbelraum 82 ein. Damit bildet sich für den Trägerstrom und damit für die Feststoffpartikeln eine nach oben gerichtete und auf' Grund des eine Einschnürung des freien Querschnitts darstellenden Bordrings 14 eine wachsende Strömungskomponente aus, die die getrockneten Feststoffpartikeln durch das obere Ende des Trommelmantels 13 mitnimmt und zusammen mit dem Trägergas durch den tangentialen Austragstutzen 25 austreten läßt. Danach kann das Gemisch aus Feststoffpartikeln und Trägerstrom einem Zyklon und/oder einem Filter od. dgl. zwecks Trennung der Bestandteile voneinander zugeführt werden.

Die im Zentrum des Wirbelraums 82.aiii Innenkörper 6 befestigten, rotierenden Flügelrippeh nach F i g. 1 dienen dazu, die Winkelgeschwindigkeit der Wirbelschicht aufrechtzuerhalten und auf einem gleichbleibenden Wert zu halten. Es besteht nämlich sonst die Gefahr, daß bei der Richtung des Trägerstroms von außen nach innen unter Beibehaltung der Umfangsgeschwindigkeit dessen Winkelgeschwindigkeit ansteigt

Die Vorrichtungen nach den F i g. 3 bis 5 lösen die Frage des axialen Transports der Feststoffpartikeln auf andere Weise. Die Kegelstumpfform des Siebmantels 30 bzw. 50 bzw. 70 vergrößert die freie Ringfläche des Wirbelraums 82 nach oben, was durch die gegenläufige Kegelstumpfform des Innenkörpers 36 bzw. 46 nach den F i g. 3 und 4 noch gefördert wird. Dadurch wird nicht nur eine den Transport der Feststoffpartikeln bewirkende axial nach oben gerichtete Strömungskomponente erreicht, sondern auch eine etwa gleichmäßige Fördergeschwindigkeit der Feststoffpartikeln nach oben. Bei während des Trocknungsvorgangs konstant bleibender Drehzahl des Siebmantels werden deshalb weniger gröbere Feststoffpartikeln ausgetragen als bei der Vorrichtung nach Fig. 1. Dafür kann jedoch eine getrennte Austragung von feinen und groben Feststoffpartikeln vorgenommen werden.

Wenn das Gemisch ein weites Korngrößenband aufweist, ist es möglich, daß sich — ihimer konstante Drehzahl vorausgesetzt — einige^ gröbere Teile überhaupt nicht vom Siebmantel ablösen, sondern auf diesem liegen bleiben. Zumindest wird aber ihre Reibung auf dem Siebmantel durch den Gasstrom vermindert. Deshalb werden sie, auch wenn der Siebwinkel kleiner ist als der Reibwfrikel der Partikeln, dennoch zum großen Durchmesser transportiert Hier treten sie bei der Vorrichtung nach Fi g. 3 durch den RingschDtz 37 und den unteren Austragstutzen 40 aus der Vorrichtung aus. Die feinen Teile werden zusammen mit dem Häuptteil des Trägerstrorris am oberen Äustragstutzen 25 aus der Vorrichtung" entfernt Damit

dient die Vorrichtung nach F i g. 3 gleichzeitig zur Klassierung, um beispielsweise die Grobteile einer Mühle zuzuführen, wie es in vielen Prozessen zweckmäßig ist.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 4 müssen die durch das Füllrohr 61 eingetragenen Feststoffpartikeln zunächst die mitrotierende Riffelung 64 und die feststehende Riffelung 63 passieren. Diese Riffelungen leisten dabei eine Zerkleinerungsarbeit. Sie können z. B. dazu dienen,

to Agglomerate, die eine für den Stoffaustausch ungünstige Größe aufweisen, aufzutrennen.

Außerdem dient der Gehäusemantel 53 nach F i g. 4 als Zyklon zur Trennung von Feststoffpartikeln vom Trägerstrom. Die im Wirbelraum 82 erzeugte Rotation des Wirbelbettes setzt sich natürlich innerhalb des Gehäusemantels 53 fort Dadurch, daß kein Trägerstrom mehr von außen nach innen geleitet wird, sedimentieren nun die Feststoffpartikeln an dem Gehäusemantel 53 und verlassen ihn am unteren Auftragstutzen 58, während der feststoffarme Trägerstrom am oberen Austragstutzen 59 austritt

