DE2649301A1

DE2649301A1 - Verfahren zur beschleunigung von kontaktreaktionen in fluiden und vorrichtung dafuer

Info

Publication number: DE2649301A1
Application number: DE19762649301
Authority: DE
Inventors: Masahiro Takeda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-26
Also published as: US4098582A; IT1123620B; FR2331376B1; GB1556238A; DE2649301C2; SU797549A3; FR2331376A1; NL7611478A; JPS52125465A; AU513693B2; AU1853176A

Description

DipUng. VV. Dahllce S

Dlpl.-ing. H.-J. Lippert 28. Oktober 1976

Patentanwälte ™

Frankenforster Straße 137
5060 Bensbsrg-Refrath

Masahiro TAKEDA
Tokyo / Japan

Verfahren zur Beschleunigung von Eontaktreaktionen in Fluiden und Vorrichtung dafür

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigung von Kontaktreaktionen in Fluiden, insbesondere ein^ Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung eines Kontaktphänomens zwischen Fluiden in flüssigen und dampf- bzw. gasförmigen Phasen, spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Geschwindigkeit solcher chemischen und physikalischen Wirkungen wie die Oxidation, die Reduktion, das Mischen, den Wärmeaustn#sch usw. eines Fluidgemisches,

709821/0893 "²"

bestehend aus einem Gas, einer Flüssigkeit, einem fluidisierten Feststoff und/oder einem Gemisch daraus, bestehend aus einer einzigen Substanz, einem Gemisch und/oder einer Verbindung oder Verbindungen davon mit azidischen oder alkalischen Charakter.

Bei der herkömmlichen Technik der Verbesserung einer Kontaktwirkung in einem Fluidgemisch in Gas/Flüssigkeits-Phase oder in einer Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Phase, sind Lösungsvorschläge gemacht worden, bei denen in waagrechter Anordnung mit einem Gitter oder einer perforierten Plattenkonstruktion oder einer Wannenkonstruktion gearbeitet wird, die mit einer Schicht oder mehreren Schichten Packungsmaterial besetzt werden, so daß ein Fluidgemisch in eine Flüssigkeitsphase umgewandelt wird, in der ein Gas oder mehrere Gase fein dispergiert sind, oder so daß eine Gesamtflüssigekeitsfilmflache größer gemacht wird. TJm jedoch feine Gaspartikel entstehen zu lassen, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 mm oder weniger haben, sind bei der mechanischen oder strukturellen Konstruktion und bei der technischen Auslegung viele Schwierigkeiten aufgetaucht, und folglich ist eine Gesamtfläche von Grenzschichten, in denen eine Gas-Flüssigkeits-Kontaktwirkung erfolgt, unvermeidlich im erheblihhen Maße beschränkt. Beim praktischen Betrieb solcher Apparate in der herkömmlichen Art treten gelegentlich Betriebsstörungen oder Defekte im Apparat auf, die durch Zusetzen innerhalb der Kontaktanordnung darin durch Ablagerung von Kesselstein hervorgerufen werden. Ferner ist bei allgemein herkömmlichen Anordnungen die Förderrate eines solchen FluidgemisdBs innerhalb eines Behälters oder Turms auf einen

709821/0899 ~⁵~

Wert von nur etwa 1,5 m/s mit begrenzter Dispersionsrate von Behandlungsgas-Feinpartikeln beschränkt. TJnter diesen Umständen ist es ein allgemeiner Trend, solche Reaktionsapparate in erheblihcer Baugröße vorzusehen.

Der Erfindung liegt deshalb hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Kontaktwirkung zwischen Fluiden zu schaffen, die in physikalischer Art und Weise eine solche Kontaktwirkung zwischen Fluiden außerordentlich beschleunigen können, indem effektiv eine Gesamtkontaktwirkfläche vergrößert wird und in dem das Entstehen einer Fluiddispersion für eine solche Kontaktwirkung begünstigt wird.

Weiter soll erfindungsgemäß ein Mehrzweck-Verfahren und eine Mehrzweck-Vorrichtung zur Beschleunigung einer Kontaktwirkung zwischen Fluiden geschaffen werden, die vielseitig anwendbar sind für solche chemischen Reaktionen wie die Entschwefelung, die Denitrierung, die Absorption, die Deodorierung usw. und auch für solche physikalischen Wirkungen wie das Kühlen, den Wärmeaustausch, das Benetzen, das Belüften usw.

Weiter soll erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigung einer Kontaktwirkung zwischen Fluiden geschaffen werden, das bzw. die mit einer hohen Nachlaufkapazitat unter erheblichen Fluidlastfluktuationen arbeiten kann und das bzw. die einen guten Kontakt wirkungsgrad erreichen kann.

709821/0899 ~^A~

Veiter soll erfindungsgemüß ein Verfahren und eine Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad zur Beschleunigung einer Kontaktwirkung zwischen Fluiden geschaffen werden, "bei dem bzw. der mit einer außerordentlich einfachen Konstruktion gearbeitet wird, bei dem bzw. bei der einer sehr hohen Fluidgeschwindigkeit gefahren werden kann und bei dem bzw. der mit einer relativ kleinen Baugröße in bezug auf eine Gasmenge gearbeitet werden kann, die behandelt werden soll.

Veiter soll erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigung einer Kontakt wirkung zwischen Fluiden geschaffen werden, das bzw. die mit einer optimalisierten Ausgeglichenheit zwischen einem Störmungwiderstand und einem Profil- und Reibungswiderstand während der Kontaktwirkung zwischen Fluiden gearbeitet wird, um damit die Ablagerung von Kesselstein und dergleichen an den Bauteilen einer solchen Vorrichtung auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise geschnitten, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Verbesserung der Kontaktwirkung zwischen Fluiden nach der Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Schaubild als Einzelheit im vergrößerten Maßstab, teilweise weggeschnitten, das das Innere der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einer Strömungsablenkkonstruktion und einer Vielzahl von Vorsprüngen nach der Erfindung zeigt,

709821/0899 _₅_.

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung,

Fig. 4 ein Schaubild im vergrößerten Maßstab einer in Fig. 2. gezeigten Strömungsablenkkonstruktion,

Fig. 5 ein vertikaler Schnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Vorsprung,

Fig. 6 ein Schaubild mit Blickrichting schräg von unterhalb des Vorsprungs ,

Fig. 7 eine schematische Darstellung, die einen Aspekt des physikalischen Effekts des Vorsprungs in Auswirkung auf die konzentrische Dualstruktur der Fluidgemischströme innerhalb der Vorrichtung nach der Erfindung darstellt, und

Fig. 8 eine abgewickelte Ansicht, die schematisch nachlaufende Wirbel und Turbulenzen und eine Verteilung der Fluidströme an den Vorsprüngen zeigt, welche in Zickzackweise angeordnet sind, und zwar bewirkt durch Kollision der Fluidströme mit den Vorsprüngen.

