DE3400922A1

DE3400922A1 - Fluidisierungsvorrichtung fuer feste teilchen

Info

Publication number: DE3400922A1
Application number: DE19843400922
Authority: DE
Inventors: James Philip Lakewood Col. Diebold; John William Golden Col. Scahill
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1983-01-12
Filing date: 1984-01-12
Publication date: 1984-07-12
Also published as: GB8333952D0; IT8419118A0; IT1173005B; JPS59138533A; GB2133392A; GB2133392B; CA1226247A

Description

R 7241

Fluidisierungsvorrichtung für feste Teilchen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erleichterung des Flußes von festen Teilchen durch einen Behälter oder Trichter, und zwar insbesondere von Teilchen, die von faserartiger oder unregelmäßiger Form sind.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Erleichterung des Flußes fester Teilchen durch einen Behälter, und zwar insbesondere von teilchenfaserartiger oder unregelmäßig geformter Natur, und zwar mit im wesentlichen konstanter Massenströmungsrate oder Geschwindigkeit.

Ein übliches industrielles Verfahren sieht vor, daß man

feste Teilchen eines Speisematerials durch einen Behälter oder Trichter fließen läßt. Bei einem typischen Trichtersystem dreht sich am Boden des Trichters eine Schnecke und liefert das Speisematerial durch eine Zumeßöffnung. Idealerweise bestimntdie Drehzahl,mit der sich die Schnecke dreht, die Strömungsgeschwindigkeit des Speisematerials. Eine mechanische Rührvorrichtung kann dazu verwendet werden, um das teilchenförmige Material oberhalb der Schnecke zu fluidisieren. Idealerweise hat das Speisematerial eine gleichförmige Schüttdichte und fließt durch den Trichter mit einer konstanten Massenströmungsgeschwindigkeit. Diese idealen Bedingungen sind schwer zu erreichen, und zwar insbesondere mit faserartigem oder unregelmäßig geformtem Material, wie beispielsweise bei Holzmehl oder Sägespänen. Diese Materialien besitzen einen hohen Ruhewinkel und haben die Tendenz, selbsttragende stabile Gewölbe oberhalb der Rührvorrichtung zu bilden, während die fluidisierten Feststoffe an der Schnecke ausgehen, so daß die Massenströmungsgeschwindigkeit durch die Schnecke abnimmt und schließlich Null erreicht. Alternativ kann das Gewölbe zusammenfallen und einen vertikalen "Kamin" in dem teilchenförmigen Material bilden, wobei die Wände dieses Kamins selbsttragend sind und die gleiche Schwierigkeit wie oben hervorrufen.

Es wurden bereits verschiedene Vorrichtungen verwendet, um Gewölbe und Kamine zu zerstören. Diese Vorrichtungen umfaßten typischerweise die Bewegung des Trichters und/oder großer Teile der Trichterinhalte. Beispielsweise kann eine Vertikalwelle innerhalb des Trichters vorgesehen sein, und zwar mit einer Vielzahl von entlang der Wellenlänge angeordneten horizontalen Stangen, und die gesamte Vorrichtung kann in Vibration versetzt oder gedreht werden, um die Agglomeration des Speisematerials zu verhindern. Eine andere

Ιο-

Vorrichtung sieht Blasen innerhalb des Behälters vor, die aufgeblasen werden, um die im Speisematerial gebildete Brücke zum Zusammenfallen zu bringen. Diese beiden Vorrichtungen benötigen im allgemeinen unerwünscht hohe Energiemengen um ordnungsgemäß zu arbeiten. Darüber hinaus kann bei Trichtern mit elektronisch gesteuerter Schneckendrehzahl entsprechend der Massenströmungsgeschwindigkeit die extreme Bewegung den Normalbetrieb des elektronischen Systems durcheinanderbringen.

Zusammenfassung der Erfindung.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzusehen, um den Fluß teilchenförmiger Feststoffe durch einen Trichter zu erleichtern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzusehen, um den Fluß faserartiger oder unregelmäßig geformter fester Teilchen durch einen Trichter zu erleichtern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzusehen, um den Fluß faserartiger oder unregelmäßig geformter teilchenförmiger Feststoffe durch einen Behälter mit einer im wesentlichen konstanten Massenströmungsgeschwindigkeit vorzusehen.

Fernerhin bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, um den Fluß faserartiger oder unregelmäßig geformter teilchenförmiger Feststoffe durch einen Behälter zu erleichtern, und zwar mit minimalem Energieverbrauch.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

400922

1.

