DE3212782C2

DE3212782C2 - Verfahren und Anordnung zum pneumatischen Fördern körniger Feststoffe durch Rohrleitungen

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Publication number: DE3212782C2
Application number: DE19823212782
Authority: DE
Inventors: Otto Prof. Dr.-Ing. 8551 Hemhofen Molerus; Karl-Ernst Dipl.-Ing. 8561 Happurg Wirth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1982-04-06
Publication date: 1986-03-06
Also published as: DE3212782A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Förderung körniger Stoffe mit Hilfe fluider Medien in Leitungen. Hierzu wird eine Einrichtung verwendet, bei der die Förderleitung in geeigneter Weise in Schwingungen versetzt wird. Horizontale und vertikale Rohrstrecken werden mit Hilfe günstig geformter Rohrstücke elastisch miteinander verbunden. Die Förderluftgeschwindigkeit sollte nicht wesentlich größer als die Lockerungsgeschwindigkeit des zu fördernden Feststoffes sein. Durch das Zusammenwirken der kleinen Förderluftgeschwindigkeit und dem Vibrieren der Förderleitung wird eine stationäre kolbenförmige Strömung des Feststoffes erreicht. Die zur Förderung eines bestimmten Feststoffmassenstromes aufzubringende Leistung ist bei diesem Förderverfahren beträchtlich geringer als bei sonst üblichen. Gleichzeitig können neben der Förderung auch chemische und/oder physikalische Prozesse durchgeführt werden.

Description

;| 15 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Menge des Fördergases und die

ft Stärke der periodischen Schwingungen so eingestellt werden, daß beim Abstellen des Fördergases oder der

5 Schwingungen der Transport des Fördergutes unterbrochen wird.

ι ί 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Feststoff-Förderung

g über die Menge des Fördergases und/oder die Intensität der Schwingbewegung einstellbar ist.

; 20 4. Anordung zum Verbinden von horizontalen und vertikalen, von unten nach oben durchströmten Rohr-

.; abschnitten in einer Rohrleitung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

■ net, daß zumindest an einem Ende des vertikalen Rohrabschnittes (1 bzw. 13) ein Schenkel eines spitzwinke-

P ligen V-Stückes (3 bzw. 10) befestigt ist, dessen in Strömungsrichtung schräg nach unten führender anderer

|: Schenkel (4 bzw. 12) über ein schlauch- oder wellenrohrartiges, elastisches Bogenstück (5 bzw. 11) mit einem

[j 25 horizontalen Rohrabschnitt verbunden ist.

6 5. Anwendung des pneumatischen Förderverfahrens nach Anspruch 1 bei Verfahren, bei denen gleichzeij§ tig mit der Förderung ein chemischer oder physikalischer Prozeß durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pneumatischen Fördern körniger Feststoffe durch horizontale, vertikale oder geneigte Rohrleitungen, die gleichzeitig in periodische Schwingungen versetzt werden, sowie eine

35 Anordnung zur Durchführung und eine Anwendung des Verfahrens.

Neuere Veröffentlichungen über Verfahren und Einrichtungen zum pneumatischen Fördern körniger Fest-Stoffe in Rohrleitungen finden sich z. B. in VDI-Berichten Nr. 371 (1980), Verfahrenstechnik 7 (1973) Nr. 5, S. 137-141, Industrie-Anzeiger 95 (1973), S. 490-493. In den aus diesen und anderen Druckschriften bekannten Förderanlagen ist insbesondere bei der Förderung feinkörniger Schüttgüter entweder ein im Verhältnis zum

40 Feststoff-Volumenstrom hoher Gasvolumenstrom erforderlich, oder es sind bei vergleichsweise niedrigem Gasvolumenstrom ein sehr hoher Druckverlust und die Gefahr der Verstopfung in Kauf zu nehmen.

Im Extremfall läßt sich das den Querschnitt eines Rohres auf dessen gesamte Länge ausfüllende und vom Fördergas durchströmte Fördergut mit einem vergleichsweise geringen Gasvolumen bewegen (Deutsche Hebe- und Fördertechnik Heft 7/1965, S. 47-50). Wie die betriebliche Erfahrung gezeigt hat, ist dieses Förderverfah-

45 ren jedoch auf sehr kurze und gerade Rohrstrecken sowie besonders gutartiges, d. h. genügend grobes Fördergut beschränkt, da sonst die Fördergutsäule zerreißt und der Strömungszustand einer Schubförderung in den einer Propfenförderung übergeht (vergl. Deutsche Hebe- und Fördertechnik Heft 1/1967 S. 35-35).