Die Erfindung basiert auf den Funktionsprinzip, das nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Bei verschiedenen praktischen Vorgängen bei chemischen Reaktionen wie der Oxidation, der Reduktion, der Absorption, der Deodorierung usw. oder bei physikalischen Wirkungen wie dem Misch, dem Wärmeaustuasch, .dem Benetzen usw. wird allgemein mit einem Fluidgemisch gearbeitet, das in einen entsprechenden Zustand für einen solchen Vorgang gebracht worden ist, wobei ein solches Gemisch ein Fluidgemisch mit azidischem oder alkalischem Charakter aus beispielsweise einer einzigen Substanz,

709821/0899

einem Gemisch und/oder einer Verbindung oder Verbindungen davon sein kann, als Gas, Flüssigkeit, fluidisierter Feststoff oder ein Gemisch davon, unter entsprechenden Bedingungen der Strömungsgeschwindigkeit und des Drucks.

Die Erfindung ist auf das Vorsehen von Mitteln zum Ablenken solcher Fluidgemische in Spiral- oder Wirbelweise gerichtet, während sie durchlaufen, um einen Gas-Flüssigkeits-Dispersionszustand entstehen zu lassen, und auf Mittel, die zum Kollidieren mit Strömen des Fluidgemisches zur Beschleunigung oder zur Begünstigung der Kontaktwirkung zwischen den dadurch entstandenen Fluidpartikeln eingerichtet sind, daß eine Kollisionswirkung des Fluidgemisches dagegen erfolgt.

Die ersteren Mittel weisen eine Strömungsablenkvorrichtung bzw. einen Strömungsablenkweg in Führungslamellenform auf, um ein Durchlaufen eines solchen Fluidgemisch.es unter einem entsprechenden Zustand der Strömungsgeschwindigkeit und des Drucks zu ermöglichen, wobei die Strömungsablenkkonstruktion zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Fluidgemisches zu und aus dem Reaktionsbereich vorgesehen ist, derart, daß das Fluidgemisch dazu gebracht wird, physikalisch in solcher Weise abgelenkt zu werden, daß es spiralförmig oder wirbeiförmig nach unten und längs der Inneren Wandfläche des Strömungsablenkwegs mit einer entsprechenden Richtungsgabe, einer peripheren Geschwindigkeit, einer Trägheitskraft und einem Druckgarflienten fließt, um damit zu bewirken, daß der Fluidgemischstrom in Wirbelströme einer konzentrisch mehr-

709821/0899

schichten oder zwei- oder dreischichtigen Struktur nach den verschiedenen physikalischen Eigenschaften umgewandelt wird, die für einzelne Bestandteile oder Komponenten spezifisch sind, die im Fluidgemisch enthalten sind (nachstehend als Fluidzusammensetzungen 'bezeichnet).

Während dieses Schritts der Ablenkwirkung ist der Aspekt solcher Wirte If luid ströme von dynamischem Charakter, und die "Verteilungsphase solcher Faktoren wie Druck, periphere Geschwindigkeit und Dichte des Fluidgemisches ist dynamisch kontinuierlich mit einem "bestimmten Gradienten, der sich von größer zu kleiner bei Blick in Richtung radial nach innen oder von einem Umfangspunkt zu einer Achse eines Reaktionsbereichs in Rohrform ändert.

An dieser Stelle soll jedoch zur Klarheit und Einfachheit hypothetisch definiert werden, daß solcherart wirblend abgelenkte Ströme des Fluidgemisches durch die Strömungsablenkmittel nach Durchlauf durch sie nun in allgemein duale Schichten laminarer Fluidströme konzentrischer Form umgewandelt oder aufgeteilt werden, d.h. eine Schicht eines Fluids mit relativ geringer Dichte und in einem radial innenliegenden Bereich und eine Schicht eines Fluids mit relativ hoher Dichte in einem radial außenliegenden Bereich unter dem Effekt der Fliehkraft, die auf die so wirblend angetriebenen Ströme des Fluidgemisch.es ausgeübt wird. Deie erstere Schicht ist als ein gasförmiger Zustand voa Fluiden anzusehen, in denen Feine Flüssigkeitspartikel dispergiert sind, und die letztere

709821/0899

Schicht ist als ein flüssiger Zustand von Fluiden anzusehen, in denen feine Gaspartikel dispergiert sind.

Die letzteren Mittel bestehen aus einem einzigen Vorsprung oder aus einer Vielzahl von Vorsprüngen mit einer besonderen Querschnittsfomn, die fest an der inneren Wandfläche eines zylindrischen Fluid-Fließbetts oder Fließwegs in der Nähe stromabwärts von der Strömungsablenkkonstruktion sitzen. Der Vorsprung ist von stumpfer Querschnittsform, beispielsweise in der Form eines festen Körpers mit konvexem Kopf oder in Ringform, und er ist zum Kollidieren mit den vorstehend genannten Wirbelströmen des Fluidgemisches eingerichtet ist, das nun dynamisch ständig durch die vorstehend erwähnte Strömungsablenkvorrichtung erzeugt wird. Ebenfalls aus Gründen der Klarheit erfolgt die Beschreibung des Funktionseffekts und des Vorgangs der Kollisionsglieder oder -Vorsprünge im Zusammenhang mit einem einzigen Teil. In dieser Kollisionswirkung mit den Vorsprüngen werden die Wirbelströme des Fluidgemisches dazu gebracht, sich physikalisch zu trennen, so daß jeder der dualen Schichten des Fluidstroms, der als dynamisch konstant angesehen werden kann, effektiv nach dem Profilwiderstand und dem Reibungswiderstand des Vorsprungs gestört und bewegt wird, so daß die Grenzschicht zwischen solchen dualen Wirbelschichten der Fluide, wie sie hypothetisch vorstehend definiert worden sind, positiv getrennt und mit Turbulenzen und Wirbeln im FltLdgemisch aufgefüllt werden kann, die durch eine solche Kollision zwischen den Fluidströmen und dem Vorsprung hervorgerufen werden, so daß ein erheblicher Teil der auf diese Weise in Bewegung ge-

- 9 - ■

709821/0899

setzten Fluide dazu neigt, in Richtung radial nach innen bewegt zu werden.

