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Wirbelzellkolonne
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Die Erfindung betrifft eine Wirbelzellenkolonne, insbesondere zur
Pluidisieruns; von Feststoffpartikeln in einer Trägerströmung, mit mindestens einem
schrägverlaufenden Ioden, der eine oder mehrere Öffnungen zum Hindurchtreten weni,;stens
eines Stoffstromes freiläßt.
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In Wirbelzellkolonnen werden z.B. Feststoffpartikel durch die Trägerströmung
angehoben und rfir eine bestimmte mittlere Zeit im Schwebezustand behalten, bis
sie durch die Öffnung des Wirbelzellenbodens hindurch in die nächste untere Wirbelzelle
gelangen. Aus der untersten Wirbelzelle werden die Feststoffpartikel abgeleitet.
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Bei den bekannten Wirbelzellkolonnen sind die Böden als schräggestellte
ebene Bleche ausgebildet, die bei einer kreiszylindrischen Kolonne einen elliptischen
Umriß haben und jeweils gegeinander verdreht geneigt zur Kolonnenachse anbeordnet
sind. Jeder der ebenen Böden weist mindestens einen Durchlaß, z.B. in Form eines
Schlitzes, Spaltes oder loches an seinem Rand auf, d.h. unmittelbar an der Innenwand
der Kolonne oder auch in gewissem Abstand von der Innenwand innerhalb des jeweiligen
Bodens (DT-OS 25 18 975, DT-S 23 55 10).
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Bei der Verarbeitung heterogener Stoffsysteme mit einer partikelförmigen
festen Phase in den bekannten Wirbelzellenkolonnen besteht häufig die Gefahr, daß
sich Feststoffpartitel in bestimmten Bereichen der Böden absetzen, sich in Form
von stücken oder Klumpen wieder lösen und dann die unteren Durchlässe oder Fallschlitze
verstopfen. Diese Partikelklumpen bilden sich in der Regel an den Rindern des Kolonnenbodens
in der Nihe der Fallschlitze. Zur Vermeidung von unkontrollierten und unerwiinschten
Leckströmen an den
Bodenrändern sollen die Schrägböden mit der Kolonnenwand
möglichst dicht abschließen. Diese Leckströme treten insbesondere bei heterogenen
Stoffsystemen mit einer gasförmigen Phase auf. Der dichte Abschluß ist bei ebener
Bauform der Böden nur durch Formschluß oder Flächenpressung zu erreichen. Dürfen
aus GrUnden der Materialbeständigkeit oder aus reaktionstechnischen Gründen für
die Kolonnenwand und die Böden z.B. nur Glas und Kunststoffe verwendet werden, so
ist eine Abdichtung zwischen Kolonnenwand und Boden infolge der großen Fertigungsungenauigkeiten
der für die Kolonne verwendeten Glasrohre auf diese Weise nicht möglich.
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Verwendet man ebene Böden, deren Randbereiche über eine Knicklinie
seitlich hochgezogen sind, so wirkt die Knicklinie wie eine den Boden versteifende
Sicke. Diese vermindert die Formelestizität des Bodens, so daß dessen Verformbarkeit
so sehr eingeschränkt wird, daß der Boden sich an die z.B. bei Glasrohren vorhandenen
großen Maßtoleranzen nicht anzupassen vermag. Es kann daher vorkommen, daß der Boden
nicht genügend gegen die Kolonnenwand abgedichtet ist oder aber mit solcher Kraft
gegen die Kolonnenwand drUckt, daß Bruohgefahr besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wirbelzellenkolonne zu schaffen,
deren vorzugsweise mehrere Böden sich lastlsoh an die Wirbelzellenwand anlegen,
auch wenn diese in ihren Abmessungen von den vorgesehenen Abmessungen aufgrund von
Fertigungstoleranzen abweicht, so daß ein spaltfreier Übergang von den Wirbelzellenwänden
zu den Böden in Jedem Falle mit möglichst geringem Aufwand sichergestellt ist, ohne
daß die Gefahr einer unzulässig hohen Verspannung der Wirbelzellenwand besteht.