Zur Verbesserung der pneumatischen Förderung ist es z. B. aus DE-PS 10 21 792, DE-AS 12 72 820, DE-GM 19 35 474 und FR-PS 10 99 222 bekannt, die Abschnitte der Förderleitungen in periodische Schwingungen zu

50 versetzen. Zweck dieser Schwingungen ist es, das auf die Rohrwand auftreffende Gut von dieser abprallen zu lassen und in den Luftstrom zurück zu schleudern. Es soll dadurch verhindert werden, daß sich das Fördergut an der Rohrwand festsetzt und den Strömungsquerschnitt verringert oder sogar verstopft.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein pneumatisches Förderverfahren für körnige Feststoffe zu schaffen, das eine störungsfreie Förderung bei geringem Energieaufwand und niedrigem Fördergas-Volumenstrom auch in länge-

55 ren und gegebenenfalls mit Umlenkungen versehenen Förderleitungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Der Anspruch 4 richtet sich auf eine zweckmäßige Verbindung von Rohrabschnitten für die Durchführung des Verfahrens. Im Anspruch 5 ist eine besonders vorteilhafte Anwendung des Förderverfahrens definiert.

60 Die der Erfindung zugrundeliegenden Überlegungen bestehen in der Reihenfolge der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 darin, daß

a) das Förderrohr während des pneumatischen Förderns völlig mit dem körnigen Fördergut ausgefüllt sein muß, damit das Fördergas seinen Weg nur durch die Zwischenräume zwischen den Körnern des Gutes nch-

65 men kann,

b) die zeitliche Menge des Fördergases so bemessen werden muß, daß das körnige Fördergut in einem gedachten senkrechten Rohrabschnitt den Zustand der Minimalfluidisation bzw. den Lockerungspunkt erreicht aber nicht wesentlich überschreitet.

c) die Reibung zwischen dem Fördergut und der Rohrwand vermindert werden muß, damit eine stationäre Förderung bei der voranstehend angegebenen geringen Fördergasmenge möglich ist. Dies geschieht durch die Erzeugung von axial oder in Umfangsrichtung verlaufenden Schwingungen der Rohrwand, deren Stärke so bemessen sein muß, daß sie ein Rutschen des Fördergutes an der Rohrwand über einen möglichst langen Teil jeder Schwingungsperiode bewirken.

Die zum Erreichen des Zustandes der Minimalfluidisation pro Zeiteinheit erforderliche Menge des Fördergases wird durch Messung an einem einzelnen, senkrechten, von unten nach oben durchströmtei·, nicht schwingenden Rohrabschnitt ermittelt. Da es sich hierbei nicht um einen Abschnitt der realen Förderleitung handelt, ist er ire Merkmal c des Anspruchs 1 als »gedacht« bezeichnet. !0

Der Zustand der Minimalfluidisation tritt bei Zuführung der genannten Fördergasmenge nur in dem senkrechten, relativ kurzen Einzelrohr ein. Wird dieselbe Förderluftmenge einer realen Förderleitung zugeführt, die viel länger ist und meist aus Abschnitten unterschiedlicher Neigung besteht, so wird der Zustand der Minimalfluidisation in dem die ganze Leitung ausfüllenden körnigen Fördergut nicht erreicht. Dieses verhält sich vielmehr wie ein Festbett.

Die theoretischen Grundlagen der Erfindung sind im folgenden anhand der Abbildungen 1 bis 4 erläutert.

Entsprechend der Darstellung in der Abbildung 1 bewegt sich eine körnige Fördergutmasse durch das von ihr vollständig ausgefüllte Förderrohr mit der Querschnittsfläche A. Das Förderrohr wird gemäß dem Zeitgesetz

χ (ι) = ~x_ü cos ω t

mit der Kreisfrequenz ω = 2π/ und der Amplitude x₀ in harmonische Schwingungen versetzt. Entsprechend dem Zeitgesetz (1) sind dann Schwinggeschwindigkeit bzw. Schwingbeschleunigung des Förderrohres

χ (r) = Xo ω sin ω t

χ (ι) = x² cos ω t. (3)

Die Schwingbewegung des Förderrohres wird so eingestellt, daß dieses stets relativ zum Fördergut durchrutscht. Bei horizontaler Förderung ist dann die gegen die Bewegung des Förderrohres gerichtete Reibungskraft

R = μ M„ g, (4)

wenn μ den Gleitreibungsbeiwert des Schüttgutes gegen die Rohrwand, M₁ die Feststoffmasse im Rohrstück von der Länge L und g die Erdbeschleunigung bezeichnen.