Erfindungsgemäß ist eine flexible Peitsche von einem Ende eines Behälters oder Trichters oberhalb der Schnecke herabhängend angeordnet. Die Peitsche hängt an einem kleinen Drehmotor, der bei Inbetriebsetzung bewirkt, daß das freie Ende der Peitsche eine im ganzen kreisförmige Bahn beschreibt, innerhalb der sich die Peitsche in einer exzentrischen nahezu zufälligen Art und Weise bewegt. Wenn sich das freie Ende der Peitsche bewegt, schlägt es gegen das teilchenförmige Material im Trichter und fluidisiert somit die Feststoffe, um jedwede Gewölbe oder Kamine herum, die in ihrem Aufbau begonnen haben mögen. Dies hat eine im wesentlichen konstante Massenströmungsgeschwindigkeit zur Folge. Weil nur ein kleiner Teil des teilchenförmigen Speisematerials zu einer bestimmten Zeit fluidisiert wird, verbraucht die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine minimale Energiemenge. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt im allgemeinen auch nicht irgendwelche Hilfselektroniksysterne, die im übrigen in dem Trichtersystem arbeiten können.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung: In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem typischen Trichtersystem vor der Zugabe des festen teilchenförmigen Materials;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Trichtersystem,

wobei insbesondere ein durch die festen Teilchen gebildetes selbsttragendes Gewölbe und ein Kamin dargestellt sind?

2.

Fig. 3a bis 3d Bewegungsmuster, der erfindungsgemäßen

Vorrichtung innerhalb des Trichters.

Im folgenden sei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung kurz beschrieben. Andere Ausführungsbeispiele sind dem Fachmann gegeben.

Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift definiert der Ausdruck "Peitsche" ein langgestrecktes flexibles und elastisches Glied, welches in der Lage ist, eine peitschenartige Bewegung auszuführen und aus einem Federdraht, Gummi, flexiblem Kunststoff oder dgl. besteht.

Der Ausdruck "exzentrisch" beschreibt Bewegungsbahnen, die im allgemeinen kreisförmig sind, die aber gegenüber einer vorbestimmten Drehachse gegenüber der Mitte versetzt sind.

Fig. 1 ist eine perspektivische aufgeschnittene Ansicht eines Trichtersystems, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist, und zwar dargestellt vor der Zugabe der festen (soliden) Teilchen. Der Trichter 10 ist mit einer Rühr- oder Bewegungsvorrichtung 14 ausgestattet, die sich um ihre Mittelstange 16 verdreht, um die teilchenförmigen Feststoffe oberhalb einer Schnecke 18 zu fluidisieren. Die Schnecke 18 dreht sich, um die Teilchen durch Rohr 19 aus dem Trichter 10 heraus abzugeben. Fig. 2 ist ein Querschnitt des Trichtersystems längs Linie 2-2 in Fig. 1. Wie gezeigt, können die faserartigen oder unregelmäßig geformten Teilchen 12 oberhalb der Rührvorrichtung 14 zusammengepackt sein, und ein selbsttragendes Gewölbe 20 bilden. Es ist offensichtlich, daß die Ausbildung des Gewölbes 20 den stetigen Fluß teilchenförmiger Feststoffe 12 zur Bewegungsvorrichtung 14 verhindert. Das Gewölbe 20 kann teilweise zusammenfallen und einen Kamin

22 bilden. Das plötzliche Zusammenfallen hat eine nichtgleichförmige Massenströmungsgeschwindigkeit durch die Schnecke zur Folge. Darauffolgend auf die Ausbildung des Kamins 22 können nicht-gleichförmige Brocken teilchenförmigen Festmaterials 12 zufällig im Kamin 22 zur Bewegungsvorrichtung 14 herabfallen und die Massenströmungsgeschwindigkeit weiter stören.

