DE3107959A1 - Wirbelschichtapparatur - Google Patents

Wirbelschichtapparatur

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B01J8/382Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it with a rotatable device only

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Description

  • TITEL: Wirbelschichtapparatur
  • Beschreibung Wirbelschichtapparatur Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtapparatur mit einem Wirbelschichtbehälter, in dem ein im wesentlichen horizontaler, scheibenförmiger Rotor zwischen einer unter ihm liegenden Windkammer und einer über ihm liegenden Arbeitskammer angeordnet, um eine zumindest annähernd senkrechte Achse drehantreibbar und als Bestandteil eines Ventils ausgebildet ist, das einen die beiden genannten Kammern miteinander verbindenden-Ringspalt rings um den Rotor steuert.
  • Eine solche Wirbelschichtapparatur ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 30 05 770.6-41. Bei dieser älteren Wirbelschichtapparatur ist der Rotor längs seiner Drehachse verstellbar, und an der Wand des Wirbelschichtbehälters ist ein ringförmiger Sitz für den Rotor ausgebildet, an dem dieser in der einen Endstellung seiner axialen Verstellung in der Art eines die Windkammer nach oben abschließenden Ventilkörpers anliegt. Diese Wirbelschichtapparatur hat sich in der Praxis gut bewährt, da bei ihr die Möglichkeit besteht, die oberhalb des Rotors liegende Arbeitskammer bei abgeschaltetem Drehantrieb des Rotors nach unten hin vollständig dicht abzuschließen, sei es zum Füllen der Arbeitskammer, oder für eine kurze Betriebsunterbrechung zum Reinigen von Filtern, oder zum Entleeren der Arbeitskammer nach Vollendung eines Granuliervorganges. Ehe bei erneuter Betriebsaufnahme wieder ein Ringspalt zwischen dem ringförmigen Sitz und dem Rotor geöffnet wird, kann in der Windkammer ein Überdruck hergestellt werden. Somit läßt sich bei der älteren Wirbelschichtapparatur in jedem beliebigen Betriebszustand mit Sicherheit verhindern, daß Granuliermaterial oder fertiges Granulat aus dem Wirbelschichtbehälter in die Windkammer fällt.
  • Mit der Höhenverstellbarkeit des Rotors wird bei der älteren Wirbelschichtapparatur außerdem die schon bei einem aus der DE-AS Gs OS 397 bekannten W7Arbe1schichtapparatur bestehende Möglichkeit geschaffen, die Strömungsverhältnisse im Wirbelschichtbehälter, insbesondere in der Arbeitskammer, unabhängig von der zirkulierenden Luftmenge in einfacher Weise an verschiedenartige Granuliermaterialien und die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Arbeitsbedingungen anzupassen.
  • Schwierigkeiten können sich allerdings daraus ergeben, daß das Granuliergut, das vom Rotor in an sich erwünschter Weise radial nach außen in den Bereich oberhalb des Ringspalts geschleudert wird, allzu heftig gegen die Wand des Wirbelschichtbehälters prallen kann, wenn das aus der Ringkammer durch den Ringspalt in die Arbeitskammer strömende Gas -normalerweise erwärmte trockene Luft - nicht genügend Strömungsenergie hat, um das vom Rotor nach außen geschleuderte Granuliergut oberhalb des Spalts so stark nach oben abzulenken, daß ein Aufprall auf der Wand des Wirbelschichtbehälters nichtjoder nurmehr mit geringer Energie stattfindet.