In einem vertikalen Rohrabschnitt soll sich das Fördergut im Zustand der Minimalfluidisation befinden, d. h. in einem Zustand, bei dem die Schwere der Schüttgutsäule von dem Druckverlust des strömenden Gases gerade getragen wird. Die Größe der Reibungskraft kann dabei wegen nicht eindeutiger Stützkräfte an der Rohrwand nicht in einfacher Weise abgeschätzt werden. Eine stationäre Förderung wird dadurch erreicht, daß infolge der Gasströmung durch das Fördergut hindurch in Richtung des Druckabfalles und damit in Förderrichtung eine Schleppkraft auf die Schüttung ausgeübt wird.

Im folgenden wird daher beispielhaft die theoretisch leichter zugängliche horizontale Förderung betrachtet. Auf die Schüttgutsäule wird vom Förderrohr die Reibkraft Λ, vom Fördergas über seinen Druckabfall die Schleppkraft P übertragen, also insgesamt die Kraft

/V, - P + R (5)

In Abb. 2 ist das Bewegungsverhalten des Fördergutes im schwingenden Förderrohr schematisch dargestellt. In dem oberen Diagramm sind die jeweils antreibende Kraft auf die Fördergutmasse M₅, nämlich R + P bzw.

R-P, sowie die zur Mitnahme derFördeigutmasse mit dem Förderrohr erforderliche Trägheitskraft Λ/,χ dargestellt. In den mittleren Diagramm sind die Geschwindigkeiten χ bzw. j) von Förderrohr bzw. Fördergutmasse dargestellt, während in dem unteren Diagramm das Zeitgesetz jc(/) der Förderrohrgeschwindigkeit aufgetragen ist. Entsprechend dem Zeitgesetz (1) der Förderrohrschwingung ist der Beginn der Zeitzählung so festgelegt, daß sich das Förderrohr zum Zeitpunkt / = 0 im Sinne der Fcrderrichtung in der am weitesten zurückgezogenen Stellung befindet. Von / = 0 beginnend wird daher das Förderrohr auf wachsende (positive) Geschwindigkeiten beschleunigt. Der Zeitpunkt, zu dem das Förderrohr gerade die Geschwindigkeit der Fördergutsäule annimmt, sei οι ι = T₀. Dieser Zeitpunkt ist gegeben durch '

ν,, = x„ ω sin r₀ (g)

Aus der Beziehung (6) liest man für die Geschwindigkeit der Fördergutmasse zum Zeitpunkt r₀ die Bedingung

ab, d. h., die Größe der von der Schüttgutmasse angenommenen Geschwindigkeit muß kleiner sein als das

Geschwindigkeitsmaximum des Förderrohres. In dieser Ungleichung ist die vergleichsweise geringe Fördergeschwindigkeit der schwingungsunterstützten Förderung begründet. Aus Festigkeits- wie aus konstruktiven Gründen lassen sich nämlich nicht beliebig hohe maximale Schwinggeschwindigkeiten des Förderrohrcs realisieren.

Wie das obere Diagramm von Abb. 2 zeigt, ist zum Zeitpunkt T₀ die zur Mitnahme der Fördergutmasse mit dem Förderrohr erforderliche Trägheitskraft MJc größer als die übertragbare Reibungskraft/? plusSchleppkrafl P. Das Förderrohr rutscht daher relativ zur Fördergutmasse in Förderrichtung durch. Die vom Förderrohr auf die Fördergutmasse übertragene Reibungskraft R wirkt daher ebenso wie die Schleppkraft P in Förderrichtung. In einem Vorgriff auf die nachstehend mitgeteilten Ergebnisse der theoretischen Überlegungen läßt sich die zur Einstellung dieses Bewegungszustandes erforderliche Maximalbeschleunigung des Förderrohres abschätzen.