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Zur LtSsung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Boden eine kniokfreie gekrümmte Fläche bildet, deren Rand
unter
Spannung regen die Kolonnenwand drückt.
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Der Boden hat durch seine stetig gekrümmte Bauform eine Formelastizität,
die bewirkt, daß er sich dem jeweiligen Rohrdurchinesser anpassen kann. Daher ist
das Einbringen des Bodens in das Kolonnenrohr gegenüber den bekannten Böden vereinfache
Tnfolge der Krümmung des Bodens führen z.B. Warmeausdehnungen nicht zu hohen Spannungskonzentrationen,
sondern lediglich zu einer größeren oder kleineren Krümmung des Bodens. Unkontrollierte
irreversible Verwerfungen und andere Verformungen, die z.B. durch Unrundheit des
Kolonnenrohres hervorgeruren werden können, werden dadurch von vornherein ausgeschlossen.
Der Kolonnenboden paßt sich aufgrund seiner elastischen Vorspannung den bei Glasrohren
üblichen Abweichungen vom Sollmaß an und liegt dicht an der Rohrwandung an.
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Der Boden kann ein Teil einer gedachten Mantelfläche sein, die zwischen
einem Kreis, einer Ellipse, einer Hyperbel oder sonstigen stetigen Kurve und einer
entsprechenden anderen Kurve oder einem Punkt im Raum aureespannt ist und die Kolonnenwand
durchdringt. Die Mantelfliche ist vorzugsweise eine im mathematischen Sinne einfach
gekrümmte Flache. Sie könnte aber auch eine zweifach grkrümmte Fläche z.B. ein Teil
einer Kugelfläche, eines Ellipsuids oder einer Schale verinderbarer Krümmung sein.
Der tSmriß des Bodens ist im wesentlichen bestimmt durch die Durchdringungskurve
von Ifolonnenwand und gedachter Mantelfkäche. Vorzugsweise ist der Boden ein Teil
der Mantelfläche eines gedachten Rotationskörpers, welche die Kolonnenwand durchdringt.
Die Kolonne selbst hat insbesondere einen kreisrörmigen Querschnitt.
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Sie könnte aber auch eine hiervon abweichende Form, beispielsweise
einen ovalen Querschnitt, haben. Der Rotationskörper ist bevorzugt ein gedachter
Kegel, dessen Kegelachse vorzugsweise die Kolonnenachse oberhalb des Bodens schneidet.
Die
(egelachse kann aber z.B. auch parallel zur Kolonnenachse verlaufen. Bei einer solchen
Baurorm haben die Bereiche, in denen sich in der Nähe der Kolonnenwand bervozugt
Feststoffpartikel absetzen, eine größere Steigung als die übrigen Bereiche, so daß
unerwünschte Ablagerungen nicht entstehen können.
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Aus der erfindungsgemäßen Wirbelzellenkolonne kann bei einem heterogenen
Stoffsystem mit einer partikelförmigen festen Phase der Feststoff nahezu rückstandfrei
entfernt werden. Hierbei wird der Suspensionszulauf abgestellt. Der Feststoff bewegt
sich in der selbstfluidisierenden Wirbelzellenkolonne dann z.3. von Zelle zu Zelle
nach unten, wenn seine Dichte größer als die der rlüssigen Phase ist. Spülflüssigkeit
wird lediglich in solcher Menge benötigt, wie es zum Austrag des Feststoffes aus
der Kolonne erforderlich ist.
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Bevor ein AusfiIhrungsbeisplel der Erfindung niher erläutert wird,
werden anhand der Fig. 1 und 2 der Zeichnungen bekannte Böden beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil-Längsschnitt einer Wirbelzellenkolonne
mit schraggestellten ebenen Böden sowie eine Querschnittsdarstellung und Fig. 2
zeigt ähnliche Darstellungen einer Wirbelzellenkolonne mit abgewinkelten Zellenböden.