  • Bei den beschriebenen Wirbelschichtapparaturen ist es deshalb erforderlich, die Drehgeschwindigkeit des Rotors von Fall zu Fall sorgfältig auf die sich aus dem Gasdruck in der Windkammer und der eingestellten Breite des Ringspalts ergebende Strömungsgeschwindigkeit des Gases abzustimmen. Die Optimierung aller Betriebsbedingungen kann deshalb schwierig sein und erfordert jedenfalls einige Erfahrung.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelschichtapparatur der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß das vom Rotor durch dessen Drehung abgeschleuderte Gut unabhängig vom eingestellten Strömungsquerschnitt in schonender Weise nach oben umgelenkt wird.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß rings um den Rotor ein höhenverstellbares ringförmiges Verschlußglied angeordnet ist, das in einer unteren Stellung den Ringspalt freigibt, in einer oberen Stellung dagegen den Ringspalt verschließt und mit seiner Oberseite einen glatten Übergang zwischen der Oberseite des Rotors und einem oberen Wandbereich des Wirbelschichtbehälters bildet.
  • Damit wird erreicht, daß der Rotor eine bestimmte, im Hinblick auf die Querschnittsform des Rotors selbst und des oberen Wandbereichs des Wirbelschichtbehälters für den Materialfluß besonders günstige Höhenstellung stets beibehalten kann, unabhängig von der eingestellten Weite des Ringspalts. Infolgedessen kann die Drehgeschwindigkeit des Rotors entsprechend der Beschaffenheit des zu behandelnden Gutes und der Art des Behandlungsvorgangs nahezu beliebig und weitgehend unabhängig von der Spaltweite variiert werden ohne daß ein übermäßig starker Anprall des Gutes an der Wand des Wirbelschichtbehälters zu befürchten ist Vorallem können hohe Drehgeschwindigkeiten des Rotors auch dann eingestellt werden, wenn der Ringspalt eng eingestellt ist; dadurch ergibt sich die Möglichkeit, in der Arbeitskammer ein Wirbelbett mit verhältnismäßig geringem Gasdurchsatz aufrechtzuerhalten, wodurch Energie gespart werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Oberseite des Rotors im Bereich von dessen äußerem Rand konkav. Zusätzlich oder alternativ kann die Oberseite des Verschlußgliedes und der obere Randbereich des Wirbelschichtbehälters konkav sein, damit das vom Rotor abgeschleuderte Gut möglichst sanft nach oben umgelenkt wird.
  • Aus der DE-PS 21 65 430, besonders Fig.3, ist zwar eine Wirbelschichtapparatur bekannt, bei der in einem Wirbeischichtbehälter ein schüsselförmiger Rotor mit konkavem äußeren Wandbereich angeordnet ist und ein von diesem durch einen Ring spalt getrennter Wandbereich des Wirbelschichtbehälters ebenfalls konkav gestaltet ist, so daß das vom Rotor nach außen geschleuderte Gut sanft über den Ringspalt hinweg und an dem konkaven Wandbereich des Wirbelschichtbehälters entlang nach oben strömen kann.
  • Hier besteht aber nicht die Möglichkeit, die Weite des Ringspalts zu verändern.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbelschichtapparatur weist der Wirbelschichtbehälter unterhalb seines oberen Wandbereichs einen zylindrischen unteren Wandbereich auf, an dem das Verschlußglied axial verschiebbar geführt ist. Das Verschlußglied weist vorzugsweise eine sich nach oben kegelstumpfförmig erweiternde Innenfläche auf, der eine komplemetäre AuBenfläche des Rotors als Ventilsitz zugeordnet ist.
  • Die vielfältigen Variationen der Betriebszustände, die bei der erfindungsgemäßen Wirbelschichtapparatur eingestellt werden können und stets zu im wesentlichen gleich günstigen toroidförmigen Wirbelbewegungen des zu behandelnden Gutes führen, erweitern den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Wirbelschichtapparatur im Vergleich zu bekannten Apparaturen erheblich. So kann die erfindungsgemäße Apparatur einerseits zum Granulieren, andererseits aber auch zum Pelletisieren und/oder zum Umhüllen granulierten Materials verwendet werden. Damit das Material bei seiner im wesentlichen radial nach außen gerichteten Bewegung auf dem Rotor abrollt, kann es zweckmäßig sein, wenn der Rotor an seiner Oberseite ring- oder spiralenförmige Rillen aufweist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig.1 einen senkrechten Axialschnitt durch eine Wirbelschichtapparatur, Fig.2 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig.1 und Fig.3 eine Teildraufsicht in Richtung des Pfeils III.