Die innerhalb der Grenzen der schwingungsunterstützten pneumatischen Förderung maximale Transportgeschwindigkeit des Fördergutes wird dann erreicht, wenn die vom Fördergas auf das Fördergut ausgeübte Schleppkraft ungefähr gleich der Reibungskraft wird, d. h. wenn P »/? gilt. Dann ist aber im Falle der horizontals len Förderung P + R » 2 μ M,g, bei einem Reibwert» 0,5 also gerade gleich dem Gewicht des Fördergutes. Aus der Forderung MJc > 2 M_s μ g folgt dann χ > 2 μ g =» g. Da sich Maximalbeschleunigungen des Förderrohres x_max «10g konstruktiv leicht realisieren lassen, kann die Forderung χ (r₀) > g erfüllt werden, auch wenn man zweckmäßig entsprechend der Darstellung im mittleren Diagramm Abb. 2 mit möglichst hohen Startgeschwindigkeiten v₀ fährt, so daß der Zeitpunkt r₀ bei niedrigen Beschleunigungswerten χ (t₀) liegt.

In dem ab dem Zeitpunkt T₀ einsetzenden Durchrutschen des Förderrohres gegen die Fördergutmasse ist der Hauptvorzug der schwingungsunterstützten pneumatischen Förderung im Vergleich zur üblichen pneumatischen Förderung im Vergleich zur üblichen pneumatischen Förderung zu sehen. Da dann wie beschrieben, die vom Förderrohr auf die Fördergutmasse ausgeübte Reibungskraft ihre Richtung in Förderrichtung bei jedem Schwingungszyklus umkehrt, kann sich das Schüttgut nicht im Förderrohr verkeilen. Damit ist aber ein Verstopfen der Förderleitung auch bei vollständig mit Fördergut gefülltem Rohrquerschnitt mit Sicherheit vermieden. Ab ω t > T₀ erfolgt die Beschleunigung der Fördergutmasse gemäß dem Zeitgesetz

Mj = R +P

R + P ,„,

y — \O)

M₁
Integration von (8) liefert bei Beachtung der Anfangsbedingung^ (t = T₀Zω) = v₀

ν - t - ^M+R JL + v₀ für JL < t < JL . (9)

Af₁ M_x ω ω ω

Zum Zeitpunkt r, = ω ί, erreicht die Fördergutmasse wieder die Geschwindigkeit χ des Förderrohres. Der Zeitpunkt i_x folgt aus der Bedingung

R₊P _^_ R₊P JL + ^-^sinr,. (10)

M₁ ω M₁ ω

Diese Beziehung läßt sich nicht explizit nach r, auflösen. Durch Umformung folgt jedoch aus (10) die Gleichung

_* (i ₊ JV) L - A - l/l - pL-Y · sin L - „Λ—SL- [i - cos (r, - r_o)l. (11) M₁X₀ ω² \ RJ \ ) V \Xqu> J \ J χ_οω L \ /J

Wie man durch Betrachtung des Grenzfalles V₀Zx₀ ω = 1 unmittelbar aus der Beziehung (11) entnimmt, ergibt sich ein Zahlenwert η - r₀ >0 nur für V₀Zx₀ ω < 1, d. h. die vorteilhafte Umkehr der Richtung der Reibungskraft läßt sich nur für Startgeschwindigkeiten V₀Kx₀ ω erzielen.

Wie das obere Diagramm Abb. 2 zeigt, liegt der Zeitpunkt r, im Bereich der Geschwindigkeitsabnahme des Förderrohres, d. h., die Bescheunigung χ des Förderrohres ist negativ (Verzögerung in Transportrichtung). Wie man aus dem oberen Diagramm Abb. 2 gleichfalls entnimmt, ist der Betrag der zur Mitnahme erforderlichen Trägheitskraft MJc größer als die Differenz zwischen Reibungskraft R und Schleppkraft P. Dies bedeutet aber,

daß die Fördergutmasse M₁ relativ zu dem verzögerten Förderrohr in der Transportrichtung durchrutscht. Die Reibungskraft R wirkt jetzt entgegengesetzt der Förderrichtung. Eine dann einsetzende Verzögerung der Fördergutmasse M„ die für eine stationäre schwingungsunterstützte Förderung notwendig ist, stellt sich daher nur dann ein, wenn die Reibungskraft R größer als die vom Fördergas ausgeübte Schleppkraft P ist. Ab dem Zeitpunkt ?, = τ_χΖω erfolgt die Verzögerung der Fördergutmasse nach dem Zeitgesetz

y = ~Λ £_, (12)

^y M. '

aus dem durch Integration bei Beachtung der Anschlußbedingungy (t\ = ΐ\Ιω) gemäß Gleichung (9) die Fördergutgeschwindigkeit zu

y-- ALL₁₊** JL-WJL₊^fOrJLz₁S₁ JL (13)

M M

y _{1+ +}^fOrz₁S₁

M_s M_s ω M_s ω ω ω

folgt.

