DE3110173A1

DE3110173A1 - Gas-fluessig-kontaktor

Info

Publication number: DE3110173A1
Application number: DE19813110173
Authority: DE
Inventors: Sumio Fujita; Hiroki Yokohama Kanagawa Honda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1981-03-10
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB2070967B; GB2070967A; DE3110173C2

Description

Gas-Flüssig-Kontaktor

Die Erfindung betrifft einen Gas-Flüssig-Kontaktor mit KohtaktorkÖrper, in dem ein Gas und eine Flüssigkeit einer Kontaktreaktion ausgesetzt wird, sowie mit den (Peilen, in denen eine Flüssigkeit durch ein heißes Gas getrocknet oder zum Verdunsten gebracht wird.

Hierbei beinhaltet der Ausdruck "Flüssigkeit" sowohl zu bearbeitende "AufSchlämmungen als auch sonstige flüssige Substanzen.

Bei den herkömmlichen Gas-Flüssig-Kontaktoren handelt es sich um einen Kontaktor von der in Fig» 1 dargestellten Art. Die hier gezeigte Kontaktorart ist mit aufwärtsgerichteter Gasströmung ausgelegt und weist einen Zyklonabscheider _c, in den das zu behandelnde.Gas oder die zum-Trocknen verwendete Heißluft a tangential einströmt und eine spiralförmige Bewegung erfährt, eine Verengung oder Engstelle el, die gebildet ist aus dem konvergierenden oberen Teil des Zyklons, einen Kontaktorkörper e, der oberhalb der Verengung liegt und durch Erweitern des oberen Teils der Verengung gebildet ist, und eine Düse f_ auf, die senkrecht durch den Boden des Zyklons hindurchgeht und sich bis zur Mitte der Verengung d_ erstreckt.

Einen ähnlichen Aufbau nach bekannter Art weist der Kontaktor der Fig. 2 auf. In den Zyklon _c wird ein zu behandelndes Gas oder zum Trocknen verwendete Heißluft tangential eingeströmt und spiralförmig bewegt. Eine

Verengung d ist aus dem konvergierenden unteren Teil des Zyklons gebildet, wobei der Körper e_ unterhalb der Verengung liegt und durch Erweitern des unteren Teils der Verengung gebildet ist. Die Düse _f verläuft senkrecht durch den Kopfteil des Zyklons bis zur Mitte der Verengung ei.

In den bekannten Kontaktoren beeinflußt die Art, in der das zu behandelnde Gas oder die zum Trocknen verwendete Heißluft a, das bzw. die in das Gefäß einströmt, sich mit den reagierenden Chemikalien oder Substanzen b vermischt, die getrocknet werden sollen, bis zu einem beträchtlichen Ausmaß die Reaktionsgeschwindigkeit oder den Trocknungsgrad, die bzw. den man erzielen kann. Für den Fall, daß man als zu trocknende Substanz eine Aufschlämmung oder eine Flüssigkeit verwendet, hat das Mischen mit dem Gas eine materielle Auswirkung auch auf die Haftung des resultierenden oder evaporierten Rückstandes an den Innenwandflächen des Kontaktors.

Genauer gesagt, das Mischen von Gasen im Kontaktor ist bestimmt, wie die Figuren 1 und 2 zeigen, durch die Strömungsgeschwindigkeiten in der Richtung Z_ um die Düse f (d.h. die hiernach als "Axialgeschwindigkeit" des Kontaktors bezeichnete Geschwiridigkeit)und in der Richtung £ (d.h. die hiernach als "Spiralgeschwindigkeit" bezeichnete Geschwindigkeit).

