DE2758327A1 - Luftverteiler - Google Patents

Description

DR. GERHARD SCHUPFNFR IM HA-JSE DEUTSCHE TEXACO AQ Jb^reeering 4O 2OOO Hamburg ΘΟ Telefon (O4O) 63 TS 27 FernschreiOer O2 170O3

Hamburg, den 20. 12. 1977 Fl

T 77 052 DT (D § 74,459)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 (V.St.A.)

LUFTVERTEILER

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Die Erfindung betrifft einen Luftverteiler zum Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases wie z.B. Luft in erschöpften Katalysator im Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren, mit maximalem Soll-Druckdifferential und unterhalb einer zur Betätigung des Katalysators führenden Geschwindigkeit.

In der U.S. PS 3 433 733 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum katalytischen Fließbett-Cracken eines Kohlenwasserstoff-Beschickungsstroms zur Gewinnung gewünschter Reaktionsprodukte beschrieben. Das Verfahren besteht ganz allgemein darin, daß der Beschickungsstrom mit heißem Katalysator in einem Steigrohrreaktor vermischt und dann das Gemisch in eine sich verjüngende Reaktor- und Trennkammer eingeleitet wird. Der Katalysator wird aus der Reaktor- und Trennkammer im erschöpften Zustand abgeführt und in einen Regenerator eingeleitet, in welchem die als "Koks" bezeichnete kohlenstoffhaltige Ablagerung auf dem Katalysator vermittels Luft abgebrannt wird. Der regenerierte Katalysator läßt sich dann wieder für das Verfahren verwenden.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der genannten U.S. PS ist ein Luftverteiler im Unterteil des Regenerators angeordnet und dient dazu, Luft verteilt in einen Bereich erschöpften Katalysators im Regenerator einzuleiten. Der Wirkungsgrad des Regenerationsverfahrens ist abhängig von einer gleichförmigen Verteilung der Luft innerhalb der Masse an erschöpftem Katalysator. Dabei hat es sich gezeigt, daß wünschenswert ist, die Luft vom Luftverteiler nach außen unter einem bestimmten Druckdifferential zwischen den im Luftverteiler und im Regenerator herrschenden Luftdrücken abzugeben, damit die Luft in Blasenform austritt und sich in dieser Form gleichmäßig innerhalb der ganzen Masse an Katalysator verteilt. Außerdem wurde gefunden, daß die Ge-

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schwindigkeit der aus dem Luftverteiler austretenden Luft bei den gewünschten Druckdifferentialen so hoch sein kann, daß sie einen Verschleiß oder Abtrag des Katalysators hervorruft. Zur Vermeidung derartiger Verschleißerscheinungen war daher erforderlich, die Luft unter Drücken zuzuführen, die unter den höheren DruckdiffeLentialen liegen, mit denen die wirksamste Luftverteilung in der Masse an erschöpftem Katalysator erhalten wird.

Weiterhin ist in der U.S. Patentschrift 3 912 460 ein System zur gleichmäßigen Verteilung von Luft in der Masse an erschöpftem Katalysator im Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren beschrieben. Dabei befindet sich ein waagerechter Verteilerring im Regenerator innerhalb des erschöpften Katalysators. Der Verteilerring besteht aus zwei sich verjüngenden, halbkreisförmigen Rohren, die an ihren schmäleren Enden miteinander verbunden sind. Eine T-Rohr-Verbindung verbindet die beiden weiteren Enden der sich verjüngenden halbzylindrischen Rohre mit einer Druckluftquelle. Die Luft wird durch Durchbrechungen in den halbkreisförmigen Rohren hindurch nach außen in die Masse an erschöpftem Katalysator im Regenerator abgegeben.

Andere, in diesem Zusammenhang interessierende Patente umfassen das U.S. Patent 3 867 103, in welchem die Verwendung von Venturidüsen zum Vermischen eines Kohlenwasserstoffs mit Säure zur Ausbildung einer Emulsion in einer katalytischen Umwandlungsvorrichtung beschrieben ist. Die U.S. PS 3 848 811 offenbart eine in bestimmter Weise ausgebildete Düse, durch welche eine Flüssigkeit wie z.B. öl in ein Fließbett aus teilchenförmigen! Material wie z.B. einen Katalysator in einem Fließbett-Crackverfahren abgegeben wird. In der U.S. PS 3 632 304 ist schließlich eine Heizdüse beschrieben, durch welche Verbrennungsgas in einen Reaktor

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eingeleitet wird, um einen zur Aufbereitung von Katalysator dienenden Verbrennungsgasstrom auszubilden. Keine der in den vorgenannten Patentschriften dargestellten Vorrichtungen ist jedoch geeignet als Luftverteiler für den beschriebenen Zweck, welcher das Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases wie z.B. Luft mit einem Maximal-Soll-Druckdifferential und unterhalb einer zur Beschädigung des Katalysators führenden Geschwindigkeit gestattet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Luftverteiler der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein äußerst gleichmäßiges Einleiten des sauerstoffhaltigen Gases unter Gaseintrittsgeschwindigkeiten gestattet, bei denen Beschädigungen des Katalysators ausgeschlossen sind.

Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Luftverteiler ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine in den Regenerator einsetzbare, einen hohlen Sammelrohrring mit einer Vielzahl von Durchbrechungen tragende Sammelrohrhalterung, eine die Sammelrohrhalterung mit einem Gebläse verbindende Luftspeiseleitung, durch welche dem hohlen Sammelrohrring Luft unter einem Druck zuführbar ist, der ein maximal wirksames Druckdifferential zwischen dem Sammelrohrring und dem Regenerator hervorruft, eine Vielzahl vermittels Halterungen an den Durchbrechungen des Sammelrohrrings gehaltener Düsen mit einer einen Düseneinlaß, durch welchen hindurch Luft aus dem Sammelrohrring zuführbar ist, und einen Düsenauslaß, durch welchen hindurch Luft nach außen in die Masse an erschöpftem Katalysator abgebbar ist, aufweisenden, sich von dem Düseneinlaß zu dem Düsenauslaß erweiternden Durchbohrung, deren öffnungswinkel so bemessen ist, daß die Geschwindigkeit der Luft vom Düseneinlaß zum Düsenauslaß auf einen Beschädigungen des Katalysators im wesentlichen ausschließenden Wert abnimmt.

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Infolge der Vielzahl der am Sammelrohrring angeordneten Düsen kann Luft unter einem auf optimale Luftverteilung abgestellten Druckdifferential zwischen Sammelrohrring und Regenerator eingeführt werden, wobei gleichzeitig die Austrittsgeschwindigkeit der Luft an den Düsen in der Weise eingestellt ist, daß am Katalysator ein minimaler Verschleiß aufgrund des Luftzutritts auftritt.

Die Düsen mit den sich vom Einlaß zum Auslaß hin erweiternden Durchbohrungen dienen dabei zur Verringerung der Luftgeschwindigkeit zwischen Einlaß und Auslaß.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Luftverteiler ist im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestellter

Aufriß durch den Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren mit dem darin angeordneten erfindungsgemäßen Luftverteiler,

Fig. 2 ein Querschnitt durch den die Luftverteilerdüsen tragenden Sammelrohrring entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig.2, zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten der Düsen des Luftverteilers.

In der Zeichnung ist mit dem Buchstaben R ganz allgemein ein für katalytische Fließbett-Crackverfahren geeigneter Regenerator dargestellt, der beispielsweise dem der U.S. PS 3 433 733 entsprechen kann. Der Regenerator R ist mit dem neuen, erfindungsgemäß verbesserten und allgemein mit A bezeichneten Luftverteiler versehen, welcher im unteren Teil

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des Regenerators R angeordnet ist. Bei einem katalytischen Fließbett-Crackverfahren wie z.B. dein in der U.S. PS 3 433 733 beschriebenen wird der von einem Reaktor kommende, erschöpfte Katalysator in den unteren Teil 10 des Regenerators R von Fig. 1 eingeleitet. Der erschöpfte Katalysator liegt dabei in teilchenförmiger Form vor, wobei seine Teilchen ausreichend klein sind, so daß der Katalysator in Luft fließfähig gemacht werden kann. Der Luftverteiler A liefert den zur Verbrennung des auf dem erschöpften Katalysator angesammelten Koks benötigten Sauerstoff, wenn der Katalysator durch Abbrennen des Koks aufgefrischt werden soll. Der aufgefrischte Katalysator läßt sich dann erneut im katalytischen Fließbett-Crackverfahren einsetzen. Der erschöpfte Katalysator bildet ein Bett oder eine Masse 11 an Katalysator im unteren Teil 10 des Regenerators R. Dabei dient der Luftverteiler A dazu, Luft in Blasenform gleichförmig verteilt durch die Masse 11 an erschöpftem Katalysator abzugeben, damit der den erschöpften Katalysator bedeckende Koks zusammen mit der Luft verbrannt und vom Katalysator abgebrannt werden kann.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Luftverteiler A ein Gebläse 12, welches über eine Luftspeiseleitung 15 unter Druck stehende Luft zu dem Regeneratoreinlaß 14 zuführt. Ober dem Regeneratoreinlaß 14 ist ein mittiges Gehäuse 16 innerhalb des Regenerators R angeordnet.