Wie aus dem mittleren Diagramm Abb. 2 entnommen werden kann, ist die Fördergutmasse relativ zum Förderrohr während der gesamten Zeitspanne τ\/ω < t < T₂Iω schneller in Förderrichtung als das Förderrohr, d. h. die Fördergutmasse rutscht in Förderrichtung relativ zum Förderrohr durch. Der stationäre Förderzustand ist io durch die Periodizitätsbedingung

y U₁ = τ_ο + 2π)=ϊ (r₀) (14)

gekennzeichnet. Mit (14) folgt aus (13) nach elementaren Umformungen 15

(15)

Einsetzen von (15) in (11) liefert die Zustandsgieichung für die schwingungsunterstützte pneumatische Förde- 20 rung

- Ml = , « \i-U-Y\

\ R JA MsX₀(O¹ L \R J J

R J ₀ s₀

Auflösung dieser Beziehung nach —^_ liefert

Ή-χ)

Ή-χ) ³⁰

2 jl - cos π (ί - —

L \ R

Die Beziehung (16) verknüpft offensichtlich folgende dimensionslose Größen: ₄₀

1. Geschwindigkeitsverhältnis : (Zielgröße v₀ «Transportgeschwindigkeit)

XO)

2. Schleppkraft vom Fördergas . _Ρ_ _{(durch Einstellen der} Gasströmung festgelegt) 45

Reibungskraft R

3. ^Reibuneskraft . R _{(durch Amplitude} _Xq _und Kreisfrequenz ω

Trägheitskraft M_s X₀ ω _der Schwingung festgelegt)

50 Die Auswertung der Beziehung (16) innerhalb der zuvor als physikalisch sinnvoll erkannten Grenzen

0 < -^- <1
bzw. 55

luhrt auf das in Abb. 3 dargestellten Zustandsdiagramm der schwingungsunterstützten pneumatischen Förderung. 60

Mit 1 lilfe des Zustandsdiagramms der schwingungsunterstützen pneumatischen Förderung nach Abb. 3 lassen sich zweckmäßig Betriebseinstellungen eines derartigen Fördersystems auffinden.

Eine hier nicht weiter dargestellte Auswertung der Gleichungen (9) und (13) liefert die dimensionslose mittlere Fördergutgeschwindigkeit v/(jcö <·>)

= JL ^R , Γι - (Z- ω 2 M₅X₀ ω L \R

(17)

Diese dimensionslose Fördergutgeschwindigkeit wird durch die in dem Zustandsdiagramm Abb. 3 miteinander verknüpften Kennzahlen eindeutig festgelegt. Mit Hilfe des Zustandsdiagramms Abb. 3 lassen sich daher vorteilhafte Betriebseinstellungen auffinden. Gemäß dem Zustandsdiagramm Abb. 3 lassen sich möglichst hohe Startgeschwindigkeiten v₀, d. h. möglichst hohe Zahlenwerte V₀Z(X₀ ω) nur bei genügend kleinen Werten des

Parameters RI(M₅ X₀ ω²) einstellen. Verringert man jedoch unterhalb des RI(M₅ X₀ ω²) = 0,1 diesen Parameter z. B. auf RI(MsXq(J) = 0,01, so läßt sich der Wert V₀I(X₀ ω) lediglich von 0,9 aufwerte nahe Eins steigern, d. h. der Zugewinn ist vergleichsweise gering. Bei gegebener Reibungskraft R bedeutet jedoch die Absenkung des Parameters RI(M_S X₀ ω²) von 0,1 auf 0,01 eine Steigerung der maximalen Schwingbeschleunigung des Förderrohres um den Faktor 10, d. h. eine Steigerung der Materialbeanspruchung um den Faktor 10, die in keinem vernünftigen Verhältnis zu dem geringen erzielbaren Zugewinn an Startgeschwindigkeit v₀ steht. Bei horizontaler Förderung ist die Reibkraft R = μ M_s g, d. h. der Parameter RI(M₅ X₀ ω²) ist

R μ* ₍₁₈₎

M₅ X₀ ω X₀ ω

Nach aller Erfahrung ist der Gleitreibungsbeiwert μ < 1. Schätzt man vorsichtig μ = 1 ab, so ergibt die Forderung RI(M₅ X₀(J) = 0,1 eine Maximalbeschleunigung des Förderrohres von