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Gemäß Fig. 1 befinden sich in dem Kolonnenrohr 10 mehrere scheibenförmige
Böden 11, 12, die gegenüber der Kolonnenachse schräggeneigt angeordnet sind. Die
Böden 11, 12 haben annihernd die Form von Ellipsen und decken die Innenfläche des
Kolonnenrohres annihernd voll ab, mit Ausnahme der Fallschlitze 13, die zwischen
dem unteren geradgeschnittenen
Rand eines jeden Bodens 11 und der
Kolonnenwand 14 gebildet werden, und den oberen kreisförmigen Öffnungen 15.
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Bei der Wirbelzellenkolonne nach Fig 1 setzen sich in bestimmten Bereichen
der Böden 11, 12 in der Nähe der Fallschlitze 13 entlang der Kolonnenwand 14 Feststoffpartikel
in AnhOurungen 16 ab. Diese Anhäufungen können auf den Fallschlitz 13 gleiten und
diesen verstopfen.
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m die Bildung solcher Anhäurungen 16 zu vermeiden, ist es bekannt,
gemaß Fig. 2 Böden 21, 22 mit seitlich abgewinkelten ebenen Flächen 23, 24 vorzusehen.
Die abgewinkelten Flachen 23, 24 befinden sich seitlich neben dem Fallschlitz 13
an den Stellen, an denen sich besonders leicht Feststoffpartikelanhiurungen ausbilden.
Bei dieser Ausführungsrorm bilden die Knickkanten 25 den Zellenboden versteifende
Sicken, wodurch die Formelastizitit des Bodens verringert wird.
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Dies kann zu unerwünschten Spannungen in dem Kolonnenrohr führen,
insbesondere wenn dieses aus Glas besteht.
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Tm folenden wird nun ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Fig. 3 bis 5 näher erläutert.
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Fig. 3 zeigt einen Lnngsschnitt durch einen Teil des Kolonnenrohres
mit einer Ansicht eines Bodens aus Richtung des Pfeiles A der Fig. 4, Fig. 4 zeigt
einen Längsschnitt durch das Kolonnenrohr, rechtwinkelig zu dem Lingsschnitt der
Fig. 3, und F15 5 zeigt eine Draufsicht des Bodens aus Richtung des Pfeiles V der
Fig. 4.
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Das Kolonnenrohr 30 der Wirbelzellenkolonne besteht aus Glas und hat
im wesentlichen kreisrunden Querschnitt.
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Tn verschiedenen Höhen sind Ubereinander Böden 31 auge.
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ordnet, von denen in den Figuren nur einer dargestellt ist.
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Der Boden 31 ist schrig in dem Kolonnenrohr 30 angeordnet und knicl;frei
gebogen, wobei zwischen der Kolonnenwand 30 und dem unteren Rand des Zellenbodens
31 sich ein Fallschlitz 33 befindet.
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Der Boden 31 bildet einen Teil des Kegelmantels eines gedachten Kegels
34, dessen Kegelwinkel ca. 400 beträgt und dessen Kegelachse 35 die Achse des Kolonnenrohres
oberhalb des Zellenbodens schneidet. Der Kegel zeigt also mit seiner Spitze schräg
nach unten.
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Die Brgrenzung des Zellenbodens 31 wird von der Wand des Kolonnenrohres
gebildet, mit Ausnahme des Fallschlitzes 33.
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Der Kolonnenboden besteht vorzugsweise aus einem biegsamen, elastischen
Material, insbesondere thermoplastischem Kunststoff, das sich der sDeziellen Form
und Größe des Kolonnenrohres jeweils dicht anpaßt, ohne jedoch bei engen Rohren
eine zu große Spreizkraft auszuüben. Durch die Muldenform mit seitlich hochgezogenen
Rändern verhindert man die Anhäufung von Feststoffpartikeln an dem Bodenrand in
der Nähe des Fallschlitzes.
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L e e r s e i t e