Bei den-herkömmlichen Gas-Flüssig.-Kontaktoren können jedoch diese Strömungsgeschwindigkeiten nicht frei eingestellt werden; sie werden durch Verändern der Kontaktorabmessungen und der Düsenstellung einzeln auf empirischen Wege auf vorgegebene Werte abgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Flüssig-Kontaktor zu schaffen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeitskomponenten nach Wunsch regelbar sind, wobei die Gasströmung und die zu trocknenden Chemikalien oder Substanzen in einem optimalen Mischzustand gehalten werden, umso einen hohen Reaktions- oder Trocknungsgrad zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der Gas-Flüss ig -Kontaktor einen Körper mit im wesentlichen senkrecht ausge-· richteter Achse, eine im oberen oder unteren Körperteil ausgebildete Verengung mit einem unter dem· des Körpers liegenden Innendurchmessers, einen oberhalb oder unterhalb der Verengung liegenden und gegenüber der Verengung größeren Innendurchmesser aufweisenden Zyklon und eine im wesentlichen senkrecht in der Verengung oder im Zyklon · gehaltenen Düsenachse auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsenachse mehrere Schaufeln zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit befestigt sind.

Da. die Schaufeln oder Flügel zur Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit erfindungsgemäß., auf der Düsenachse montiert sind, kann die Axial- und Spiralgeschwindigkeit des zu behandelnden Gases oder der zum Trocknen verwendeten Heißluft durch passende Änderung der Größe, Form· oder Anzahl der Schaufeln nach Wahl auf gewünschte Werte eingestellt ■ werden. Die Mischüngsbedingungen des zu behandelnden Gases oder der Heißluft und die zu trocknenden Chemikalien oder Substanzen, die aus der Düse austreten, können frei eingestellt werden, wobei innerhalb des Kontaktors ein gleichförmiges Mischen erzielt wird-.

»te

Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergehen sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den An-Sprüchen und der Zeichnung.
Es zeigen:

Figur .1 und 2 Seitenansichten im senkrechten Schnitt durch zwei herkömmliche Gas-Flüssig-Kontaktoren unterschiedlicher Bauart;

Figur 3 eine Seitenansicht im Aufriß eines erfindungsgemäß aufgebauten Kontaktors;

Pigur 4- eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV in der Pig. 3;

Pigur 5 eine Seitenansicht im Aufriß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Pigur 6 eine Querschnittsansicht ,längs der Linie VI-VI der Pig. 5;

Pigur 7 eine Seitenansicht im Aufriß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Figur 8 eine Querschnittsansicht längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7 und

Pigur 9 bis einschließlich 12 zeigen Charakteristiken, die die Verteilungen der Axial- und Spiralströmungsgeschwindigkeiten in den bekannten Kontaktoren und denen nach der Erfindung darstellen.

In der n-achf olgenden Beschreibung wird im einzelnen auf die Zeichnungen bezug genommen. Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit auf v/ärts verlauf end er Strömung«, Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen zylindrischen Kontaktorkörper mit im wesentlichen senkrecht .ausgerichteter Achse. Der Körper 1 konvergiert am unteren Teil kegelstumpfförmig und bildet eine Verengung 2 am Venturi-Rohr. Auf die Verengung·2 folgt ein nach unten sich erweiternder oder divergierender Abschnitt in der Form eines umgekehrten Kegelstumpfes. Dieser Kegelstumpf vereinigt sich mit dem zylindrischen Unterteil und bildet den Zyklonabscheider 3.

Eine Düse 4 verläuft senkrecht durch das Unterteil des Zyklons sowie längs der Mittelachsx nach oben und läuft in der Mitte der Verengung 2 aus. .

Nahe dem oberen Ende der Düse 4 befinden sich die Regelschaüfeln 5» die in integrierter Bauweise .am Umfang .in Intervallen von 60 Grad angeordnet sind und von der Mittelachse der Düse radial nach aussen verlaufen. Der Zyklon 3 ist mit einem tangentialen Einlaß 7 versehen.

Aufgrund der Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 3 und 4 wird ein zu behandelnder Gasstrom oder die zum Trocknen verwendete Heißluft 8 am Einlaß 7 tangential in den Zyklon 3 eingelassen und strömt spiralförmig nach oben, wobei die Tangentialgeschwindigkeit um die Achse des Kontaktors beibehalten wird β Die Größe dieses Wirbelstroms wird über der Verengung 2 aufgrund der vorhandenen Schaufeln oder Flügel 5 kraft des Strömungswiderstandes verringert (reduced)» der dem GesamtOberflächengebiet der Schaufeln entspricht.