^^ g, (19)

die sich technisch einfach realisieren läßt. Bei V₀I(X₀ ο)^κ0,9 folgt dann aus dem Zustandsdiagramm Abb.3 mit RI(M₅X₀(J) =0,1 ein Zahlenwert P/R «0,8.Einsetzen dieser Zahlenwerte in die Gleichung(17) Für die dimensionslose mittlere Fördergeschwindigkeit liefert die Zahlenwertgleichung

-^- = 0,056 + 0,9,

d. h. die Fördergutmasse rutscht praktisch mit der konstanten Startgeschwindigkeit v₀ durch. Wählt man z. B. die technisch leicht realisierbare Maximalbeschleunigung X₀ ω² = 10 g des Förderrohres, so ergibt sich die Transportgeschwindigkeit des Fördergutes zu

^9g

2 nf

d. h., eine möglichst hohe Transportgeschwindigkeit v₀ wird bei gegebener Maximalbeschleunigung bei möglichst niedriger Schwingfrequenz erzielt. Durchgerechnete Zahlenbeispiele sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1
Zahlenbeispiele für vorteilhafte Betriebseinstellungen bei X₀ ω² = 10 g

/[Hz]	50	25	12,5
V₀ [m/s]	0,28	0,56	1,12
X₀ [mm]	1	4	16

Will man eine einfache Schwingungserregung mit einer Wechselstromfrequenz von/ = 50 Hz bei konstruktiv einfach beherrschbaren Schwingungsamplituden von X₀ = 1 mm einsetzen, so wird man sich mit Transportgeschwindigkeiten des Fördergutes von V₀ » 0,3 m/s begnügen.

Wegen der theoretisch zugänglichen Förderung vertikal-aufwärts werden für diese im folgenden experimentelle Ergebnisse mitgeteilt.

Versuchsergebnis

An einer vertikalen Förderanlagen mit einem Rohrdurchmesser von 40 mm und einer Höhe von ca. 3 m wurden mit der schwingungsunterstützten pneumatischen Förderung Versuche gefahren. Als Versuchsgut diente Quarzsand mit einer mittleren Korngröße von d_p = 108 μΐη und der Feststoffdichte p_s = 2560 kg/m³. In einer Wirbelschichtanlage wurde die Lockerungsgeschwindigkeit des Quarzsandes zu u_mf = 0,016 m/s und die Porosität im Lockeningszustand c_L = 0,58 bestimmt.

Bei den Versuchen wurde die Luftgeschwindigkeit und die Schwingungsamplitude vorgegeben und der sich einstellende Druckverlust und Feststoffmassenstrom gemessen. Die Frequenz der Schwingung konnte nicht verändert werden, da als Schwingungserreger ein handelsüblicher elektromagnetischer Schwinger mit einer Frequenz von 50 Hz eingesetzt wurde. Bei allen durchgeführten Versuchen zeigte sich, daß der Druckverlust etwa gleich dem Gewicht der Schüttgutsäule ist, wenn für die Porosität jene im Lockeningszustand eingesetzt wird. Der Druckverlust bei Förderungen mit dem erfindungsgemäßen Fördersystem kann demzufolge wie folgt berechnet werden:

AP^p₅(X - c_L) gAL (21)

Dieser Druckverlust ist unabhängig von durchgesetztem Feststoffmassenstrom, der eingestellten Luftgeschwindigkeit und der Amplitude der Schwingung (Abb. 4).

