DE2750003C2 - - Google Patents

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DE2750003C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum In-Berührung-Bringen verschiedener Phasen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 14. Hierbei werden eine oder mehrere Phasen, die in Form von Schüttgut vorliegen, in einer durch ein Fluid gebildeten Phase in Suspension und natürliche Zirkulation gebracht. Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 14 beschriebenen Art sind aus der FR-PS 13 63 939 bekannt.
Besondere Anwendungen sind etwa die Herstellung von gleichmäßigen Gemischen von Schüttgut oder im Gegensatz hierzu die Trennung von Produkten im zerkleinerten Zustand mit unterschiedlicher Dichte, das Zerreiben eines Produkts im zerkleinerten Zustand, die Wärmebehandlung und ganz allgemein die Vorgänge, die Material-, Wärme- und Bewegungsübergänge in Gang bringen.
Man ist gegenwärtig in der Lage, Schüttgut zu fluidisieren, das in Form von kleinen Teilchen mit einer Körnung von unter etwa 2 mm vorliegt. Die Fluidisierung entsteht beim In-Suspension-Bringen von Teilchen dadurch, daß das Bett aus zerkleinertem Produkt von einem Fluid durchströmt wird, dessen Geschwindigkeit größer als die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit V mf ist, die das Schüttgut charakterisiert. Wenn die Geschwindigkeit des Fluids diesen Wert übersteigt, bläst sich die Produktschicht auf und die Teilchen werden unaufhörlichen und ungeordneten Bewegungen unterworfen. Die Schicht nimmt dann Eigenschaften an, die denjenigen einer Flüssigkeit gleichen; es können insbesondere thermische Austauschvorgänge stattfinden, die mit dem Fluid außergewöhnlich wirksam sind: Diese Erscheinung wird in einer großen Anzahl von industriellen Anwendungen mit Nutzen angewendet.
Nach dem Stand der Technik ist es bislang unmöglich, große Teilchen zu fluidisieren, deren Körnung etwa 2 bis 3 mm übersteigt. Die ausgeführten Versuche zeigten in diesem Fall, daß eine Bildung von "Fluidkolben" vorliegt, die in der Schicht periodisch unter Anhebung dieser Schicht insgesamt ansteigen. Es findet keine tatsächliche innige Berührung zwischen dem Fluid und den Teilchen statt, und es gehen somit die spezifischen Vorteile der Fluidisierung verloren.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wurden bisher zwei Lösungen angeboten. Diese Lösungen ermöglichen das Inberührungbringen von Schüttgut mit einer gasförmigen Phase, ohne daß es sich aber um eine eigentliche Fluidisierung handelt. Die erste Lösung besteht in der Anordnung des Produkts in einer Schicht sehr geringer Dicke mit einer Höhe, die höchstens gleich dem Dreifachen der Abmessung eines Schüttgut-Korns ist. Diese Lösung ist sehr mühsam, da sie für eine gegebene Produktmasse sehr große Vorrichtungsflächen und infolgedessen erhöhte Fluiddurchsätze erfordert. Überdies sind die Austauschvorgänge schlechter als im Fall der Fluidisierung, da eine sehr geringe waagerechte Diffusion der Teilchen beobachtet wird.
Die zweite Lösung besteht in der Erzeugung von Schüttgut- Schichten, die von einem Strahl durchsetzt werden und dadurch erhalten werden, daß in der Mitte der Schicht eine Fluidbahn mit praktisch konstantem Querschnitt erzeugt wird, in der die Teilchen in verdünnter Phase mit großer Geschwindigkeit ansteigen. Nach dem Auswerfen von Schüttgut über die Fluidbahn hinaus steigen Teilchen dann in dichter Packung längs den Wänden ab. Jedenfalls löst dieses Verfahren das Problem nicht auf zufriedenstellende Weise und weist die folgenden Nachteile auf: schlechter Austausch innerhalb der Schicht aufgrund deren Ungleichmäßigkeit (Vorliegen einer dichten und einer verdünnten Phase) und schlechte Ausnützung des Fluids, von dem ein Teil an der Spitze der Fluidbahn entweicht, ohne mit den Teilchen tatsächlich in Berührung gekommen zu sein.
Die FR-PS 13 63 939 und die DE-PS 5 30 977 beschreiben Vorrichtungen, die Analogien mit den zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendeten Vorrichtungen aufweisen. Die Verfahren zur Anwendung dieser Vorrichtungen weichen vom Verfahren nach der Erfindung stark ab und ermöglichen keine Erzeugung eines einem Fluidisierungsbett gleichwertigen Betts.