Diese Schwierigkeiten können mittels der vorliegenden Erfindung überwunden werden. Die Peitsche 30 hängt vom Drehmotor 32 in den Trichter 10 oberhalb der Bewegungsvorrichtung 14 herab. Die Peitsche 30 kann mit dem Motor 32 mittels einer starren Welle 36 verbunden sein. Die Welle 36 ist vorzugsweise leicht gebogen, so daß die Peitsche 30 schräg bezüglich der Vertikalen hängt. Die Peitsche 30 kann mit einem Anker 34 aus noch zu diskutierenden Gründen ausgestattet sein. Die Auswahl des Materials für den Anker 34 ist nicht wesentlich; wenn beispielsweise die Peitsche 30 ein Federdraht ist, so kann der Anker 34 eine Schraubenfeder sein. Der Betrieb des Motors 32 veranlaßt die Welle 36 sich zu drehen, und zwar vorzugsweise mit zwischen einer und zehn Umdrehungen pro Sekunde, so daß der Anker 34 eine große im ganzen kreisförmige Bahn durchläuft, innerhalb welcher Peitsche 30 und Anker 34 eine exzentrische nahezu zufällige Bewegung ausführen. Diese Bewegung veranlaßt die Peitsche 30 und den Anker 34 gegen die Wände des Gewölbes 20 und Kamins 22 zu schlagen, auf welche Weise die teilchenförmigen Feststoffe 12 Stöße erhalten, was die Wände zum Einfallen bringt. Dies fördert eine im wesentlichen konstante Massenströmungsgeschwindigkeit von teilchenförmigen Feststoffen 12, zur Betätigungsvorrichtung und zur Schnecke 18.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Fig. 3a bis 3d veranschaulicht. Fig. 3a zeigt die Peit-

Ao.

sehe 30 bei nicht im Betrieb befindlichem Motor 32. Die Peitsche 30 hängt schräg und ist von Feststoffen 12 umgeben. Fig. 3b zeigt die Bewegung der Vorrichtung, wenn der Motor 32 zuerst eingeschaltet ist. Die Welle 36 zieht die Peitsche 30 auf einer im ganzen kreisförmigen Bahn. Man erkennt, daß dann, wenn die Peitsche 3 0 anfangs von Feststoffen 12 umgeben ist, deren Bewegung stark gedämpft wird, so daß nur ein einen kleinen Durchmesser aufweisender Kern der teilchenförmigen Feststoffe 12 fluidisiert wird. Dieser fluidisierte Kern von Feststoffen läuft durch die Bewegungsvorrichtung 14 und erzeugt einen vertikalen Kamin 22, wobei der Boden des Kamins unmittelbar über·Anker 34 liegt. Wenn der Bodenpegel des Kamins unter Anker·34 fällt, so wird die Dämpfungswirkung der Feststoffe an der Peitsche 30 verloren und die Amplitude der Peitsche,nbewegungen steigt derart an, daß sich die Peitsche 30 ,exzentrischer bewegt und auf die Wände aufschlägt, und zwar mit einem Variationskoeffizienten von 2%. So entsteht der erfindungsgemäße Kamin 22 gemäß Fig. 3c. Jeder Schlag der Peitsche 30 auf die Kaminwände entfernt typischerweise eine kleine Menge an Feststoffen. Diese entfernten Feststoffe fallen nach unten und bedecken den Anker 34 und den unteren Teil der Peitsche .30, auf welche Weise momentan die Bewegungen der Peitsche 30 in Fig. 3d gezeigt, gedämpft werden. Man erkennt, daß die Fig. 3b und 3d im wesentlichen den gleichen Zustand veranschaulichen. Auf diese Weise wird die Peitsche 30 veranlaßt, zwischen ungedämpften Bewegungen großer Amplitude und gedämpften Bewegungen einer viel kleineren Amplitude abzuwechseln. Dieser sich selbst aufrechterhaltende Zyklus hält einen relativ konstanten Pegel von Feststoffen oberhalb der Bewegungsvorrichtung 14 aufrecht, was eine im wesentlichen gleichförmige Schüttdichte oberhalb der Schnekke 18 ergibt und eine im wesentlichen konstante Massenströmungsgeschwindigkeit mit konstanter Schneckendrehzahl zur Folge hat.

-lsi- . ^; Aft.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit konstanter Schneckendrehzahl in Probeversuchen, besaßen 23 aufeinanderfolgende Einminuten-Proben von -80 Maschen Kiefernmehl untör Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei konstanter Schneckendrehzahl, einen Variationskoeffizienten von nur 1%. Ähnliche Tests mit bekannten Vorrichtungen unter Verwendung des gleichen Speisematerials ergaben einen Variationskoeffizienten von 2%. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit den Vorteil, eine im wesentliche konstante Massenströmung bei konstanter Schneckendrehzahl zu liefern. Dies kann die Verwendung komplizierter elektronischer Systeme vermeiden, die zur Veränderung der Schneckendrehzahl bei Variationen der Massenströmungsgeschwindigkeit dienen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine minimale Energiemenge benötigt wird, da nur eine kleine Menge an Feststoffen in jedem Zeitpunkt fluidisiert wird',, an Stelle des gesamten Trichterinhalts. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß auf das Trichtersystem nur ein relativ kleiner physikalischer Effekt ausgeübt wird, so daß keine Störung bei anderen zugehörigen Elektroniksystemen auftritt. ' .