Trägt man den durchgesetzten Feststoffmassenstrom als Funktion der auf das leere Rohr bezogenen Luftgeschwindigkeiten auf, so zeigt sich (Abb. 5), daß als Funktion der Schwingungsamplitude, der Feststoffmassenslrom linear mit der Leerrohrgeschwindigkeit zunimmt. Dies bedeutet, daß die Relatiygeschwindigkeit zwisehen Fördergut und Fluid vernachlässigbar klein ist, was mit den obigen theoretischen Überlegungen im Einklang steht. Je größer die fest eingestellte Schwingungsamplitude ist, desto größer ist bei konstanter Luftgeschwindigkeit der durchgesetzte Feststoffmassenstrom. Als Faustregel kann aus den Versuchen festgehalten werden, daß bei der erfindungsgemäßen Förderung das Verhältnis von Feststoffmassenstrom zu Luftmassenstrom, die sogenannte Beladung, Werte von 700-900 annimmt und die somit im Vergleich zur Flugförderung um den Faktor 20-50 größer ist. Bei eingeschalteter Vibration setzt der Feststofftransport schon bei kleineren Luftgeschwindigkeiten als jener am Lockerungspunkt ein. Steigert man die Luftgeschwindigkeit bis etwa zum 10-fachen Wert der Lockerungsgeschwindigkeit, wird der Quarzsand als homogene Fördergutsäule durch das Förderrohr transportiert. Bei noch größeren Luftgeschwindigkeiten tritt eine Entmischung auf - ein Teil der Förderluft strömt in Form von Blasen durch die Rohrleitung - während der andere Teil in der Suspensionsphase transportiert wird. Bei diesen relativ großen Förderluftgeschwindigkeiten fand auch nach Abschalten der Förderung noch ein Feststofftransport statt. Dies ist nicht verwunderlich, da man bei diesen hohen Luftgeschwindigkeiten den Bereich des erfindungsgemäßen Fördersystem verläßt. Bei kleineren Luftgeschwindigkeiten als etwa dem 10-fachen Werte der Lockerungsgeschwindigkeit fand nach Abschalten der Vibration kein Feststofftransport mehr statt. Wurde die Vibration wieder eingeschaltet, setzte sich die Schüttgutsäule erneut in Bewegung.

Analog zu theoretischen Vorhersagen für die horizontale Förderung ergaben sich Feststoffgeschwindigkeiten kleiner 0,25 m/s. Für den Vergleich der erfindungsgemäßen pneumatischen Förderung mit der pneumatischen Flugförderung im Druckverlustminimum wird die spezifische Leistung herangezogen. Die spezifische Leistungsausnützung ist dabei so definiert als die Leistung die notwendig ist, um 1 kg Fördergut mit 1 kg Luft 1 m weit zu fördern. Die spezifische Leistungsausnützung bei der erfindungsgemäßen pneumatischen Förderung ist um den Faktor 5-20 besser als bei der vertikalen pneumatischen Flugförderung im Druckverlustminimum.

In den Abb. 6 bis 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Abb. 6 eine gerade Rohrstrecke

Abb. 7 eine Umlenkung aus einer etwa vertikalen in eine etwa horizontale Förderrichtung,

Abb. 8 eine Umlenkung aus einer etwa horizontalen ·η eine etwa vertikale Förderrichtung.

Das in der A b b. 6 dargestellte gerade Rohrstück 1 ist in beliebiger Weise in Schwingungen versetzbar. Die angegebenen Doppelpfeile zeigen die alternativ oder gekoppelt anwendbaren Schwingungsrichtungen an, die im wesentlichen als Längsschwingungen oder als Drehschwingungen der Rohrwand erfolgen können. Um die Schwingungen der geraden Rohrstücke auch bei mit Umlenkungen versehenen Rohrleitungen unbehindert zu ermöglichen, sind Ausführungen nach den Abb. 7 oder 8 erforderlich.

Bei der Umlenkung gemäß A b b. 7 ist mit dem vertikalen entsprechend dem Doppelpfeil 2 in Schwingungen versetzbaren Rohrstück 1 ein Formstück 3 starr verbunden, das einen schräg nach unten geneigten seitlichen Ansatz 4 trägt. Über ein schlauch- oder wellrohrartiges elastisches Verbindungsstück 5 ist der Ansatz4 des Formstückes 3 mit einem in Förderrichtung nachfolgenden horizontalen Rohrstück 6 verbunden, das entsprechend dem Doppelpfeil 7 in Schwingungen versetzbar ist.

Zur Umlenkung einer horizontalen in eine vertikale Förderrichtung dient die Anordnung nach der Abb. 8. Dabei ist mit dem horizontalen, entsprechend dem Doppelpfeil 9 in Längsschwingungen versetzbaren Rohrstück 8 über ein elastisches Verbindungsstück 11 der seitliche, schräg nach unten gerichtete Ansatz 12 eines starren Formstückes 10 verbunden, das starr an das in Förderrichtung nachfolgende, im Sinne des Doppelpfeiles 14 in Längsschwingungen versetzbare vertikale Rohrstück 13 angeschlossen ist.