Bei dem Verfahren nach der Fr-PS 13 63 939 findet zwar auch eine Verwirbelung, nicht jedoch ein wirkliches Suspendieren der Feststoffteilchen in einem Fluid statt. Die Feststoffteilchen mit einer Korngröße von etwa 50 Mikron werden in eine entsprechende Vorrichtung oben eingeführt und fallen unter Einwirkung der Schwerkraft auf den am unteren Ende der Vorrichtung angebrachten Auslaß zu. Die Verwirbelung erfolgt durch eine im wesentlichen von unten nach oben gerichtete Fluidströmung, die in jedem Elementarabteil zu einer Art Zyklon verwirbelt wird. Die Fluidgeschwindigkeit ist nach den Angaben der FR-PS 13 63 939 etwa 40 mal größer als die des pneumatischen Transports. Die in die Fluidströmung geratenden Teilchen werden in den Zyklonströmungen durch die Zentrifugalkraft gegen schräge Hinderniswände geschleudert, und rutschen von dort aus in das nächst untere Elementarabteil. In den einzelnen Elementarabteilen findet also keine homogene Suspension der Teilchen statt, was für bestimmte Anwendungen, wie z. B. der Trocknung von festen Teilchen, von Nachteil ist.
Außerdem ist es bei diesem Verfahren erforderlich, daß die Teilchenzufuhr und die Fluidzufuhr im Gegenstrom erfolgt.
Darüber hinaus ist festzustellen, daß das Verfahren nach der FR-PS 13 63 939 bei Schüttgut mit einer Körnung von mehr als 1 mm nicht mehr anwendbar ist.
Die DE-PS 5 30 977 beschreibt eine Vorrichtung, bei der ein Feststoff in zerkleinertem Zustand durch Schwerkraft von einer Stufe zur anderen herabfällt, während zur Trocknung ein Gas durch das Unterteil mit geringer Geschwindigkeit zugeführt wird. Die geneigten Stufen wirken als Ablenkungen, die das Herabfallen der Teilchen verzögern, um die Berührungszeit mit dem Fluid zu erhöhen. Es liegt keine Erzeugung eines Betts vor, das einem Fluidisierungsbett gleichwertig ist. Dieses Verfahren zieht keinen Nutzen aus der durch diese Fluidisierungsbetten gelieferte Berührungsgüte. Überdies ist ein stationärer Betrieb ohne Speisung und Entnahme bei den dort definierten Bedingungen unmöglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung, wie sie aus der FR-PS 13 63 939 bekannt sind, dahingehend zu verbessern, daß eine homogene Suspension der Teilchen eines Schüttgutes in einem Fluid erzielt wird, um so die Anwendung bei Trocknungsverfahren, zum Zerkleinern oder Schleifen sowie die Anwendung bei Schüttgut mit einer Körnung von mehr als 1 mm zu ermöglichen.
Ferner soll ein stätionärer Betrieb während einer nicht beschränkten Zeitdauer, in deren Verlauf die großen Teilchen im Fluid mit einer beinahe gleichmäßigen Dichte suspendiert bleiben, ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 14 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 13 und 15 bis 21 sind auf Merkmale besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Die das Verfahren charakterisierenden verschiedenen Werte der oben angegebenen Parameter wurden auf experimentelle Weise erhalten und müssen selbstverständlich als Annäherungen angesehen werden. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht im Fall von großen Teilchen die Erreichung aller Vorteile der Fluidisierung und insbesondere:
einen hervorragenden Wärme- oder Materialübergangskoeffizienten zwischen dem Fluid und den Schüttgut-Teilchen aufgrund der intensiven Turbulenz, die in der Mitte der Schicht und in deren Gesamtheit herrscht;
ein In-Suspension-Bringen aller Teilchen der Schicht ohne dichte oder feste Zone.
Diese letztere Eigenschaft wurde im Versuch durch Aufzeichnung des Druckabfalls bestätigt, den das Fluid durch die Teilchenschicht erfahren hatte. Wie im Fall der Fluidisierungserscheinung ist dieser Druckabfall gleich dem Teilchengewicht je Querschnittseinheit der Zelle (Elementar-Abteil).
Überdies werden gemäß einem Merkmal des Verfahrens vorzugsweise Zellen verwendet, deren Abmessungen in den drei Achsen jeweils wenigstens gleich dem Zehnfachen der mittleren Körnung des zerkleinerten Produkts sind. Auf diese Weise wird die Wandwirkung begrenzt, die die Wirbelbewegung der Teilchen bremst.
Zum In-Suspension- und In-Zirkulation-Versetzen von Produkten, deren Schüttwinkel unter 45° liegt, wird das Verhältnis des freien Querschnitts zum Querschnitt der Zelle vorteilhaft auf einen Wert von etwa 1/2 eingestellt, wobei der Neigungswinkel α des Hindernisses in der Größenordnung von 45° liegt. Die Zelle weist auf diese Weise eine Geometrie auf, die für die Bildung einer stabilen Wirbelbewegung besonders günstig ist.