Abwandlungen der Erfindung sind dem Fachmann gegeben.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: Eine in einem ^Trichter aufgehängte flexible Peitsche wird dazu veranlaßt, gegen faserartige und unregelmäßig geformte Teilchen im Trichter zu schlagen, um die Teilchen zu fluidisieren und den Teilchenfluß durch den Trichter zu erleichtern. Die,-^Erfindung ermöglicht den Teilchenstrom mit einer im wesentlichen konstanten Massenströmungsgeschwindigkeit und verwendet dabei ein Minimum an Energie.

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Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung zur Erleichterung der Strömung fester Teilchen durch die öffnung eines Trichters, dadurch gekennzeichnet , daß eine flexible Peitsche (30) innerhalb des Behälters (10) mit einer im ganzen vertikalen Orientierung derart angeordnet ist, daß das Ende der Peitsche frei oberhalb der öffnung hängt, und wobei die Peitsche mit Mitteln gekuppelt ist, die dazu dienen, die Drehung der Peitsche um eine Vertikalachse innerhalb des Trichters derart zu bewirken, daß die Peitsche auf die festen Teilchen innerhalb des Behälters aufschlägt, wodurch die Fluidisierung der festen Teilchen oberhalb der öffnung bewirkt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Hervorrufung der Bewegung der Peitsche ein Drehmotor sind, der mit den Befestigungsmitteln gekuppelt ist, was die Peitsche zur Bewegung in exzentrischer Weise auf einer im ganzen kreisförmigen Bahn veranlaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anordnung der Peitsche eine im wesentlichen starre Welle aufweisen, von der ein Ende an der Peitsche befestigt ist, während das andere Ende am Drehmotor befestigt ist, und wobei die Welle ferner die Peitsche schräg bezüglich der Vertikalen trägt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anker am freihängenden Ende der Peitsche befestigt ist.
5. Vorrichtung zur Erleichterung der Strömung fester faserartiger oder unregelmäßig geformter Teilchen durch die Zumeßöffnung eines Trichters, mit einer im wesentlichen konstanten Massenströmungsgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch:

eine flexible Peitsche,

Mittel zur Befestigung der Peitsche in einer im ganzen vertikalen Orientierung innerhalb des Trichters derart, daß ein Ende der Peitsche frei oberhalb der Öffnung aufgehängt ist,

Mittel zur Verursachung der Drehung der Peitsche um eine vertikale Achse innerhalb des Trichters derart, daß die Peitsche in exzentrischer Weise sich innerhalb einer im ganzen kreisförmigen Bahn bewegt und auf die festen Teilchen innerhalb des Trichters aufschlägt, wodurch die festen Teilchen derart fluidisiert werden, daß dann, wenn das frei suspendierte Ende der Peitsche unterhalb des Niveaus des teilchenförmigen Materials sich befindet, die exzentrischen Bewegungen eine kleinere Amplitude besitzen und weniger teilchenförmiges Material durch die Bewegungen fluidisiert wird, und wobei dann, wenn das frei aufgehängte Ende oberhalb des Niveaus der Teilchen angeordnet ist, die exzentrischen Peitschenbewegungen eine größere Amplitude aufweisen und mehr teilchenförmiges Material durch diese Bewegungen fluidisiert wird, wodurch die Vorrichtung das teilchenförmige Material veranlaßt, durch die Öffnung mit einer im wesentlichen konstanten Massenströmungsgeschwindigkeit zu fließen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Hervorrufung der Drehbewegung der Peitsche um die Vertikalachse ein Drehmotor, gekuppelt mit dem Befestigungsmitteln, ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anordnung der Peitsche eine im wesentlichen starre Welle aufweisen, deren eines Ende an der Peitsche befestigt ist, und deren anderes Ende am Drehmotor befestigt ist, wobei die Welle ferner die Peitsche schräg bezüglich der Vertikalen trägt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anker am freihängenden Ende der Peitsche befestigt ist.