Das Gehäuse 16 besteht aus einem ersten und einem zweiten Gehäuseabschnitt 16a bzw. 16b. Der Gehäuseabschnitt 16a ist von hohler, zylindrischer Formgebung und mit dem Regeneratoreinlaß 14 beispielsweise durch Schweißung verbunden. Er weist einen kuppeiförmigen Oberteil 17 mit einer Durchbrechung 17a auf.

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Der zweite Gehäuseabschnitt 16b ist über die Durchbrechung 17a des ersten Gehäuseabschnitts 16a aufgesetzt und beispielsweise mit diesem verschweißt, ebenfalls hohl, von allgemein zylindrischer Formgebung und an seinem oberen Ende geschlossen.

Die hohlen Gehäuseabschnitte 16a und 16b bilden zusammen eine Sammelkammer 18, der über die Luftspeiseleitung 15 Luft zugeführt wird. Im ersten Gehäuseabschnitt 16a befindet sich um den Umfang herum in praktisch waagerechter Ausrichtung eine Reihe von Durchbrechungen 19. In jede Durchbrechung 19 ist eine Düse N entsprechend der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform eingesetzt. Der zweite Gehäuseabschnitt 16b weist ebenfalls eine Reihe in gegenseitigen Umfangsabständen angeordneter Durchbrechungen 20 auf, in die gleichfalls erfindungsgemäß ausgebildete Düsen N eingesetzt sind. An drei Durchbrechungen 24 des ersten Gehäuseabschnitts 16a sind drei radiale Tragarme 21, 22 und 23 angeschweißt. Jeder radiale Tragarm 21 - 23 besteht aus einem Hohlrohr von angenähert L-förmiger Formgebung entsprechend der Darstellung von Fig. 1.

Die drei radialen Tragrme 21 - 23 bilden zusammen mit erstem und zweitem Gehäuseabschnitt 16a bzw. 16b eine Sammelrohrhalterung zur Aufnahme eines hohlen Sammelrohrrings 25. Der Sammelrohrring 2 5 weist drei Ausnehmungen 26 auf, die zu den radialen Tragarmen 21-23 ausgerichtet sind, und mit denen der Sammelrohrring 2 5 durch Schweißung oder auf andere Weise verbunden ist. Außerdem umfaßt der Sammelrohrring 25 zwei Düsenreihen 30 und 31 von Düsen N, die in zwei Reihen entsprechender Durchbrechungen 30a, 31a im Sammelrohrring 25 angeordnet sind. Außerdem sind mehrere Drändüsen D von gleicher Ausbildung wie die hier beschriebenen Düsen N in

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weitere Durchbrechungen am Boden des Sammelrohrrings 25 in gegenseitigen Umfangsabständen eingesetzt. Es sind wesentlich weniger Drändüsen D als Düsen N in den beiden Düsenreihen 30 und 31 des Sammelrohrrings 25 vorgesehen.

Eine möglichst wirkungsvolle Verteilung der vom Luftverteiler A abgegebenen Luft in die Masse 11 an erschöpftem Katalysator im Regenerator R ist kritisch zur Erzielung einer wirkungsvollen Auffrischung des Katalysators. Die Düsen N bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führen der Masse 11 an erschöpftem Katalysator im Regenerator R Luft unter einer Geschwindigkeit zu, für welche eine maximale Dispersion der Luft innerhalb der Masse 11 an Katalysator erzielt wird.

Es wurde gefunden, daß ein ausreichend hohes Druckdifferential zwischen dem Luftdruck innerhalb des Sammelrohrrings 25 und dem Luftdruck der aus den Düsen N austretenden Luft (welcher dem Luftdruck innerhalb der Masse 11 an erschöpftem Katalysator entspricht) wünschenswert ist, um die Luft gleichförmig zu dispergieren und einen Berührungsbereich großer Oberfläche mit den erschöpften Katalysatorteilchen zu erhalten. Es wurde jedoch gefunden, daß die Geschwindigkeit der aus einem Sammelrohrring bei bekannten Vorrichtungen wie z.B. der nach der U.S. PS 3 912 460 bei diesen ausreichend hohen Druckdifferentialwerten austretende Luft eine so hohe Geschwindigkeit aufweist, daß sie einen Abtrag des Katalysators zur Folge haben kann. Die Düsen N des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Luftverteilers sind daher in der Weise ausgelegt, daß die der Masse 11 an erschöpftem Katalysator zugeführte Luft mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die unterhalb des Werts liegt, bei dem Verschleiß am Katalysator auftreten kann.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, besteht jede Düse aus einem kegelstumpfförmigen, zylindrischen Düsenkörper 40

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mit einer mittigen Durchbohrung 41. Die Durchbohrung 41 in jeder Düse N erweitert sich vom Düseneinlaß 42 zum Düsenauslaß 43 hin. Jede Düse N ist massiv in einem einzigen Stück aus Stellitguß oder einem anderen, entsprechenden Werkstoff hergestellt.