Die oben angegebenen Vorteile ermöglichen die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in zahlreichen Anwendungsfällen, in denen Produkte im zerkleinerten Zustand in Form von großen Teilchen auftreten. Der Querschnitt jeder Zelle kann in Abhängigkeit von der in Betracht gezogenen Anwendung verschiedene Formen aufweisen, und zwar eine zylindrische Form mit einem Hindernis, das die Form eines zylindrischen Keils hat, eine Form eines Parallelflachs mit einem Hindernis, das die Form eines geraden Prismas aufweist, eine ringförmige Form mit einem Hindernis, das die Form eines kreisförmigen Keils hat usw.
Möglich ist die Verwendung eines Gehäuses mit einer einzigen Zirkulationszelle oder im Gegensatz hierzu eines Gehäuses mit mehreren Zellen. Im letzteren Fall können die Zellen zur Bildung einer senkrechten Säule übereinander liegen, wobei das Fluid aufeinanderfolgend von der einen Zelle zur anderen und von der unteren bis zur oberen Zelle strömt.
Die Zellen können ebenfalls nebeneinander auf derselben Höhe angeordnet und im Nebenstrom mit Fluid gespeist werden.
Es ist ebenfalls möglich, diese beiden Anordnungen zu kombinieren zur Erzielung eines Gehäuses mit mehreren Stockwerken, von denen jedes durch mehrere nebeneinanderliegende Zellen gebildet wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer elementaren Zelle (Elementar-Abteil);
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Säule mit mehreren übereinanderliegenden Zellen;
Fig. 3 und 4 zwei Möglichkeiten der kontinuierlichen Verwendung dieser Säule;
Fig. 5 eine Teilweise weggebrochene Schrägansicht eines Gehäuses mit mehreren nebeneinanderliegenden Zellen;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Gehäuses mit mehreren nebeneinanderliegenden Zellen;
Fig. 7 eine Möglichkeit der kontinuierlichen Verwendung des Gehäuses von Fig. 6;
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt eines Gehäuses mit mehreren Übereinander- und nebeneinanderliegenden Zellen.
In Fig. 1 ist im Querschnitt schematisch eine elementare Zelle während des Betriebs dargestellt. Oberhalb eines Verteilers 1 kommt das Fluid an. Eine Leitung 2 mit einem Querschnitt S bildet die Zelle (Elementar-Abteil), an deren Basis ein Hindernis 3 an einer Seite der Leitung angeordnet ist, wobei eine Oberseite des Hindernisses unter einem Winkel α gegenüber der Waagerechten geneigt ist. Die Teilchen 4 haben eine Körnung von mehr als 1 mm.
Wenn der Durchsatz an Fluid einen Wert erreicht, daß seine Geschwindigkeit V in der Leitung 2 mit dem Querschnitt S größer als V mf wird, jedoch kleiner als die Geschwindigkeit V t bleibt, ist festzustellen, daß die Teilchen in Richtung des Pfeils R eine Wirbelbewegung ausführen. Diese Bewegung ergibt sich: einerseits aus einer pneumatischen Mitnahmewirkung in der Zone (ab) bei einer Herabsetzung der Geschwindigkeit der Teilchen nach Maßgabe des Ansteigens (da die Geschwindigkeit des Fluids sich ihrerseits vermindert aufgrund der Querschnittserweiterung in Höhe des Hindernisses vom Einlaßquerschnitt s bis zum Querschnitt S), andererseits aus dem Zurückfallen der Teilchen in der Zone (bc) über dem Hindernis aufgrund der weiter herabgesetzten Tragwirkung des Fluids.
Man erhält auf diese Weise ein Bett, das einem Fluidisierungsbett gleichwertig ist, indem jedes Teilchen sich innerhalb des Fluids im dynamischen Gleichgewicht befindet und in diesem Fluid schwimmt, bei einer beinahe gleichmäßigen Teilchendichte.
Die Geschwindigkeitsbedingungen sind zur Erzielung dieses Ergebnisses wesentlich. Eine Geschwindigkeit, die kleiner als die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit V mf ist, erzeugt keinerlei Zirkulation, wobei die Teilchen unter der Wirkung ihres Gewichts einfach zum Unterteil der Zelle fallen, ohne aus den verschiedenen Vorteilen der Fluidisierung Nutzen zu ziehen, die weiter unten entwickelt werden. Im Fall einer Geschwindigkeit, die größer als die Geschwindigkeit V t des pneumatischen Transports ist, erscheint eine Instabilitätserscheinung, bei der die Teilchen in verdünnter Phase aus der Zelle hinaus mitgenommen werden.