Durch die vorstehend genannte !Bewegungsfunktion der Turbulenzen und Wirbel, die durch die Kollision gegen die Torsprünge und des Abscheidephänomens in der Grenzschicht zwischen den wirbelnden Strönusen und der Fläche entsteht, die vom Vorsprung mit stumpefer Querschnittsform gebildet ist, wird die konzentrische, allgemein duale Struktur der FluidstrÖme dazu gebracht, sich aufzutrennen oder aufzlösen, um extrafeine Partikel der Fluidzusammensetzungen entstehen zu lassen. Gleichzeitig wird durch eine weitere Bewegungsfunktion umkehrender und nachlaufender FluidstrÖme, die an den hinteren Stellen der Torsprünge in bezug auf die FluidstrÖme »erzeugt werden, wie sie durch das vorstehend genannte Abscheidephänomen der Grenzschicht entstehen, der innere Bereich der wirbelnden FluidstrÖme dazu gebracht, mit den feinen Partikeln der Fluidzusammensetzungen in Eichtungen aufgefüllt zu werden, die durch eine Kombination der vertikalen und waagrechten Richtung in bezug auf die ursprüngliche bzw. axaile Richtung der FluidstrÖme definiert sind.

Wie allgemein vorstehend beschrieben, ist die Erfindung auf die Vergrößerung der gegenseitigen Gesamtkontaktflächen und die Anzahl der Kontaktwirkungen von einzelnen Partikeln der Fluidzusammensetzungen und gleichzeitig auf das Bewirken einer molekularen Bewegung der Fluidpartikel innerhalb des Grenzfilms und einer Terringerung des Widerstands

- 10 -

709821/0899

des Grenzfilms gerichtet, -um damit eine wesentliche Erhöhung der Massentransferge schwindigkeit zu "bewirken und schließlich zu einer außerordentlichen Beschleunigung der Kontakt wirkung zwischen den Fluidpartikeln während des Vorgangs des Durchlaufs durch diesen Reakationsbereich zu führen.

Es folgt nun eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es versteht sich jedoch, daß dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es hier erscheint, nur zur Teranschaulichung, aber in keiner Weise zur Beschränkung des Erfindungsgedankens dient.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung für den Anwendungsfall einer Absorptionsreaktion durch Kontaktwirkung entweder in Gas-Flüssigkeitsphase oder in Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Phase eingerichtet, wobei eine Entschwefelung von Schwefeloxiden oder eine Denitrierung von Stickstoffoxiden, wie sie in den Abgasen von schwerem Öl enthalten sind, durch Benutzung einer äkalischen AbsortionsmittelLösung wie einer Natronätzlauge oder einer Suspension von Calciumhydroxid vorgenommen wird.

Wie allgemein in Fig. 1 gezeigt ist, werden Abgase, die von einem Gaszulauf 1 eingespeist werden, mit einer entsprechenden Menge einer Absorptionsmittellösung aus einer Flüssigkeitszuleitungsdüse 2 vorbehandelt und benutzt, um ein Fluidgemisch zu bilden. Das in dieser Weise gebildete Fluidgemisch wird mit einer entsprechenden Strömungsgeschwin-

709821/0899

- ^r- ίί

digkeit und mit einem entsprechenden Druck in einen Bereich, eines Reaktionsrohrabschnitts 5 eingegeben, der einen Teil eines Fluidwegs 4 bildet, indem eine tiberdruckeinspeisung oder eine TJnterdruckansaugung beispielsweise mittels eines Gebläses 3 erfolgt. Der Reaktionsrohrabschnitt 5 bildet einen zylindrischen Wandteil 6, der den Fluidweg bildet, eine Strömungsablenkkonstruktion in Führungslamellenform 7» cLie im zylindrischen Wandteil sitzt, und eine Mehrezahl von Kollisionsgliedern bzw. Yorsprüngen 8, die fest an der Innenwandseite bzw. am Fließbett des Fluidwegs stromabwärts von der Strömungsablenkkonstruktion 7 in einem bestimmten nahen Abstand zu dieser sitzen. Der Vorsprung hat jeweils in einem typischen Ausführungsbeispiel das Profil eines konvexes Festkörpers oder eine Ringform.

Wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, besteht die Strömungsablenkkonstruktion 7 aus einer Trennwand 9 in Dreieckform und zwei geteilten Tafeln in halbwegs geschnittener elliptischer Form (die nachstehend als geteilte elliptische Tafeln bezeichnet werden, die mit 10 bezeichnet sind). Die Trennwand 9 hat eine umgekehrt gleichschenklige oder gfeichseitige Dreickesform, und an der Grundseite erstreckt sie sich diametral in bezug auf das Reaktionsrohr 5, und mit ihrem Scheitel zeigt sie und führt sie zur Mittelachse des Reaktionsrohrs. Von den beiden Seiten der gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreieckstrennwand S, den Scheitel dazwischen bildend, erstrecken sich die beiden geteilten elliptischen Tafeln 10 in entgegengesetzte Richtungen bzw. im rechten Winkel symmetrisch in bezug auf die Mite-telach.se des z&ylindrischen Reaktionsrohrs,

709821/0899

- 12 -

und deshalb sind deren Flächen, die im rechten Winkel zur Trennungsebene stehen, unter dem Scheitelwinkel der Trennwand 9 zur Seite stromabwärts der Fluidströme zue»inander geneigt, und deren Kanten treffen sich mit der inneren bzw. Hauptachse der Ellipse an dem vorstehend genannten Scheitelwinkel. An den äußeren bzw. peripheren Rändern sind diese geteilten elliptischen Tafeln 10 so ausgebildet, daß sie genau in die Krümmung der inneren Wand- oder Fließbettfläche des Reaktionsrohrs 5 übergehen, wenn die Strömungsablenkkonstruktion 7 in die vorgesehene Position im Reaktionsrohr eingebaut ist. Bei einer solchen Anordnung sorgt die Strömungsablenkkonstruktion 7 für eine Organisation ähnlich der eines Propellers, was eine Funktion bewirkt, daß das dem Reaktionsrohr 5 zugeleitete Fluidgemisch in zwei Fraktionsströme des Fluidgemisches mit halbkreisförmigen Querschnitt aufgeteilt wird, und daß anschließend bewirkt wird, daß diese beiden geteilten Fluidströme in rotierender oder wirbelnder Bewegung beim Durchlaufen nach unten getrieben werden.