Die Vorrichtung nach F i g. 5 ist für eine diskontinuierliche Entleerung vorgesehen. Die Wirbelschicht wird nur in der Wirbelkammer 82 gebildet. Die zu behandelnden Feststoffpartikeln werden über einen längeren Zeitraum gleichmäßig durch das Eintragrohr 74 zugeführt und mittels der Beschleunigungsrippen 75 auf die erforderliche Umfangsgeschwindigkeit gebracht und infolge des durch den Siebmantel 70 radial nach innen strömenden Trägerstroms verwirbelt Nach seiner Behandlung wird das Gemisch durch die zentrale öffnung 77 im Zwischenring 76 in die Sammelkammer 78 geleitet wobei die Leitscheibe 79 ein sofortiges Ausströmen von feststoffbeladenen Gasteilmengen durch die öffnung 81 verhindert. Infolge der Fliehkraft sammelt sich der Feststoff am Umfang der Sammelkammer 78, während der Trägerstrom durch die öffnung 81 austritt Die Entleerung der Sammelkammer 78 erfolgt bei Stillstand des Siebmantels 70, indem der Trommelmantel 71 z.B. um 180° gekippt wird, so daß der Feststoff ausfließt.

Es ist aber auch möglich, daß der sedimentierte Feststoff periodisch oder sogar kontinuierlich mittels eines Schabers, eines Saugrohrs od. dgl. während des Betriebs ausgetragen wird.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, ermöglicht die Vorrichtung je nach dem speziellen Zweck ihrer Anwendung zahlreiche Ausführungsvarianten, wovon hier nur wesentliche Grundformen dargestellt werden.

Beispielsweise kann man einen kegelstumpfförmigen Siebmantel mit der Trommel während der Rotation in axiale Schwingungen versetzen, wodurch eine zusätzliche Transportkomponente wie in den bekannten, im Erdschwerefeld arbeitenden Schwingwirbeltrocknern erzeugt wird. Es ist auch möglich, die Vorrichtungen nach den F i g. 1 bis 4 schwenkbar auszubilden, um ihre Reinigung zu erleichtern, indem in eine stillstehende, nach unten gerichtete Trommel ein Reinigungsgasstrom eingeblasen wird. Es ist auch denkbar, die Vor-

richtung mit einer Zentrifuge zur Trennung von Flüssigkeit und Feststoff derart zu kombinieren, daß zuerst die Flüssigkeit im zentrifugalen Schwerefeld abgetrennt und anschließend ein Trocknungsprozeß eingeleitet wird. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Trommel mit einem Flüssigkeitssiphon zu versehen, wobei der Siphon nach Abtrennung der Flüssigkeit als Dichtung gegen den Gasstrom dient indem eine Restmenge der Flüssigkeit im Siphon als Sperrmedium zurückbleibt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Trocknen von Feststoffpartikeln im Wirbelschichtverfahren* mit einem rotierenden, rotationssymmetrischen Siebmantel, dessen Sieböffnungen von einem gasförmigen Trägerstrom, der zugleich Trocknungsstrom ist radial nach innen durchströmt sind und der mit Abstand von einem VoHmantel umgeben ist wobei ein Zuführungsrohr für den Trägerstrom in den Raum zwischen Siebmantel und VoHmantel mündet und mit einem Eintragrohr für die Feststoffpartikeln, das im Bereich des Bodens des Siebmantels in dessen Inneres mündet d adurch geken η ze ich η et, daß der VoHmantel (13, 28, 48, 71) rotationssymmetrisch ist und zusammen mit dem Siebmantel (12, 30, 50, 70) rotiert und das Eintragrohr (2, 32, 61, 74; zentral zur Rotationsachse mündet.und seiner Mündung eine Schleudervorrichtung zugeordnet ist und daß das Zuführungsrohr (8, 47, 68) für den Trägerstrom koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kegelförmige Ausbildung des Siebmantels (30; 50; 70) und eine Anordnung der Eintragvorrichtung für die Feststoffpartikeln und Einleitung des Trägerstroms am engen Ende des Siebmantels und ferner durch einen sich an das weite Ende des Siebmantels (30) anschließenden Ringschlitz (37) und einen an den Ringschlitz sich anschließenden in Förderrichtung der Feststoffpartikeln einen kleiner werdenden Durchmesser aufweisenden Vollmantelteil (41).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen gesondert in das Innere des Siebmantels (12; 30; 50; 70) eingeleiteten, etwa axial gerichteten Gasstrom, durch den die Feststoffpartikeln axial bewegt werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß eine Einrichtung vorhanden ist die den Siebmantel in axiale Schwingungen versetzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des Siebmantels (12) ein mit diesem rotierender, rohrförmiger Innenkörper (6) vorgesehen ist, an dessen Außenwand Flügelrippen (7) zur rotierenden Mitnahme des Trägerstroms befestigt sind.