Die minimale Fluidisierungsgeschwindigkeit V mf und die Geschwindigkeit V t des pneumatischen Transports eines zerkleinerten Produkts sind charakteristische Parameter dieses Produkts, die dem Fachmann für den größten Teil der üblichen Produkte bekannt sind. Somit liegt bei einem zerkleinerten Körper in Form von großen kugelförmigen Teilchen die Geschwindigkeit V t des pneumatischen Transports in der Größenordnung des Neunfachen seiner minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit V mf .
Der Fluiddurchsatz wird vorzugsweise so eingestellt, daß seine Geschwindigkeit V in Höhe des Querschntits S zwischen 1,5 V mf und 2,5 V mf liegt. Die Versuche hatten gezeigt, daß in diesem optimalen Intervall die Wirbelbewegung der Teilchen unter guten Bedingungen erfolgte und stabil blieb, ohne die Gefahr des Auftretens der Erscheinung der "Kolbenbildung".
Jenseits der oberen Grenze dieses Intervalls beginnt die Erscheinung der Kolbenbildung aufzutreten und bringt eine gewisse Instabilität der oberen Grenzschicht der Schicht mit sich, wobei die Rotationsbewegung der Teilchen durch ihre vielfachen Stöße an den Wänden der Zelle ein wenig gebremst wird.
Es ist zu beobachten, daß das Verhältnis ebenfalls bestimmend für die Erzielung eines stabilen Wirbels mit inniger Berührung der Phasen ist. Unterhalb eines Werts von etwa = 0,12 hat das Fluid in Höhe des Hindernisses eine zu hohe Geschwindigkeit und bildet eine Bahn, in der der Feststoff in verdünnter Phase transportiert wird. Es liegt das Verhalten einer "Schicht mit Strahl" vor mit den oben angegebenen Nachteilen. Jenseits eines Werts von etwa 0,60 ist die Wirkung des Hindernisses zu gering zur Bildung eines Wirbels, wobei man wieder auf die bisherigen Probleme der Fluidisierung von großen Teilchen stößt.
Überdies haben die Beobachtungen ebenfalls gezeigt, daß die Wirbelbewegung sich nicht aufbauen konnte, wenn die Schüttgutmenge in den Zellen zu groß war. In der Praxis ist es daher zweckmäßig, die Schütthöhe (gedacht in der Zelle im Ruhezustand) auf die Höhe H c des Hindernisses zu beschränken zur Erzielung eines guten Ergebnisses.
Überdies wird gemäß dem Verfahren nach der Erfindung der Neigungwinkel α des Hindernisses auf einen Wert eingestellt, der größer als der Schüttwinkel der Teilchen ist. Diese Anordnung beseitigt jegliche Gefahr der Anhäufung von Teilchen am Ort des Hindernisses.
Die in Fig. 2 gezeigte Säule besteht aus mehreren übereinander angeordneten Elementarzellen (Elementar-Abteilen) 5 a, 5 b, 5 c. Jede Zelle weist ein einziges Hindernis 6 a, 6 b, 6 c usw. auf, das an einer Seite der Achse der Zelle asymmetrisch angeordnet ist und sich bis zu deren Seitenwand erstreckt. Die Säule kann zylindrisch sein, wobei in diesem Fall das Hindernis durch einen zylindrischen Keil oder auch in Form eines Parallelflachs gebildet wird. In diesem Fall besteht das Hindernis aus einem geraden Prisma, das sich von einem Ende zum anderen des Hindernisses erstreckt. Die Hindernisse der verschiedenen Zellen sind so gegeneinander versetzt angeordnet, daß die Wirbelbewegungen der Teilchen in zwei aneinanderstoßenden Zellen sich im entgegengesetzten Sinn aufbauen. Beim gezeigten Beispiel versperren die Hindernisse den halben Querschnitt der Säule und ihre Oberseiten sind gegenüber der Waagerechten unter 45° geneigt.
An der Basis der Säule bildet ein Gitter 7 einen Fluidverteiler und verhindert den Durchtritt von festen Produktteilchen in einen Kanal 8, durch den ein Fluid, z. B. Luft, mit einem Durchsatz ankommt, daß die Geschwindigkeit des Fluids in Höhe des Strömungsquerschnitts jeder Zelle die Größenordnung von 2 V mf trägt. Um ohne unmittelbare pneumatische Transportverwirkung und ohne "Kolbenwirkung" den Teilchen eine Verteilung in den Zellen zu ermöglichen, liegt die Höhe t jeder Zelle von ihrem Einlaßquerschnitt bis zum Querschnitt der darüberliegenden Säule etwa zwischen der Höhe H c ihres Hindernisses und einem begrenzten Wert in der Größenordnung von 2D (wobei D die kleinste Abmessung der Säule in einer waagerechten Schnittebene ist: Durchmesser oder Breite). Ein Wert V t in der Größenordnung von 1,2 bis 1,5 D ergibt hervorragende Ergebnisse. Die Abmessung D wird größer als das Zehnfache der mittleren Körnung der zu behandelnden Teilchen vorgesehen.