Das Fluidgemisch, das unter vom Gebläse 3 entwickelten Druck in den Bereich des vorstehend erwähnten Reaktionsrohrs 5 eingespeist wird, geteilt durch die Trennwand 9 der Strömungsablenkkonstruktion 7 und zum Durchgang durch Strömungsablenkwege 11 veranalaßt, die mit einem entsprechenden Drosselungseffekt von der Trennwand 9 gebildet sind, ferner· von den beiden geteilten elliptischen Tafeln 10 und dem Fließbett in der Innenwand des Reaktionsrohrs, wird nun in rotierender und wirbelender Bewegung getrieben und zum Durchgang durch das Fließbett

709821/0899

- 13 -

JtO

und längs der inneren Wandfläche des Fließbetts des Reaktionsrohrbereichs in der Richtung gebracht, und zwar geführt durch die geteilten elliptischen Tafeln und beschleunigt durch eine periphere Geschwindigkeit, wie sie typischerweise wiedergegeben wird durch: (Fluidströmungsrate ♦ kleine Querschnittsfläche der Strömungsablenkwegöffnung) (in/s), und mit einer solchen Zentrifugalbeschleunigung, wie sie typischerweise wiedergegeben wird durch ([(periphere Strömungsgeschwindigkeit) ♦ effektiver Radius des Reaktionsrohrs J (m/s). Folglich geschieht entsprechend der Differenz in der Masse, in der Dichte und in der Viskosität, die spezifisch für die einzelnen Fluidzusammensetzungen sind, eine Trennung des Fluidgemisches in allgemein zwei Schichten von Wirbelströmen in konzentrischer Form, wie hypothetisch vorstehend definiert, d.h. eine Schicht Fluide A mit darin fein dispergiertem Gas (nachstehend als Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A bezeichnet) und eine Schicht Fluid B, in dem Flüssigkeit fein dispergiert ist (nachstehend als Flüssigkeitin-Gas-Fluid B bezeichnet), und zwar in Richtung radial nach innen vom Fließbett oder von der inneren Wandfläche zur Achse des Reationsrohrs 5, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt. Bei diesen beiden Schichten konzentrischer Ströme des Fluidgemisches wird das Flüssigkeit-in-Gas-Fluid B, das im Bereich näher an der Achse des Reaktionsrohrs vorhanden ist, zwangsweise in eine Wirbelbewegung mit höherer Geschwindigkeit als die des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A gesetzt, das im radial außen liegenden Bereich oder um den Fließbettbereich des Rekationsrohrs herum vorhanden ist.

Die Dicke einer solchen Schicht wirbelnder Fluidströme, gemessen vom

709821/0899 . ₁₄_

Fließbett des Reaktionsrohrs, ist (vorgesetzt, daß die Viskosität, die Dichte und die Masse des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids und die vertikalen Querschnittsflächen und Volumina der Kollisionsglieder 8 außer acht gelassen werden) durch eine radiale Distanz einer verbleibenden Ringfläche von der inneren Wandfläche des Reaktionsrohrs wiedergegeben, und diese verbleibende Fläche wird durch Abziehen einer Fläche, die in konzentrischer Lage durch eine Ringfläche einsgenommen wird, die von der Subetraktion einer kleinsten Durchgangsquerschnittsfläche des Strömungsablenkwegs von der effektiven Querschnittsfläche des ReaMionsrohrs überigbleibt, von der effektiven Querschnittsfläche des Reaktionsrohrs erhalten, d.h. wiedergegeben durch;

- (1 - 2/x. tang ©)^0>5 ) /2

Dabei bezeichnet D einen Durchmesser des Reaktionsrohrs und θ einen Neigungswinkel der geteilten elliptischen Tafeln in bezug auf das Reaktionsrohr .

Die Wirbelströme des Fluidgemisch.es von dualer konzentrischer Struktur, die in dieser Weise entstehen, werden dann dazu gebracht, zu den Vorsprüngen bzw. Kollisionsgliedern 8 zu fließen bzw. mit diesen zu kollidieren, die am Fließbett in Richtungstromabwärts vom Strömungsablenkweg angeordnet sind. Die Querschnittsform des Kollisionsglieds 8 ist vorzugsweise eine spezielle, wie sie schematisch in Fig. 5und 6 gezeigt ist, und dabei handelt es sich um einen Festkörper mit einer konvexen oder allgemein halbkugeligen Kopfpartie auf einer umgekehrt

709821/0899 - 15 -

kegelstumpfförmigen Körperpartie.

Es versteht sich jedoch, daß jede andere Form von Festkörper, beispielsweise eine umgekehrt tetragonale Pyramide oder eine polygonale Säule oder ein Prisma oder ein Yorspring in Ringform mit einer Ringschulter oder Ringkante anstelle der vorstehend erwähnten besonderen Form angewendet werden kann, vorausgesetzt nur, daß solche Torsprünge für einen Drosselungseffekt auf einem Fluidstrom sorgen und ferner die Funktionen erbringen, wie sie nachstehend noch zu beschreiben sein werden.

Im einzelnen besteht in einem typischen Ausführungsbeispiel die Form des Kollisionsglieds bzw. des Yorsprungs 8, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, aus einer umgekehrt kegelstumpfförmigen Körperpartie mit verschiedenen oberen und unteren Querschnittsflächen 12 (nachstehend als eine kegelstumpfförmige Körperpartie bezeichnet) und mit solchen Abmessungen in bezug auf die wirbelnden Fluidgemischströme wie eine vertikal projizierte Fläche S, eine horizontal projezierte Fläche S¹, einer Körperhöhe H und einem Steigungswinkel ιλ. sowie aus einer konvexen oder allgemein halbkugeligen Partie I3. Mehrere solcher Kollisionsglieder 8 sind fest an der inneren Wandfläche des Reaktionsrohrbereichs in der Nähe stromabwärts von dem genannten Strömungsablenkweg in geeigneter Anordnung vorgesehen, vorzugsweise in Zickzackweise, um die wirbelnden Ströme des Fluidgemisches mit sukzessiven und gleichen Chancen der Kollision aufzunehmen oder gegen sie vorzustehen.

- 16 -

709821/0899

Auf Einzelheiten der Form eingehend, ist die Körperpartie 12 des Kollisionsglieds 8 in umgekehrt kegelstumpffönniger Gestalt mit einem entsprechenden Neigungswinkel ^ ausgelegt, der so eingerichtet ist, daß ein Ausgleichsfaktor (tg (S) eingestellt wird, der zwischen einem Widerstand, d.h. [.(Widerstandskoeffizient χ spezifisches Gewicht χ

periphere Geschwindigkeit χ vertikale projizierte Fläche) ♦ (2 χ Schwerkraftbeschleunigung)J (kg) und einem Auftrieb, d.h.

koeffizient χ spezifisches Gewicht χ periphere Geschwindigkeit χ waagrecht projizierte Fläche) ♦ (2 χ Schwerkraftheschleunigung)J (kg) zu erhalten ist, wohei der vorstehend genante Widerstand und der Auftrieb jeweils nach den vertikalen und horizontalen projezierten Flächen des Kollisionsglieds in bezug auf das vorstehend genannte Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A erzeugt werden, das dazu neigt, nahe am Fließbett des Reaktionsrohrbereichs oder in Kontakt mit diesem zu fließen. Ferner ist das Kollisionsglied mit einer Höhe ausgelegt, die größer als die Dicke der hypothetischen Schicht des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A ist und die so eingerichtet ist, daß ein Teil des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids durch die periphere Strömungsgeschwindigkeit darum herum stark genug angezogen wird, daß es nach oben klettert bzw. ·stromaufwärts auf die obere halb- ', kugelige Partie I5 des Kollisionsglieds 8 fließt, um dort eine Grenzschicht zu bilden. '