Außer der reinen Förderaufgabe läßt sich das Fördersystem nach der Erfindung vorteilhaft auch bei der Durchführung physikalischer und/oder chemischer Behandlung körniger Güter einsetzen, wobei die für das Verweilzeitverfahren des zu behandelnden Gutes günstige Kolbenströmung des Gutes bei völligem Ausfüllen des Rohrquerschnittes vorteilhaft ist. Wegen des geringen Fluid-Massenstromes ist auch eine Ersparnis an gegebenenfalls inertem und deshalb teurem Fördergas möglich. Außerdem bietet diese schwingungsunterstützte pneumatische Förderung im Vergleich zu den bekannten pneumatischen Förderverfahren folgende Vorteile:

1. Erheblich geringerer Energieverbrauch.

2. Schonender Guttransport bei geringen Geschwindigkeiten.

3. Geringer Verschleiß auch bei abrasivem Fördergut.

4. Wegen des geringen Fördergasdurchsatzes sehr viel geringerer Aufwand zur Druckerhöhung bzw. zur Abreinigung der Förderluft.

5. Wegen vergleichsweise hohen Schwingungsbeschleunigungen des Förderrohres keine Verstopfungsgefahr auch bei feinkörnigem Fördergut und längeren Förderleitungen.

Die Vorteile 1 bis 4 gelten im Vergleich zur pneumatischen Flugförderung, während der Vorteil 5 besonders gegenüber der pneumatischen Schubförderung ohne Schwingungsunterstützung von Bedeutung ist.

Formelzeichen

A Querschnittsfläche des Förderrohres [m²]
d_p Partikeldurchmesser [m]
/' Schwingungsfrequenz [s"¹]

g Erdschwere [m/s²]

L Rohrlänge [m]

M_s Schüttgutmass.· im Rohrelement L [kg]

M₅ Feststoffmassenstrom [kg/s]

AP Druckverlust [kg/ms²]

P Schleppkraft des Fördergases [kg m/s²]

P_ges Gesamtschleppkraft [kg m/s²] _:;

R Reibkraft [kg m/s²]

/ Zeit [s] I

u„f Lockerungsgeschwindigkeit [m/s] |:

u Leerrohrgeschwindigkeit des Fördermediums [m/s] |

ν mittlere Geschwindigkeit des Feststoffes [m/s] j?

v₀ Bezugsgeschwindigkeit des Feststoffes [m/s] i

χ (r) Schwingungsausschlag zur Zeit t [m]

X₃ Schwingungsamplitude [m]

χ (f) Geschwindigkeit zur Zeit t [m/s]

xU) Beschleunigung zur Zeit / [m/s²]

5c_max Maximalbeschleunigung [m/r]

y (ι) Fördergutgeschwindigkeit zur Zeit / [m/s]

y (t) Fördergutbeschleunigung zur Zeit /[m/s²]

c_L Porosität des Fördergutes [-]

ω Kreisfrequenz [s"¹]

p_s Feststoffdichte [kg/m³] '

μ Reibwert [-]

το Zeitpunkt zu dem das Förderrohr gerade die Geschwindigkeit der Schüttgutsäule annimmt [-]

η Zeitpunkt zu dem das Förderrohr gerade die Geschwindigkeit der Schüttgutsäule annimmt [-]

T₂ Zeitpunkt zu dem das Förderrohr gerade die Geschwindigkeit der Schüttgutsäule annimmt [-]

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

r| Patentansprüche:

«j 1. Verfahren zum pneumatischen Fördern körniger Feststoffe durch horizontale, vertikale oder geneigte

M Rohrleitungen, die gleichzeitig in periodische Schwingungen versetzt werden, gekennzeichnet durch

f? 5 die folgende Kombination:

ti· a) das körnige Fördergut wird so in die Rohrleitung eingebracht, daß es das Förderrohr vollständig ausfüllt,

|- b) die der Leitung pro Zeiteinheit zugeführte Menge des Fördergases wird so bemessen, daß das Fördergut

|f in einem nicht schwingenden, senkrecht nach oben führend gedachten Rohrabschnitt den Zustand der

|fi 10 Minimalfluidisation (Lockerungspunkt) nicht wesentlich überschreitet,

\$ c) die Stärke der etwa axial oder in Umfangsrichtung verlaufenden Schwingungen wird so eingestellt, daß

P das Produkt aus der Schwingungsamplitude der Innenwand des Förderrohres mit dem Quadrat der

i Kreisfrequenz der Schwingung den Zahlenwert der Erdbeschleunigung erreicht oder überschreitet