Die oben beschriebene Säule mit übereinanderliegenden Stockwerken kann jedesmal dann vorteilhaft angewendet werden, wenn eine maximale Verminderung der Fluidmenge gewünscht wird, die zum In-Suspension- und In-Zirkulation- Versetzen des Schüttguts oder jedesmal erforderlich ist, wenn man sucht, Vorteil aus dem Fluiddurchsatz zu ziehen (maximale Absenkung der Temperatur des Fluids bei Wärmetauschvorgängen, bei unter Druck erfolgendem Abziehen eines Bestandteils bei Trennvorgängen usw.). Diese Anordnung ist auf der Ebene der Energiekosten optimal.
Diese Säule kann zum kontinuierlichen Arbeiten gebracht werden und kann ebensogut bei einer Bewegung von Fluid und Feststoffteilchen im Gegenstrom wie auch bei einer Bewegung im Gleichstrom Anwendung finden.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anlage, bei der die Bewegung im Gleichstrom erfolgt. Die Speisung der Zellen erfolgt durch kontinuierliches Einspritzen des zerkleinerten Produkts in die untere Zelle 5 a oberhalb ihres Hindernisses 6 a und nach und nach durch Transport von einer Zelle zur darüberliegenden Zelle.
Somit nimmt das Produkt in der Zelle des Unterteils eine Wirbelbewegung an und es bildet sich ein statistischer Verlauf der Teilchen zu den oberen Zellen hin.
Das Produkt kann nach der Behandlung in der oberen Zelle kontinuierlich abgezogen werden.
Beim Beispiel von Fig. 3 erfolgt die Speisung ausgehend von einem Fülltrichter 9 mit einem Dosierventil 10, wobei das Abziehen durch Überfließen am Kopf der oberen Zelle in eine Leitung 11 erfolgt. Das Fluid wird durch ein Überdruckgebläse mit geeignetem Durchsatz gefördert. Dieser Durchsatz wird durch eine Messung des Druckabfalls in einer Venturidüse 13 gemessen. Für den Fall eines Wärmeaustauschs zwischen dem Fluid und den Teilchen sind Thermometer 14 und 15 beim Eintritt und Austritt des Fluids angeordnet zur Erfassung der ausgetauschten Wärmemenge. Die Leistung kann durch eine Einstellung des Fluiddurchsatzes auf die oben angegebenen Werte und durch Einstellung des Durchsatzes an zerkleinertem und eingespritzem Produkt optimiert werden.
Experimentelle Untersuchungen ermöglichen die Feststellung, daß die Verweilzeit des Produkts in der Säule um so besser gesteuert wird, je größer die Anzahl der Stockwerke ist. Die Streuung der Verweilzeit der Teilchen um einen mittleren Wert ist um so geringer, je größer die Anzahl der Stockwerke ist. Dieser mittlere Wert ist etwa gleich dem Verhältnis des Gesamtvolumens der Schicht zum volumetrischen Speisungsdurchsatz an festem Produkt.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Anlage, bei der die Bewegung der Teilchen im Gegenstrom gegenüber dem Fluid erfolgt. Die Speisung der Zellen mit zerkleinertem Produkt erfolgt durch kontinuierliches Einspritzen des Produkts in die obere Zelle an der Stelle deren Hindernisses (Fülltrichter 16) und nach und nach durch Schwerkraft von einer Zelle zur darunterliegenden Zelle.
In gewissen Trennanwendungen von zerkleinerten Produkten (die weiter oben erwähnt wurden) kann am Kopf der Säule ein Zyklon 18 vorgesehen werden zur Zurückgewinnung der Teilchen geringerer Dichte.
Überdies zeigen die Fig. 5 und 6 beispielsweise zwei Varianten von Gehäusen mit nebeneinander angeordneten Zellen 19 a, 19 b, 19 c usw. 20 a, 20 b, 20 c usw. Diese Zellen werden mit Fluid im Nebenstrom über einen Verteiler 21 oder 22 durch ihren etwas auf der selben Höhe gelegenen Einlaßquerschnitt gespeist.
Bei der in Fig. 5 schematisch dargestellten Variante bestehen die Hindernisse 23 der Zellen aus einem geraden Prisma, das sich über die ganze Länge der großen Abmessung des Gehäuses erstreckt.
Bei der in Fig. 6 schematisch dargestellten Variante bestehen die Hindernisse 24 aus mehreren geraden Prismen, die in den verschiedenen Zellen parallel zueinander angeordnet sind. In einer weiteren Variante können die Hindernisse wahlweise Rücken an Rücken angeordnet sein. Überdies können die verschiedenen Anordnungen auf einem Stockwerk kombiniert werden zur Erzielung eines Gehäuses, das sich waagerecht in zwei zueinander senkrechten Richtungen erstreckt.