Vermittels allgemein mit dem Bezugszeichen 44 bezeichneter Halterungen ist jede Düse D in einer entsprechenden Durchbrechung wie z.B. 32a im Sammelrohrring 25 gehalten. Die Halterung 44 umfaßt einen Haltering 46. Wenn die Düse aus Stellitguß hergestellt ist, kann der kegelstumpfförmige Düsenkörper 40 gegossen sein. Stellitguß eignet sich jedoch nicht zur unmittelbaren Befestigung des Düsenkörpers an dem Sammelrohrring 25 durch Verschweißung. Um in diesem Falle den kegelstumpf förmigen Düsenkörper 40 mit dem Sammelrohrring 25 durch Schweißen verbinden zu können, wird während des Gießvorgangs der Haltering 46 in den kegelstumpfförmigen Düsenkörper 40 eingearbeitet. Der Haltering 46 läßt sich dann mit dem Sammelrohrring 25 verschweißen. Wenn die Düse aus einem Werkstoff besteht, der sich mit dem Sammelrohrring 25 verschweißen läßt, kann der Haltering als integraler Bestandteil zusammen mit dem kegelstumpfförmigen Düsenkörper ausgebildet sein und ist somit unmittelbar mit dem Sammelrohrring 25 verschweißbar. Der Düseneinlaß 42 bildet einen bündig mit der Innenwand 25a des Sammelrohrrings 25 abschließenden Randflansch 47.

Die Düse N weist am Düseneinlaß 42 einen freien, kreisförmigen Innenquerschnitt A., und am Dücenauslaß 43 einen freien, kreisförmigen Innenquerschnitt A auf. Die Querschnittsfläche A. und somit der Innendurchmesser am Düseneinlaß 42 ist kleiner als die Querschnittsfläche A und somit der Innendurchmesser am Düsenauslaß 43, so daß sich die Durchbohrung 41 nach außen erweitert, d.h. vom Düseneinlaß 42 zum Düsen-

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auslaß divergiert- Der bei 48 angedeutete öffmuagswimkel kamm «tafo*»·» bis zu 15*, und vorzugsweise 7* betragen - Die

1 der Döse M, sowie der öffnungswinkel 48 sind je mach umitersclhiiedl ich.

Der Luftverteiler A fuhrt dent Sanomelrohrring 25 Luft imrterfaalb eines Bruckbereichs zu, der einem ausreichend hohen Druckdifferential zwischen dem Druck innerhalb des Saramelrohrrings 25 (welcher angenähert dem Druck P. *— Düseneimlaß 42 entspricht! und dem Druck in der Hasse 11 (welcher dem Druck P am DäsenauslaS 43 entspricht) für eine äußerst gleichförmige Luftverteilung innerhalb der Hasse 11 an erschöpftem Katalysator entspricht. Bei diesen Druckwerten bewirkt die sich erweiternde Durchbohrung 41 im Düsenkörper 40 eine Verringerung der Eintrittsgeschwindlgkeit V. der Luft auf eine nied-_ rigere Austrittsgeschwindigkeit V , bei welcher praktisch keine Beeinträchtigung des Katalysators auftreten kann. Vermittels der erfindungsgemäe vorgeschlagenen Düsen II führt der Luftverteiler A der Hasse 11 an erschöpftem Katalysator Luft unter maximalen Druckdifferentialwerten zu, so da» eine maximal gleichförmige Dispersion der Luft in der Hasse 11 an erschöpftem Katalysator, jedoch bei einer sicheren, verringerten Geschwindigkeit erzielt wird, die nicht zu einem nennenswerten Abtrag des erschöpften Katalysators führt.