  • in Fig.2.
  • Zu der dargestellten Apparatur gehört ein Wirbelschichtbehälter 10 mit einer Bodenplatte 12, einem kreiszylindrischen Unterteil 14 von großer Wanddicke und einem ebenfalls kreiszylindrischen Oberteil 16 von geringerer Wanddicke, das oben mit einem Flansch 18 endet. Mit dem Flansch 18 ist ein Filtergehäuse 20 verschraubt, das nur andeutungsweise dargestellt ist.
  • Im oberen Bereich des Unterteils 14 ist durch eine waagerechte Zwischenwand 22 eine Windkammer 24 abgeteilt. Das Oberteil 16 umschließt eine Arbeitskammer 26. Zwischen beiden Kammern 24 und 26 ist ein im wesentlich waagerechter, scheibenförmiger Rotor 28 gleichachsig zum Unterteil 14 und Oberteil 16 des Wirbelschichtbehälters 10 angeordnet.
  • Der Rotor 28 ist am oberen Ende einer senkrechten Welle 30 befestigt, die in einem Lager 32 axial unverschiebbar gelagert ist. Das Lager 32 ist durch einen Armstern 34 starr im Unterteil 14 des Wirbelschichtbehälters 10 abgestützt. Am Armstern 34 ist ein mit der Welle 30 gekuppelter, stufenlos regelbarer Elektromotor 36 angeflanscht.
  • Rings um den Rotor 28 ist an der Innenwand des Wirbelschichtbehälters 10 ein zylindrischer unterer Wandbereich 40 durch Ausdrehen und Schleifen auf ein genaues Maß und mit hoher Oberflächengüte bearbeitet. An diesem zylindrischen Wandbereich 40 ist ein axial verschiebbares ringförmiges Verschlußglied 42, das eine zylindrische Außenfläche 44 aufweist, abdichtend geführt. Das VerschluBglied 42 besteht aus einem Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, der mit dem Werkstoff des Wirbelschichtbehälters 10 und des Rotors 28, im allgemeinen nichtrostender Stahl, einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist und verschleißbeständig ist. Das Verschlußglied 42 hat eine sich nach oben kegelstumpfförmig erweiternde Innenfläche 46, die in der in Fig.1 und 2 mit vollen Linien abgebildeten Stellung des Verschlußgliedes dichtend an einer komplementären Außenfläche 48 des Rotors 28 anliegt.
  • Der Rotor 28 hat in seinem radial äußeren Randbereich eine konkave Oberseite 50, an die sich in der abgebildeten oberen Endstellung des Verschlußgliedes 42 dessen ebenfalls konkave Oberseite 52 stetig, also ohne Stufe oder Knick, anschließt.
  • An die Oberseite 52 des Verschlußgliedes 42 schließt sich, ebenfalls stetig, ein ringförmiger und ebenfalls konkaver oberer Randbereich 54 des Wirbelschichtbehälters 10 an. Dieser obere Randbereich 54 bildet mit dem zylindrischen unteren Randbereich 40 eine ringförmige Kante, die als Trennungslinie zwischen Unterteil 14 und Oberteil 16 des Wirbelschichtbehälters 10 angesehen werden kann, in der abgebildeten oberen Endstellung des Verschlußgliedes 42 aber ebensowenig in Erscheinung tritt wie die ringförmige Kante am radial äußeren Rand der Oberseite 50 des Rotors 28.