Bei jeder der beiden schematisch dargestellten Anordnungen wurden die Wirbelbewegungen der Teilchen bei den entsprechenden Figuren durch einen Pfeil symbolisch dargestellt. Um den Teilchen eine Verteilung in den Zellen durch Überlaufen von einer Zelle zur anderen zu ermöglichen, haben die Trennwände, etwa 25 oder 26, eine Höhe H p , die zwischen der Höhe H c der Hindernisse und einem begrenzten Wert in der Größenordnung von 2D liegt( wobei D die kleinste Abmessung der Zelle in einer waagerechten Schnittebene ist).
Die oben beschriebenen Gehäuse, insbesondere das in Fig. 6 schematisch dargestellte Gehäuse, können dazu gebracht werden, kontinuierlich zu arbeiten, wobei die Bewegung der Teilchen von den an einer Seite gelegenen Zellen zu den an der gegenüberliegenden Seite gelegenen Zellen erfolgt.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Anlage, bei der die Bewegung von links nach rechts erfolgt. Die Speisung der Zellen mit zerkleinertem Produkt erfolgt durch kontinuierliches Einspritzen des Produkts in wenigstens eine Zelle an einer Seite des Gehäuses und nach und nach durch Überlaufen über Trennwände der Zellen. Das zerkleinerte Produkt wird kontinuierlich in wenigstens einer Zelle abgezogen, die an der der Speisezelle gegenüberliegenden Seite gelegen ist. die Speisung und das Abziehen können durch Elemente der oben beschriebenen Bauart erfolgen.
Die Speisung mit Fluid erfolgt durch Verteiler 22′, die in Höhe der Einlaßquerschnitte der Zellen gelegen sind und sich zur Einführung eines Druckverlusts eignen, der weit über einem Schwellwert liegt, der dem Teilchengewicht je Querschnittseinheit einer gefüllten Zelle entspricht. Auf diese Weise wird zu Beginn des Vorgangs die Entwicklung von bevorzugten Fluiddurchtritten in den noch nicht gefüllten Zellen vermindert. Überdies garantiert ein solcher Verteiler eine bessere Betriebsstabilität der Gesamtheit von Zellen im Verlauf des Verfahrens.
Überdies zeigt Fig. 8 schematisch ein Gehäuse mit mehreren der bereits beschriebenen ähnlichen Zirkulationszellen, die in einer räumlichen Anordnung gleichzeitig übereinander- und nebeneinanderliegen.
Im folgenden sind beispielsweise mehrere Anwendungen angegeben. Die zerkleinerten Produkte sind in allen Fällen Produkte, die nur in Form von großen Teilchen mit einer Körnung von wenigstens 1 mm vorliegen.
Beispiel 1
Das Verfahren kann zur Herstellung eines gleichmäßigen Gemischs wenigstens zweier von Natur aus unterschiedlicher Produkte durchgeführt werden.
Der Fluiddurchsatz wird dann in der Weise auf einen Wert eingestellt, daß seine Geschwindigkeit V im Querschnitt S der Zellen kleiner als die Geschwindigkeit des pneumatischen Transports aller Produkte bleibt. Auf diese Weise wird ein vollständiges Gemisch von Teilen der verschiedenen Produkte erhalten, selbst wenn diese physikalisch unterschiedliche Eigenschaften (Durchmesser, Form usw.) haben.
Beispiel 2
Das Verfahren kann ebenfalls mit zwei Produkten unterschiedlicher Dichte mit dem Ziel ihrer Trennung durchgeführt werden.
Der Fluiddurchsatz wird dann in der Weise auf einen Wert eingestellt, daß seine Geschwindigkeit V im Querschnitt S der Zellen größer als die Geschwindigkeit des pneumatischen Transports eines Produkts und kleiner als die Mitnahmegeschwindigkeit des anderen Produkts ist. Das erste Produkt wird vom Fluid allmählich mitgenommen, während das andere Produkt in den Zellen in Wirbelbewegung bleibt.
Beispiel 3
Das Verfahren wird ebenfalls zur Erzeugung eines Zerreibens eines Produkts in zerkleinertem Zustand durchgeführt.
Gemäß einer ersten Art der Durchführung sind die Wände der Zellen mit einem abschleifenden Belag ausgekleidet, der das Zerreiben der Teilchen durch aufeinanderfolgende Stöße an diesen Wänden erzeugt.
Gemäß einer weiteren Durchführungsart ist dem zu behandelnden Produkt ein abschleifendes Produkt im zerkleinerten Zustand beigemengt im Hinblick auf die Erzeugung des Zerreibens durch Stöße der Teilchen untereinander.
Beispiel 4
Das Verfahren kann ebenfalls durchgeführt werden zur Ausführung einer Wärmebehandlung eines Produkts im zerkleinerten Zustand, wobei das Fluid zur Durchführung dieser Behandlung auf eine geeignete Temperatur gebracht wird.