Somit kann der Wirbelstrom um ein angemessenes Maß durch die Schaufeln 5 über der Verendung verringert »erden, ohne daß dabei die Ursprungsgröße des Wirbelstroms im Zyklon 3 abnimmt (decrease).

Nach Passieren der Verengung 2 wird das Gas zur'Reaktion mit einer flüssigen Verstäubungssubstanz 10 ge- · mischt oder das Gas trocknet einen Stoff 10, der zum Trocknen- verstäubt aus der Düse 4 auftritt, die mit dieser chemischen Substanz oder einem Naßstoff gespeist wird, während das Gas im Hinblick auf seine Wirbelstromgröße verringert wird und durch die Schaufeln 5 auf seinem Axialstrom im Hinblick auf seine Strömungsgeschwindigkeit eine reguliesende Einwirkung erfährt. Hiernach verläßt das Gas den Kontaktor über den Ausgang 12 als behandeltes oder benutztes Gas 11..

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 lassen sich, wie später noch erläutert wird, die Axial- und Spiralgeschwindigkeiten des Gases mittels der an der Düse 4 befestigten Schaufeln 5 gleichförmig verteilen.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ausführüngsform der Erfindung, in der jede der zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit verwendeten Schaufeln 5 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels mit einer anzahl von löchern passender Größe und Gestalt ausgebildet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 nimmt die Größe des Wirbelstroms des tangential am Eingang 7 in den Zyklon eingeströmten und spiralförmig nach oben strömenden Gases 8 im Abschnitt des kleinsten Durchmessers der Verengung 2 wegen des der Gesamtfläche der

■ - 8 -

Scha.ufeln 5 entsprechenden Strömungswiderstandes und der Größe und Gestalt der Löcher 6 ab„ Somit ist es wiederum möglich, den Wirbelstrom um ein geeignetes Maß über der Verengung zu verringern, und zwar aufgrund des gesamten Oberflächengebiets und der Löcher 6 der über dem Zyklon angeordneten Schaufeln 5·

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bewirken auch hier die Schaufeln 5 dieses Ausführungsbeispiels die Regelung der Geschwindigkeitskomponenten des nach oben strömenden Gasstromes. Durch die auf den Schaufeln ausgebildeten Löcher 6 ist es darüber möglich, die statischen Drücke in den durch die Schaufeln abgeteilten Ra.umabschnitten zu vereinheitlichen, wodurch gegenüber dem vorhergehenden Pail hier ein sogar noch größerer Effekt der Strömungsregelung erzielt wird.

Die Figuren 7 und 8 zeigen ein 'Ausführungsbeispiel, in dem das Gas abwärts strömt. Das .Bezugszeichen 101 be- · ■ zeichnet einen zylindrischen Kontaktorkörper, dessen Achse im wesentlichen vertikal verläuft. Der obere Teil des Körpers 101 konvergiert zu einem Kegelstumpf und bildet die Verengung 102. Über der Verengung ist durch einen nach oben auseinanderlaufenden Abschnitt ein-Zyklon 103 ausgebildet, der einen umgekehrten Kegelstumpf und einen zylindrischen Kopf bildet. Oberhalb vom Zyklon wird eine Düse 104 längs der Zyklonmittelachse senkrecht nach unten eingeführt, so daß sich deren Öffnung in der Mitte der Verengung 102 befindet.

An einem-Abschnitt der Düse 104- sind in der Nähe des unteren Endes sechs Schaufeln 105 in integrierter Bauweise angeordnete Sie weisen peripher einen Winkelab-

stand von 60 Grad auf und verlaufen von der Zentralachse der Düse 104 radial nach aussen. Jede Schaufel 105 besitzt mehrere löcher 106 von geeigneter Größe und Gestalt. Der Eingang des Zyklons 103 liegt "bei

107 und der Ausgang des Kontaktors bei 112. 113 ist ein Trichter und 114 eine Absperrvorrichtung.