Andereerseits ist die obere konvexe Partie I3 des Kollisionsglieds 8 so ausgelegt, daß beispielsweise eine halbkugelige Form mit einem Steigungswinkel ß entsteht, wie in Fig. 5 dargestellt, um zu bewirken, \

-17-

709821/Ö89I

daß eine an der halbkugeligen Fläche gebildete Grenzschicht durch Kollisionswirkung davon getrennt wird, die zwischen dem Gas-in-Flüssigekeit-Fluid A und dem Flüssigkeit-in-Gas-Fluid B entsteht, das sich im wirbelnden Zustand über dem oder radial innerhalb von dem Gas-in-Flüssigkeit-Fluid Δ befindet, um damit die Entstehung von umgekehrten und nachlaufenden Strömen zu begünstigen, was von dem vorstehend erwähnten Abtrennungsphänomen herrührt.

Wenn eine Mehrzahl von Kollisionsgliee-dern 8 mit der vorstehend genannten Form im Fließweg in Richtung stromabwärts von der Strömungsablenkkonstruktion 7 in der vorbestimmten, allgemein zickzackförmigen Anordnung vorgesehen sind, wie das vorstehend erwähnt worden ist, erfolgt eine sukzessive Kollision mit den allgemein dualen konzentrischen Schichten der Wirbelströme des Fluidgemisch.es, die durch die Strömungsablenkkonstruktion in der Weise erzeugt werden, wie das sehematisch in Fig. 7 dargestellt ist. Mit dem Vorsehen einer solchen konstruktiven Form und Anordnung der Mehrzhal von Kollisionsgliedern 8 im Fließweg der konzentrischen Schichten des wirbelnden Fluidgemisches, wie das im einzelnen vorstehend beschrieben worden ist, erfolgen effektiv sukzessive Kollisionswirkungen des wirbelnden Fluidgemisches dagegen. Weil das Kollisionsglied 8 eine stumpft Form hat, wie vorstehend erwähnt, und mit einer vertikalen Höhe und mit vertikal und waagrecht projizierten Flächen und mit einem Volumen ausgelegt ist, die in bezug auf die Strömungsrate, die periphere Geschwindigkeit und den Druck des Gasin -Flüssigkeit-Fluids A entsprechend den physikalischen Eigenscahften der Fluidzusammensetzungen desselben optimal ausgewählt sind, kolli-

- 18 -

709B21/Ö8SS

diert die untere kegeistumpfförmige Partie 12 des Kollisionsglieds, das ein asymmetrisches Profil in bezug auf die vertikale Achse hat, mit dem Hauptteil des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A an ihrer vorderen Fläche in bezug auf den Strom des Fluids A, was bewirkt, daß das Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A in allgemein vertikale Richtungen mit entsprechenden Neigungswinkeln aufgeteilt wird, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt, und dabei wird das Innere des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A dynamisch in Bewegung versetzt, ähnlich einem Phänomen, bei dem turbulente Fluktuationen durch eine Servie von Stöcken hervorgerufen werden, die in einem Flußlauf vorstehen, um damit zu teilweise stehenden und erhöhten oder geschwollenen Abströmen in dem Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A zu führen, was allmählich zu einer höheren relativen Geschwindigekeit zwischen dem Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A und dem Flüssigkeit-in-Gas-Fluid B führt. Durch die Funktion des Auftriebs- und Widerstandsgleichgewichts, das sich daraus ergibt, wird ferner ein Teil A' des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A dazu gebracht, nach oben zu klettern und stromaufwärts auf die halbkugelige Partie 1 3 zu fließen und dort die in dieser Weise gebildete Grenzschicht bestehen zu lassen, um damit ausgeprägt eine Gesamtfläche der Fließbettflächen zu vergrößern, die mit den flüssigen Partikeln bemtetzt werden, welche während der Kollisionswirkung gegen das Kollisionsglied 8 darauf induziert werden. Andererseits wird in einer TJmfangsrandpartie 14 am Übergang zwischen der unteren kegelstumpfförmigen Körperpartie 12 und der oberen halbkugeligen Partie I5 des Kollisionsglieds 8 eine entsprechende Umfangsecke gebildet, die eingeschlossen zwischen den Winkeln^ und ß gebildet wird, und außerdem be-

- 19 -

709821/0899

findet sich diese Umfangsrand- oder Eckenpartie in einer entsprechenden Höhe, um einen Eontakt mit der hypothetischen Schicht Flüssigkeit-in-Gas-Fluid B zu gestatten, das allgemein über dem Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A bzw. relativ weiter radial nach innen versetzt als das Gas-in-Flüssigkeit-Fluid A liegt. Folglisch geschieht eine wirkungsvolle Kolli sionswirkung des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A mit dem Flüssigkeit-in-Gas-Fluid B, um damit allgemein die Schicht des Flüssigkeit-in-Gas-Fluids B in eine Richtung umzuformen, die allgemein parallel zu der des folgenden Bettes ist.

Entsprechend der vorstehend erwähnten Ausgestaltung wirkt das Kollisionsglied 8 einerseits so, daß das Moment eines kleineren Teils B¹ des Flüssigkeit-in-Gas-Fluids, das mit einer höheren Geschwindigkeit als die des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A wirbelt, in den Bereich der unteren kegelstumpfförmigen Körperpartie längs der Wandfläche derselben zwangsbewegt wird, die unter dem Winkel«*-geneigt ist, um damit das Entstehen eines Ausgleichszustands zwischen dem Auftrieb und dem Widerstand im Gas-in-Flüssigkeit-Fluid zu begünstigen, so daß eine solche Entwicklung von Auftrieb und Widerstand zusammen ein Hochklettern und Aufwärtsströmen des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids A auf die oberen halbkugelige Partie 15 begünstigt, um damit dynamisch eine konstante Grenzschichtbildung an dieser aufrechtzuerhalten, und es wirkt andererseits so, daß das Moment eines Teils des Flüssigkeit-inGas-Fluids B ±n einen Bereich zu fließen veranlaßt wird, der näher an der halbkugeligen Partie I3 liegt, und zwar unter dem Steigungswinkel ß, so daß ein Filia des Gas-in-Flüs-

- 20 -

709821/0899

sigkeit-Fluids A, der dynamisch ständig an der vorstehend erwähnten halbkugeligen Partie I5 gebildet wird, durch Trennung der Grenzschicht hervorgerufen wird, die durch die Kollisionswirkung zwischen dem Flüssigkeit-in-Gas-Fluid und dt er Oberfläche der halbkugeligen Partie erfolgt, und es erfolgt eine heftige Zwangsbewegung von turbulenten und umgekehrten Strömen und anschließend entwickelten nachlaufenden Strömen, die von dieser Trennung der Grenzschicht (siehe Fig. 8) hervorgerufen wird, so daß der Film des Gas-in-Flüssigkeit-Fluids auf der Oberfläche der halbkugeligen Partie wirkungsvoll in zahllose extra»efeine Partikel zerstäubt wird, und dadurch wird ununterbrochen ein idealistischer Zustand solcher Phänomina wie Erzeugung, Kollision, Entstehung, Erregung, Entionisierung und Terteilung derart gebildeter Fluidpartikel verwirklicht.