Im Bereich der Lebensmittelindustrie kann diese Wärmebehandlung ein Tiefkühlen, Kochen, Backen, Sterilisieren, Grillen usw. sein.
Im folgenden werden die Betriebsmerkmale einer Steueranlage für den Fall des Kochens von kleinen Erbsen gegeben. Das Fluid besteht aus einem Gasgemisch aus Luft und Dampf, das zur Erzielung einer Temperatur in der Größenordnung von 85°C dosiert wird. Die behandelten kleinen Erbsen haben eine Körnung von 6 bis 10 mm.
Die Betriebsmerkmale sind für eine Säule mit einer einzigen Zelle von 10 cm Durchmesser und 25 cm Höhe die folgenden:
Behandlungsleistung:6 kg/h Dampfverbrauch:1 kg/h Förderdruck des Luftkompressors:0,5 bar.
Die spezifischen Vorteile des Verfahrens sind die folgenden: Gleichmäßigkeit der Behandlung von Körnern unabhängig von der Körnung im oben angegebenen Bereich, gute Betriebsleistung verglichen mit bisherigen Verfahren aufgrund des hervorragenden Wärmeübergangs zwischen dem Fluid und den Körnern, kontinuierliche Betriebsmöglichkeit, jegliche Änderung der Struktur der Körner, Möglichkeit der Absenkung der Betriebstemperatur gegenüber der Temperatur der bisherigen Verfahren, Herabsetzung der Menge an flüssigen Abgängen.
Beispiel 5
Das Verfahren kann ebenfalls durchgeführt werden zur Ausführung von gleichzeitigen Material- und Wärmeübergangsvorgängen. Das Trocknen von festen oder sogar flüssigen Produkten ist dabei ein typisches Beispiel. An Reisproben durchgeführte Trocknungsversuche haben gezeigt, daß außer der Herabsetzung der Betriebstemperatur und der Behandlungszeit gegenüber bisherigen Techniken dieses Verfahren die Bildung von Zusammenballungen aufgrund von Verklebungen der Körner untereinander vermeidet.
Es kann ebenfalls das Trocknen von flüssigen oder halbflüssigen (Milch, Schmutz usw.) Produkten in Betracht gezogen, die unmittelbar in die Mitte einer aus reaktionsträgen Teilchengebildeten Schicht eingespritzt werden.

Claims (23)

1. Verfahren zum In-Berührung-Bringen verschiedener Phasen, wobei mindestens eine Phase in Form von Schüttgut vorliegt, bei dem
  • - das Schüttgut wenigstens einem an seiner oberen und unteren Seite offenen Elementar-Abteil zugeführt und mit einem Fluid verwirbelt wird,
  • - das Fluid über einen durch ein oder mehrere Strömungshindernisse verringerten Einlaßquerschnitt an der unteren Seite des Elementar-Abteils eingeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Schüttgut eine Körnung von mindestens 1 mm hat und
  • - in dem Fluid suspendiert wird, indem
  • - die Fluidströmungsgeschwindigkeit so gewählt wird, daß sie auf der Höhe der oberen offenen Seite eines jeden Elementar-Abteils größer oder gleich der für das Schüttgut charakteristischen Fluidisierungsgeschwindigkeit V mf und kleiner als die Geschwindigkeit V t des pneumatischen Transports des Schüttguts durch das Fluid ist,
  • - der Neigungswinkel α der Strömungshindernisse größer oder gleich dem Schüttwinkel ist,
  • - die Einlaßquerschnittsfläche s an der unteren Seite des Elementar-Abteils gegenüber der Querschnittsfläche der Öffnung S in dessen oberer Seite auf 12 bis 60% verringert ist und
  • - das Schüttgut in einer Menge in das Elementar-Abteil eingefüllt wird, daß die Höhe h des Schüttguts im Ruhezustand höchstens gleich der Höhe H c des bzw. der Strömungshindernisse ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddurchsatz in jedem Abteil in der Weise eingestellt wird, daß die Geschwindigkeit V des Fluids in Höhe des Querschnitts S zwischen 1,5 V mf und 2,5 V mf liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 unter Verwendung einer Säule mit mehreren übereinander angeordneten Abteilen mit jeweils asymmetrisch bezüglich der Abteilachse angeordneten Hindernissen, wobei die Hindernisse in einer gegeneinander versetzten Folge angeordnet sind, in der das Schüttgut dazu gebracht wird, sich in Gleichstrom mit dem Fluid in der Säule zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Abteile mit Schüttgut durch kontinuierliches Einspritzen des Schüttguts in das untere Abteil unterhalb des Hindernisses dieses Abteils und nach und nach durch Transport von einem Abteil zum darüberliegenden Abteil erfolgt, wobei das Schüttgut in dem obersten Abteil kontinuierlich abgezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch Verwendung eines sich waagerecht erstreckenden Gehäuses mit mehreren gleichartigen Abteilen, die aneinandergrenzend angeordnet sind und parallel mit Fluid durch ihren etwa in derselben Höhe gelegenen Einlaßquerschnitt gespeist werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verwendung eines Gehäuses, in dem die Abteile durch Wände mit einer Höhe H p getrennt sind, die zwischen der Höhe H c der Hindernisse und einem begrenzten Wert in der Größenordnung von 2D liegt, wobei D die