  • Zum axialen Verstellen des Verschlußgliedes 42 sind im Unterteil 14 des Wirbelschichtbehälters 10 drei Hebevorrichtungen 56 um je 60° gegeneinander versetzt angeordnet. Die Hebevorrichtungen 56, von denen nur eine in Fig.1 dargestellt ist, sind als hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylindereinheiten ausgebildet, deren Zylinder 58 am Unterteil 14 befestigt ist, und deren Kolbenstange 16 in das Verschlußglied 42 eingeschraubt ist. Das Verschlußgled 42 läßt sich aus seiner mit vollen Linien gezeichneten oberen Endstellung, in der es die Windkammer 24 gegen die Arbeitskammer 26 abdichtet, mittels der Hebevorrichtungen 56 stufenlos zwischen dieser oberen Endstellung und einer in Fig.2 mit strichpunktierten Linien angedeuteten unteren Endstellung hin- und herbewegen und in jeder beliebigen Zwischenstellung festsetzen.
  • Das -Verschlußglied 42 gibt in jeder seiner Stellungen mit Ausnahme seiner oberen Endstellung einen mehr oder weniger breiten Ringspalt 62 frei, der einerseits von der Innenfläche 46 des Verschlußgliedes 42 und andererseits von der Außen fläche 48 des Rotors 28 begrenzt ist. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß der Ringspalt 62 seine größte Breite hat,wenn das Verschlußglied 42 seine untere Endstellung einnimmt.
  • Der Rotor 28 hat im dargestellten Beispiel einen zentralen kegelförmigen Aufsatz 64, und ist in dem von diesem Aufsatz freigelassenen Bereich seiner Oberseite 50 mit einer spiralenförmigen Nut 66 versehen.
  • In der Arbeitskammer 26 ist eine Sprühdüse 68 angeordnet, die über eine Leitung 70 mit Sprühflüssigkeit versorgt werden kann.
  • Vom Filtergehäuse 20 geht eine Abluftleitung 72 aus, die über bekannte, nicht dargestellte Einrichtungen wie Entfeuchter, Wärmetauscher und Gebläse mit einem in die Windkammer 24 mündenden Zuluftstutzen 74 verbunden ist. Ein Ausführungsbeispiel dieser bekannten Einrichtungen ist in Fig.1 der DE-PS 28 05 397 dargestellt.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Wirbelschichtapparatur mit einem Wirbelschichtbehälter (10), in dem ein im wesentlichen horizontaler, scheibenförmiger Rotor (28) zwischen einer unter ihm liegenden Windkammer (24) und einer über ihm liegenden Arbeitskammer (26) angeordnet, um eine zumindest annähernd senkrechte Achse drehantreibbar und als Bestandteil eines Ventils ausgebildet ist, das einen die beiden genannten Kammern (24,26) miteinander verbindenden Ringspalt (62) rings um den Rotor (28) steuert, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß rings um den Rotor (28) ein höhenverstellbares ringförmiges Verschlußglied (42) angeordnet ist, das in einer unteren Stellung den Ringspalt (62) freigibt, in einer oberen Stellung dagegen den Ringspalt (62) verschließt und mit seiner Oberseite (52) einen glatten Ubergang zwischen der Oberseite (50) des Rotors (28) und einem oberen Wandbereich (54) des Wirbelschichtbehälters (10) bildet.
  2. 2. Wirbelschichtapparatur nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Oberseite (50) des Rotors (28) konkav ist.
  3. 3. Wirbelschichtapparatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß die Oberseite (52) des Verschlußgliedes (42) konkav ist
  4. 4. Wirbelschichtapparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der obere Randbereich (54) des Wirbelschichtbehälters (10) konkav ist.
  5. 5. Wirbelschichtapparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wirbelschichtbehälter (10) unterhalb seines oberen Wandbereichs (54) einen zylindrischen unteren Wandbereich (40) aufweist, an dem das Verschlußglied (42) axial verschiebbar geführt ist.
  6. 6. Wirbelschichtapparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verschlußglied (42) eine sich nach oben kegelstumpfförmig erweiternde Innenfläche (46) aufweist, der eine komplementäre Außenfläche (48) des Rotors (28) als Ventilsitz zugeordnet ist.
  7. 7. Wirbelschichtapparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rotor (28) an seiner Oberseite (50) ring- oder spiralenförmige Rillen (66) aufweist.
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