Solche Phänomina gehen dynamisch konstant durch die Punktion der Vielzahl von Kollisionsglieder weiter, die in geeigneter Weise am Fließbett des zylindrischen Reaktionsbereichs angeordnet sind, und anschließend wird das Innere des Wirbelstroms des Fluidgemisches in wirkungsvoller Weise mit zerstäubten feinen Flüssigkeitspartikeln aufgefüllt. Eine molekulare Bewegung innerhalb des Grenzfilms der Fluidpartikel, die in einem solchen Zustand einer heftigen Verwirbelung und turbulenter Ströme zerstäubt werden, wird nun außerordentlich aktiviert, wodurch ■ ein Widerstand im Grenzfilm der Fluidpartikel bemerkenswert verringert wird.

Auf Grund außerordentlich hoher Wirkungsgraderscheinungen, wie sie durch

- 21 -

• 7Ö98IT/Ö81S ";■·

die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung verwirklicht werden, erhöht sich die Rate des Massenaustausches bemerkenswert, und folglich wird die Reaktionsgeschwindigkeit außerordentlich beschleunigt, wie das später noch in einem Versuchsbeispiel unter Verwendung einer Pilotanlage beschrieben wird, die erfindungsgemäß ausgebildet worden ist.

Obgleich die Detailbeschreibung sich ausschließlich auf ein bevorzugtes Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung gerichtet hat, bei dem eine einzige Einheit vorgesehen ist, bestehend aus einer Strömungsablenkkonstruktion und einer Mehrzahl von Kollisionsgliedern, versteht es sich, daß es natürlich möglich ist, eine Mehrzhal solcher Einheiten vorzusehen, die in einer Folge innerhalb des Reaktionsbereichs angeordnet sind, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. Ferner ist es mgglich, die vorstehend genannte einzige Einheit oder die Mehrzahl von Einheiten nebeneinander oder parallel anzuordnen, ohne daß die Leistung nennenswert beeinträchtigt wird, so daß das Arbeiten mit der Vorrichtung vorteilhaft erweitert werden kann, wo das erforderlich ist. Ferner kann die vorstehend erwähnte Einheit bzw. können die vorstehend erwähnten Einheiten in waagrechter Anordnung eingesetzt werden, ohne daß sich irgendeine wesentliche Leistungsänderung ergibt.

Die folgenden Versuchsergebnisse werden dargeboten, um im einzelnen ; die vorteilhaften Merkmale beispielsweise darzustellen, die bei der praktischen Anwendung der Erfindung verwirklicht werden. Es liegt Je-

- 22 -

7Ö9821/Ö8I9

doch auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen bei der'praktischen Verwirklichung der Erfindung vorgenommen werden können und daß der Erfiridungsumfang nur durch die Ansprüche bestimmt wird und nicht durch die
Angöabe bestimmter Substanzen und Bedingungen beschränkt ist, die beim Versuchsbeispiel angegeben werden.

Eine Reihe von Versuchen wurden in einer Pilotanlage mit einer einzigen Bohrkonstruktion mit einer Gesamtlänge von 3,9 m durchgeführt, die aus drei Einheiten eines Reaktionsrohrs bestand, wie es erfindungsgemäß
vorgesehen ist, und diese Einheiten waren in Reihe angeordnet und hatten jeweils die Maße von ca. 3I cm Innendurchmesser und'von 68 cm in
der Länge. Mit dieser Pilotanlage wurden ein Kühlen, eine Entstaubung, eine Entschwefelung und eine Denitrierung von Abgasen aus der Verbrennung eines schweren Öls gleichzeitig in einem kontinuierlichen Verfahrensablauf durchgeführt.

Abgas-Strömungsvolumen 3·4Ο3 Nm /h

Oberflächengeschwindigkeit von Gasen in

Reaktionssäule 15 m/s

Periphere Geschwindigkeit von Gasen in

Reaktionssäule 23,55 m/s

Prozeßzeit von Gasen in Reaktionssäule 0,26 s

Verhältnis von Gas/Plüssigkeit (Gewicht) - 4
Druckabfall 320 mmAq.

Temperatur von Abgasen

- 23 -

709821/0899

SO

Reaktionsbereich, Einlauf 25O°C Reaktionsbereich, Auslauf 1. Stufe 55°C

SOρ-Abscheidung

Konzentration an Reaktionsbereich, Zulauf 1500 ppm

Konzentration an Reaktionsbereich, Auslauf 2,3 ppm

Verhältnis der Entschwefelung 99*85%

NO -Abscheidung

Konzentration an Reaktionsbereich, Zulauf 200 ppm

Konzentration an Reaktionsbereich, Auslauf 61,6 ppm

Verhältnis der Denitrierung 72,0$

Entstaubung

Gewichtsmenge an Reaktionsbereich, Zulauf 0,5 g/Sm

Gewichtsmenge an Reaktionsbereich, Auslauf

(ohne Entnebler) 0,09 gA^m

Verhältnis der Entstaubung 82,0$

Im vorstehend dargestellten Experiment wurde ein Gemisch aus 5$igen Lö sungen alkalisierender und oxidierender Mittel etwa äquivalenten Mols jeweils von einer einzigen Sprühdüse versprüht, die oben am Reaktionsrohrabschnitt sitzt, und zwar gegen SOo- und- ^O -Komponenten, die im

£~ Jw

Abgasbett am Zulauf des Reaktionsbereichs enthalten waren.

Venn die Strömungsrate oder das Volumen der Abgase auf einen Wert von 1.000 KmVh reduziert wurde, zeigten die Verhältnisse der Entschwefelung und der Denitrierung keine wesentliche Änderung. Die Konzentrationswerte

- 24 -

709821/0899

von SOp und NO wurden unter Verwendung eines Rauchgasdetektors in Ultraviolett-Absorptionsbauart gemessen, und die Menge an Staub und Ruß wurde durch die Filterpapiertütenmethode nach der japnischen Industrienorm Z-8808 gemessen.