kleinste Abmessung eines Abteils in einer waagerechten Schnittebene ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Schüttgut dazu gebracht wird, sich im Gehäuse von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Abteile mit Schüttgut durch kontinuierliches Zuführen des Schüttguts in ein auf einer Seite des Gehäuses gelegenes Abteil und nach und nach durch Überlaufen über die Trennwände der folgenden Abteile erfolgt, wobei das Schüttgut kontinuierlich in dem Abteil abgezogen wird, das an der dem Speise-Abteil gegenüberliegenden Seite gelegen ist, und wobei die Speisung mit Fluid durch Verteiler erfolgt, die in Höhe der Einlaßquerschnitte der Abteile gelegen sind und sich zur Einstellung eines Druckabfalls eignen, der größer als ein Schwellenwert ist, der dem Teilchengewicht je Flächeneinheit eines gefüllten Abteils entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung eines Gehäuses mit mehreren gleichartigen Abteilen, die gleichzeitig gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 übereinander angeordnet und gemäß dem Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 nebeneinander angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines gleichmäßigen Gemisches wenigstens zweier unterschiedlicher Schüttgüter, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddurchsatz auf einen Wert in der Weise eingestellt wird, daß seine Geschwindigkeit V im Querschnitt S der Abteile kleiner als die Geschwindigkeit des pneumatischen Transports der Teilchen aller Schüttgüter bleibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 7 zur Trennung von zwei Schüttgütern unterschiedlicher Materialdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidgeschwindigkeit V im Querschnitt S der Abteile größer als die Geschwindigkeit des pneumatischen Transports eines Schüttguts und kleiner als die Transportgeschwindigkeit des anderen Schüttguts ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut zerkleinert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schüttgut ein abschleifendes Produkt im zerkleinerten Zustand beigemischt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ausführung einer Wärmebehandlung eines Schüttguts, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fluid und Schüttgut ein Wärmeübergang herbeigeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein Stoffübergang zwischen einem Schüttgut und dem Fluid herbeigeführt wird, insbesondere zur Trocknung des Schüttguts.
14. Vorrichtung zum In-Berührung-Bringen verschiedener Phasen, wobei mindestens eine Phase in Form von Schüttgut vorliegt, mit
  • - mindestens einem an seiner oberen und unteren Seite offenen Elementar-Abteil,
  • - einer Schüttgutzuführung,
  • - einer Fluidzuführung von unten in das Elementarabteil und
  • - einem oder mehreren, den Einlaßquerschnitt verringernden Hindernissen an der Basis eines jeden Elementarabteils, die gegenüber der Basis um einen Neigungswinkel α geneigt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - an der Basis ein vom Fluid durchströmbarer Boden vorgesehen ist,
  • - der Neigungswinkel α größer oder gleich dem Schüttwinkel ist, und
  • - die Querschnittsfläche s der Einlaßöffnung an der unteren Seite des Elementarabteils gegenüber der Querschnittsfläche S der oberen Öffnung auf 12 bis 60% verringert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile Abmessungen in den drei Achsen aufweisen, die jeweils wenigtens gleich dem Zehnfachen der mittleren Körnung des Schüttguts sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 zum In-Suspension- und-natürliche-Zirkulation-Versetzen eines Schüttguts, dessen Schüttwinkel kleiner als 45° ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des freien Einlaßquerschnitts zum Querschnitt des Abteils auf einen Wert von etwa 1/2 eingestellt wird, wobei der Neigungswinkel a jedes Hindernisses in der Größenordnung von 45° liegt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abteilen jeweils ein einziges Hindernis vorgesehen ist, das an einer Seite der Achse des Abteils angeordnet ist und sich bis zur Wand des Abteils erstreckt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamthöhe H t der Abteile etwa zwischen der Höhe H c ihres Hindernisses und einem begrenzten Wert in der Größenordnung von 2D liegt, wobei D die kleinste Abmessung des Abteils in einer waagerechten Schnittebene ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Abteile mit einem abschleifenden Überzug verkleidet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile nebeneinander, aneinander angrenzend in einem Gehäuse angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile aneinander angrenzend nebeneinander und übereinander angeordnet sind.
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