Beispiel

In einer katalytischem FlieBbett-Crackvorrichtnng der in der D.S. PS 3 433 733 beschriebenen Ausführung wies die erfindungsgemäße Düse H eine Länge 1" außerhalb des Si—M limlii ι iimgs 25 von 7,6 cm auf. Die Querschnittsf 1 acht» A. am Düseneinlaß 42 entsprach einem Durchmesser von 3,93 cm, und die Querschnitts— fläche A_e am Düsenauslaß einem Durchmesser von 4,19 cm. Der Luftdruck im *7 ι—μ ΊιυΙιι liiwj 25 betrug 2,81 bar, und der Druck-

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abfall zwischen Sammelrohrring 25 und Bett IT foetxtig Φ,Ι© bis 0,17 bar. Aufgrund der Divergenz der DurcWhabanamcj 41 wurde die Eintrittsgeschwindigkeit V. von 66,75 m/sec auf eine sichere» zulässige Austrittsgescirwindigkeit. ¥ wan 53,34 m/sec verringert.

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Claims (8)

Patentansprüche :

1. Luftverteiler zum Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases wie z.B. Luft in erschöpften Katalysator im Regenerator für ein katalytisches Fließbett-Crackverfahren, ■it naximalea Soll-Druckdifferential und unterhalb einer zur Beschädigung des Katalysators führenden Geschwindigkeit, gekennzeichnet durch eine in den Regenerator (R) einsetzbare, einen hohlen Samnelrohrring (25) mit einer Vielzahl von Durchbrechungen (30a, 31a) tragende Sammelrohrhalterung (16a, 21, 22, 23), eine die Sammelrohrhalterung mit einea Gebläse (12) verbindende Luftspeiseleitung, durch welche de« hohlen Sammelrohrring (25) Luft unter eine» Druck zuführbar ist, der ein maximales, wirksames Druckdifferential zwischen dem Sammelrohrring und de» Regenerator hervorruft, eine Vielzahl vermittels Balterungen (44, 46) an den Durchbrechungen des Sammelrohrrings gehaltener Düsen (N, 30, 31) mit einer einen Düseneinlaß (42, durch welchen hindurch Luft aus dem Sammelrohrring zuführbar ist, und einen DüsenauslaB (43), durch welchen hindurch Luft nach außen in die Masse (11) an erschöpftem Katalysator abgebbar ist, aufweisenden, sich von dem Düseneinlaß (42) zu dem Düsenauslaß (43) erweiternden Durchbohrung (41), deren öffnungswinkel (48) so bemessen ist, daß die Geschwindigkeit der Luft vom Düseneinlaß zum Düsenauslaß auf einen Beschädigungen des Katalysators im wesentlichen ausschließenden Wert abnimmt.

2. Luftverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflache der Durchbohrung (41) der Düsen (30, 31) vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) zunimmt.

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3. Luftverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbohrung (41) der Düsen (30, 31) sich vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) unter einem öffnungswinkel (48) von höchstens 15° erweitert.

4. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseneinlaß (42) in Form eines praktisch bündig mit der Innenwand (25a) des hohlen Sammlers (25) abschließenden Randflanschs (47) ausgebildet ist.

5. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) der Durchbohrung (41) der Düse entsprechend bemessen ist, um die Geschwindigkeit der Luft vom Düseneinlaß zum Düsen aus laß auf einen Beschädigungen des Katalysators vermeidenden Wert zu begrenzen .

6. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchbohrung (41) der Düsen (30, 31, N) vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) unter einem öffnungswinkel (48) von angenähert 7° erweitert.

7. Luftverteiler nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohrhalterung aus einem eine über der Luftspeiseleitung (15) angeordnete Sammelkammer (18) bildenden, praktisch allseitig geschlossenen, hohlen, zylindrischen Gehäuse (16) mit von diesem vorstehenden radialen Tragarmen (21, 22, 23) besteht, welche den Sammelrohrring (25) tragen.

8. Luftverteiler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das praktisch allseitig geschlossene Gehäuse (16) eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen um seinen Umfang herum

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verteilt angeordneter Durchbrechungen (19) aufweist und eine Vielzahl vermittels Halterungen (44, 46) an ihren Düseneinlaß (42) in dem Gehäuse (16) befestigter Düsen (N, 30, 31) mit jeweils einer sich vom Düseneinlaß (42) zum Düsenauslaß (43) erweiternden Durchbohrung (41) trägt.

Luftverteiler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das praktisch allseitig geschlossene, hohle, zylindrische Gehäuse (16) aus einem die nach außen vorstehenden und den SammeIrohrring (25) tragenden, radialen Tragarme (21, 22, 23) aufweisenden, ersten, zylindrischen, hohlen Gehäuseteil (16a) und einem auf diesem angeordneten zweiten, zylindrischen, hohlen Gehäuseteil (16b) besteht, und beide Gehäuseteile Durchbrechungen (19 bzw. 20) aufweisen, in welchen vermittels Halterungen (44, 46) jeweils Düsen (N) befestigt sind.

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