Ss scheint allgemein praktisch unmöglich zu sein, die Reaktionen der Entschwefelung und Denitrierung gleichzeitig vorzunehmen, indem eine gemische Lösung aus alkalisierenden und oxidierenden Mitteln aus einer einzigen Sprühdüse versprüht wird, wie das bei diesem Experiment durchgeführt worden ist. Bei dieser Reaktionsvorrichtung ist jedoch wiederholt in einer Serie von Experimenten erkannt worden, daß zu einem Teil der chemischen Reaktionen, die in dieser Vorrichtung vorkommen, die Entschwefelung im wesentlichen in einer Zeit von größenordnungsmäßig 0,08 Sekunden abgeschlossen war, während die Denitrierung ca. 0,26 Sekunden dauerte, weil dieser Reaktionsschritt durch die NO-Oxidation bestimmt wird, und dieser Schritt der Nitrierung dürfte durch Absorption

und Reduktion von NO mit Sulfit erfolgen, das beim Entschwefeln entsteht, und mit Wasser.

Bezüglich des Schritts, bei dem die Abgastemperatur von 250°C am Zulauf des Reaktionsbereichs auf den Wert von 55 G innerhalb von 0,045 Sekunden durch Verwendung der Recycling-Lösung reduziert wird, die das Flüssigkeits-Gas-Verhältnis von etwa 4 hat und eine Temperatur von 55 C aufweist, dürfte andererseits der größte Teil des Wassergehalts mit der Temperatur von 20 C als ein Lösungsmittel von alkalisierenden und oxi-

- 25 -

709821/0899

dierenden Mitteln in Wasserdampf mit der Temperatur von 55 C innerhalb von 0,045 Sekunden umgewandelt worden sein.

Übrigens sind die vorstehend erwähnten Versuchsergebnisse für einen
Pail erzielt worden, bei dem die Eeaktionsvorrichtung gemäß der Erfindung so betrieben wurde, daß die Entschwefelung und die Denitrierung
im wesentlichen gleichzeitig erfolgten. In dem Fall, bei dem nur die
Entschwefelung durchgeführt wurde, betrug das Verhältnis der Entschwefelung ?9»95$· Zusammenfassend ist aus der Reihe von Versuchen festgestellt worden, daß es von großem Vorteil bei der Beschleunigung solcher Mehreffekt-Reaktionen ist, die Ströme des Fluidgemisch.es abzulenken und danach die in dieser Weise abgelenkten Ströme zur heftigen Beweung in der vorstehend beschriebenen physikalischen Weise aufzuspalten. Wie im einzelnen vorstehend erläutert worden ist, bietet die Erfindung eine wirkungsvolle Lösung zur Beschleunigung der verschiedensten Kontaktreaktionen mit einer relativ einfachen Konstruktion und innerhalb
außergewöhnlich kurzer Zeit, wobei keine wesentlichen Verringerung im
Reaktionswirkungsgrad bei Fluktuationen von Lasten während des Betriebs erfolgt, und ferner liefert die Erfindung eine flexible Fachlaufflexibilität bis zu einem Schwellenwert in den Lastfluktuationen von 8 zu 1 oder mehr. Auf Grund solcher vorteilhaften Merkmale der Erfindung ist
es nun möglich, eine wesentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und
eine wesentliche Rationalisierung bei den verschiedensten Kontaktreaktionen im Vergleich zum Stand der Technik zu erzielen.

Patentansprüche

- 26 -

709821/0839

Leersei

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Beschleunigung von Reaktionen in einem Fluidgemisch, "bestehend aus einem Gas, einer Flüssigkeit, einem fluidisierten Peststoff oder einem Gemisch davon,in einem fluidisierten Reaktionsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidgemisch zum Reaktionsbereich in zylindrischer Form unter einem bestimmten Druck und mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit geleitet wird, das Fluidgemisch in einen Spiral- oder Wirbelstromzustand unter einem bestimmten Neigungswinkel abgelenkt wird, derart, daß dadurch eine Beschleunigung des Fluidgemisch.es bewirkt wird und dessen Verteilung in solcher Weise erfolgt, daß ein Fluid relativ hoher Dichte in einem relativ radial außenliegenden Bereich in einer entsprechenden Schichtdicke mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist und daß ein Fluid relativ geringer Dichte in einem relativ radial innenliegenden Bereich in einer entsprechenden Schichtdicke mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist, entstanden durch die Wirbelstrombewegung des Fluidgemisches, und das Fluidgemisch in dem genannten Strömungszusfeind zum Kollidieren mit Hindernissen in stumpfer Querschnittsform gebracht wird, derart, daß einerseits/dynamisch konstante /eine Grenzschicht bzw. ein dynamisch konstanter Grenzfilm am jeweiligen Hindernis im wesentlichen als Funktion einer steigenden oder nach oben fließenden Tendenz des Fluids relativ hoher Dichte um das jeweilige Hindernis entsteht und daß andererseits eine Trennung der Grenzschicht weg

- 27 -

709821/0899

von dem jeweiligen Hindernis im wesentlichen als Folge einer Funktion des zwangsweisen Strömens des Fluids reiktiv geringer Dichte in dem radial innenliegenden Bereich gegenüber dem Fluid relativ hoher Dichte und mit der relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit und im wesentlichen als Folge einer Funktion der Bewegung in Turbulenzen und Wirbeln, die durch die KoHisionswirkung gegen die Hindernisse entstehen, derart, daß ein kritischer Zustand von Fluidpartikeln, die allgemein im inneren Bereich des Fluids relativ hoher Dichte fein dispergiert sind, in Richtungen entsteht, die allgemein durch die Kombination zwischen der Richtung radial nach innen und der Richtung axial nach vorn dem zylindrischen Reaktionsbereich gegenüber bestimmt ist, derart, daß die Fläche und die Zahl der KontaktWirkungen zwischen den Fluidpartikeln vergrößert werden, eine molekulare Bewegung innerhalb von Grenzfilmen der Fluidpartikel erregt wird, eine wesentliche Verringerung des Grenzfilmwiderstands derselben bewirkt wird und endlich die Massenaustauschrate von Zusammensetzungen des Fluidgemisches erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenken des Fluidgemisches in einen wirbelnden Zustand durch Führen des Fluidgemisches zum Strömen in einem entsprechenden Spiralwinkel nach unten zur Richtung stromabwärts vom Fluidgemisch vorgenommen wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollisionswirkung durch Anordnung der Hindarnisse

- 28 -

709821/0899

in einer gestaffelten intermittierenden bzw. zickzackförmigen Weise zum Erzielen einer größten Chance der Kollisionswirkung erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des Fluidgemisch.es in zwei oder drei Schichten des Fluidgemisches "bestimmt ist, die eine konzentrische Struktur haben, wobei jede der Schichten einen Geschwindigkeits-, Dichte und Druckgradienten entsprechend einer Masse nnd einer Viskosität von Zusammensetzungen des Fluidgemisches von einem äußeren Umfangsbereich zu einer Mittelachse des zylindrischen Reaktionsbereichs hin hat.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus dem Fluid relativ hoher Dichte auf einem Sollwert gehalten wird, derart, daß das Fluid relativ hoher Dichte im wesentlichen zwangsweise allgemein von dem gesamten "Umfang des jeweiligen Hindernisses auf dieses in einer entsprechenden Menge steigt und dadurch den dynamisch konstanten Grenzfilm auf dem jeweiligen Hinderniss bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Zwangsbewegung, die von dem Fluid relativ geringer Dichte auf das Fluid relativ hoher Dichte ausgeübt wird, im wesentlichen durch eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Fluid relativ hoher Dichte und dem Fluid relativ geringer Dichte bewirkt wird.