Es ist für den Fachmann offensichtlich daß die mit den Löchern 106 versehenen Schaufeln selbstverständlich durch ungelochte Schaufeln ersetzt werden könnten, wie das in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 beschrieben ist„

In dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 7 und 8 tritt ein Strom des zu behandelnden Gases oder Heißluft zum Trocknen

108 tangential durch den Einlaß 107 in den Zyklon 103 ein und strömt spiralförmig nach unten, während es bzw. sie die Tangentialgeschwindigkeit um die Achse des Kontaktors beibehält. Die Größe des Wirbelstroms wird unterhalb der Verengung 102 aufgrund des der Gessmtoberflache der Schaufeln 1o5 und der Löcher 106 entsprechenden Strömungswiderstandes verringert. Somit kann unterhalb der Verena gung der Wirbelstrom um ein geeingnetes Maß durch die Gesamtoberfläche der Schaufeln 105 und der Löcher 106 verringert (reduced) werden, ohne dabei die ursprüngliche Größe des Wirbelstroms im Zyklon 103 zu mindern (decrease).

Die Schaufeln 105 dienen der Regulierung des abwärts strömenden Gasstroms und die zahlreichen in den Schaufeln 105 ausgebildeten Löchern 106 ermöglichen den Schaufeln die statischen Drücke in den von den Schaufeln aufgestell ten Raumabschnitten zu vereinheitlichen.

- 10 -

• · t ·

- 10 -

Dann wird das Gas, nachdem es die Verengung 102 passiert hat, zur Reaktion mit einer flüssigen Zerstäubungssubstanz 110 vermischt oder es trocknet einen zum Trocknen zerstäubten Stoff 110, die bzw. der aus der Düse 104 austritt, der die Substanz oder der Stoff zugeführt wird, wobei das Gas im Hinblick auf seine Wirbelstromgröße verringert wird und durch die Schaufeln 105 auf seinem Axialstrom im Hinblick auf seine Strömungsgeschwindigkeit eine regulierende Einwirkung erfährt. Hiernach verläßt das Gas den Kontaktor über· den Ausgang 112 als behandeltes oder benutztes Gas 111. Die Pestsubstanz, die sich aus der Reaktion oder dem Trocknen ergibt, wird in dem am Boden des Körpers 101 gelegenen Trichters gesammelt und durch Aufdrehen der Absperreinrichtung der Anlage entnommen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Axial- und Spiralgescbwindigkeiten des Gases durch die an der Düse·104 befestigten Schaufeln 105 in ihrer Verteilung gleichförmig gemacht werden.

Durch Versuche wurden die vorteilhaften Wirkungen der Vorrichtung nach der Erfindung ermittelt. Sie werden anhand der Figuren 9 und 10 erläutert» Die Figur 9 zeigt diametral (längs der Linie IX-IX der Pig. 4) zum Wuerschnitt am Ausgang der V_erengung 2 der Anordnung nach Pig. 3 bis 6 die Verteilung der Geschwindigkeit skomponent en des Axialgasstromes β Die Figur 10 zeigt über dem Umfang bei halben Radius des obigen Querschnitts der Verengung die Verteilungen der Spiralgeschwindigkeit skomponent en. In beiden Figuren stellen die mit kleinen Kreisen versehenen Kurven L die Testergebnisse an einem herkömmlichen schaufellosen Gerät dar. Die

- 11 -

-likleinen Kreuzen versehenen Kurven M sind die Ergebnisse mit dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4, "bei dem die Schaufeln 5 undurchlöchert sind. Die Kurven N, die kleine Dreiecke verbinden, stellen Ergebnisse dar, die mit dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5' und 6 erzielt wurden, bei dem die Schaufeln 5 mit Löchern 6 versehen waren.

Aus diesen Sests ist ersichtlich, daß bei den schaufellosen herkömmlichen Geräten eine asymmetrische Verteilung der Axialgeschwindigkeitskomponente auftritt, was durch die Kurve L in Fig. 9 angezeigt ist, wobei es sogar in und um die Mitte der Verengung zu einer Negativgeschwindigkeit (Rückstrom) kommt. Die Spiralgeschwindigkeit ergibt darüber hinaus ein äußerst asymmetrisches Modell (Fig. 10).

In dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit undurchlöcherten Schaufeln 5 (Kurve M) sind sowohl die Axial- als auch die Spiralgeschwindigkeitskomponenten fast symmetrisch zur Achse verteilt, wobei überhaupt kein axialer Rückstrom zu verzeichnen ist. Darüber hinaus liegt in dem Ausführungsbeispiel mit durchlöcherten Schaufeln 5 das Muster der Axialgeschwindigkeit sehr nahe bei axialer Symmetrie und die Verteilung der Spiralgeschwindigkeitskomponente liegt sogar näher bei Gleichförmigkeit (Kurve N), weil die statischen Drücke in den durch die Schaufeln 5 gebildeten Räume durch'die Löcher 6 ausgeglichen werden.

In beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung wird durch den erhöhten Anteil der Geschwindigkeitskomponente in Axialrichtung und durch die gleichförmig gestalteten Axial- und Spiralgeschwindigkeitsmuster das Reaktionspro-

- 12 -

dukt oder die getrocknete Substanz eindeutig daran gehindert, an den inneren Wandflächen des Kontaktors haften zu bleiben. Zur Erläuterung der Pig» ΊΟ ist noch zu sagen, daß das Zeichen + die positive Richtung und das Zeichen - die negative Richtung angibt.

Die Figuren 11 und 12 zeigen Ergebnisse von Tests, die in genau der gleichen Art mit dem Ausführungsbeispiel des Typs mit- nach unten verlaufenden Gasstrom nach Pig. 7 und 8 sowie auch mit einem v/eiteren Ausführungsbeispiel durchgeführt wurden, das die gleichen Schaufeln 105 jedoch ohne Löcher 106 aufweist, Ausdiesen Figuren ist zu entnehmen, daß so ziemlich die gleichen Wirkungen wie mit den Geräten des Typs mit nach oben strömenden Gasstrom erzielt wurden. Die Kurven L¹, M' b.zw. N¹ entsprechen dabei den Kurven L, M, bzw. N der Figuren 9 und 10.

Obgleich die Schaufeln 5 und 105 zum Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit bei den bisher beschriebenen ausführungsbeispielen längs der durch die Mittelachse der Düsen 4 und 104 verlaufenden Ebenen parallel verlaufend ausgebildet sind, ist es auch möglich, diese mit Neigung oder Teilung zu versehen oder sie schraubenförmig zu gestalten. Eine derartige Änderung erleichert die korrelativen Einstellungen der Axial- und Spiralgeschwindigkeiten.

Auch'wenn die Schaufeln nach den Ausführungsbeispielen alle ortsfest angebracht sind,' so können sie durch frei d.h. entweder sehr leicht oder mit etwas Rotationswiderstand drehende Schaufeln ersetzt werden.

./13

Claims

Patentansprüche

1. Gas-Flüssig-Kontaktor bestehend aus einem Kontaktor- · körper mit im wesentlichen senkrecht stehender /'chsi;, einer am unteren "bzw. oberen Körperteil ausgebildeten Verengung, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der des Körpers, einem unterhalb bzw. oberhalb der Verengung vorgesehenen Zyklonabscheider, dessen Innendurchmesser größer ist als der der Verengung, und mit einer Düsenachse, die im wesentlichen senkrecht in der Verengung oder im Zyklonabscheider ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenachse (4,104) mehrere Schaufeln oder Flügel (5, 105) zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit aufweist, die an der Düsenachse befestigt sind.

2. Gas-Flüssig-Kontaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß jede der an der Düsenachse befestigten Schaufeln (5,105) mit Löchern versehen ist.

TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO; POSTSCHECKKONTO: 1-85644 INVENTION BERUN BERUNERBANKAa P MEISSNER BLN-W Invend BERUN 030/691 6037 BERUN 31 404737-103 030/8*13026 3886716000