- 29 -

709821/0899

Torrichtung zur Beschleunigung von Reaktionen in einem Fluidgemisch, "bestehend aus einem Gas, einer Flüssigkeit, einem fluidisierten Feststoff und/oder einem Gemisch davon in einem fluidisierten Reaktionsbereich, gekennzeichnet durch einen Fluidgemisch-Fließweg, der einen zylindrischen Reaktionsraum bildet, Mittel zum Verleihen dem Fluidgemisch* einer entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit und eines entsprechenden Drucks, Strömungsablenkmittel, die sich in der Mitte in dem Reaktionsraum befinden und so eingerichtet sind, daß sie ein Ablenken eines Stroms des Fluidgemisches in einen spiralförmigen oder wirbelnden Strömungszustand mit einem bestimmten Neigungswinkel zur Richtung stromabwärts vom Fluidgemisch und damit eine Beschleunigung des Fluidgemisch.es bewirken, wobei eine Verteilung in solcher Weise vorgesehen ist, daß ein Fluid relativ großer Dichte in einem radial außenliegenden Bereich in einer entsprechenden Schichtdicke mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist und daß ein Fluid relativ geringer Dichte in einem radial relativ innenliegenden Bereich in einer entsprechenden Schichtdicke mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist, unter dem Effekt der Fliehkraft, die durch die wirbelnde Strömungsbewegung des Fluidgemisches entsteht, und eine Mehrzahl von Vorsprungsmitteln, die an einer inneren Wandfläche des Fluidgemisch-Fließwegs in etwaiger Nähe stromabwärts von den Strömungsablenkmitteln sitzen und so eingerichtet sind, daß sie mit dem wirbelnden Strom des Fluidgemisches kollidieren, wobei die Vorsprungsmittel einerseits eine dynamisch konstante Grenzschicht oder einen dynamisch konstanten Grenzfilm an den Vorsprungsmitteln im we-

- 30 -

709821/0899

seitlichen als eine Funktion der steigenden oder nach o"ben fließenden Tendenz des Fluids relativ hoher Dichte um die Vorsprungmittel herum bildenund andererseits eine Trennung der Grenzschicht von den Vorsprungsmitteln weg im wesentlichen als eine Punktion des zwangsweisen Strömens des Fluids relativ geringer Dichte in dem radial innenliegenden Bereich gegenüber dem Bereich des Fluids relativ hoher Dichte mit der relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit und im wesentlichen durch eine Funktion von Bewegungen in Turbulenzen und Wirbeln bewirken, die durch die KoI-lis©ionswirkung gegen die Vorsprungmittel entstehen, derart, daß ein kritischer Zustand von Fluidpartikeln, die allgemein im inneren Bereich des Fluids relativ hoher Dichte fein dispergiert sind, in Richtungen entsteht, die allgemein durch die Kombination zwischen der Richtung radial nach innen und der Richtung axial nach vorn dem zylindrischen Reaktionsraum gegenüber bestimmt ist, derart, daß die Fläche und die Zahl der Kontaktwirkungen zwischen den Fluidpartikeln vergrößert werden, eine molekulare Bewegung innerhalvb von Grenzfilmen der Fluidpartikel erregt wird, eine wesentliche Verringerung des Grenzfilmwiderstands derselben bewirkt wird und endlich die Massenaustauschrate von Zusammensetzungen des Fluidgemisches erhöht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsablenkmittel eine Führungslamelle sind, die aus einer Trenntafel in umgekehrter Dreiecksform mit mindestens zwei gleichen Seiten, deren Grundseite sich diametral in bezug auf den zylindrischen Fließweg, erstreckt und d&er umgekehrte Scheitel mit der

709821/0899 - 51 -

Mittelachse des zylindrischen Fließwegs zusammenäfällt, und zwei ebenen Tafeln mit einer halbelliptischen Form "besteht, wobei sich jede Tafel mit ihrer Hauptachse von einer Semite der dreieckigen Trenntafel außer der Grundseite derselben in entgegengesetzte Richtung zu einer inneren Wandfläche des Fließwegs in symmetrischer Lage zur Mittelachse des zylindrischen Fließwegs erstreckt, derart, daß die halbelliptischen Tafeln mit dem Scheitelwinkel der dreieckigen Trenntafel nach stromabwärts des Fluidgemischstroms zueinander angestellt sind und an ihren äußeren TJmfangsrändern mit der inneren Wandfläche des Fließwegs verbunden sind, derart, daß ein spiralförmiger Fließweg für das Fluidgemisch längs der Mittelachse desselben gebildet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprungmittel eine spezielle Querschnittsform haben, bestehend aus einer umgekehrt kegeistumpfförmigen Körperpartie mit unterschiedlichen oberen und unteren Qaerschnittsflächen, und einer oberen Kopfpartie in allgemein halbkugeliger Form mit einem entsprechenden Steigungswinkel am Tangentialpunkt an der Übergangskante, die zwischen der kegelstumpfförmigen Körperpartie und der oberen allgemein halbkugeligen Partie gebildet ist, wobei die Übergangskante in einer entsprechenden Höhe liegt, die höher als die Schichtdicke des Fluids relativ hoher Dichte ist.

10. Vorrichtung nach Ansprach 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprungmittel in einer allgemein gestaffelten »intermittierenden oder zickzackförmigen Anordnung zueinander an der in-

70982Ϊ/0899 -32-

neren Vandflache des Fließwegs vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Mehrzahl derselben in Reihe innerhalb des Reafcktionssystems.

12. Torrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Mehrzahl derselben in paralleler Anordnung innerhalb des Reaktionssystems.

13· Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Anordnung in waagrechter Lage, derart, daß das in einem waagrechten Fließweg geführte Pluidgemisch behandelbar ist.

709821/0899