DE4006935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fließbettapparatur zum Mischen, Trocknen und Beschichten von pulvrigem, körnigem und geform­ tem Schüttgut; insbesonders eine Vorrichtung zur Beschichtung von Trägerkatalysatoren, wobei die Katalysatorträger in einer Wirbelschicht fluidisiert und durch Besprühen beschichtet werden.

Die DE-PS 8 72 928 beschreibt eine Fließbettapparatur beste­ hend aus einem zylindrischen Behälter mit einem sich veren­ genden Unterteil, welches in einen kübelförmigen Abschnitt mündet. Der Behälter ist oben mit einem Deckel verschlossen, durch den ein Tauchrohr eintritt, welches bis in den Kübel­ abschnitt hineinragt. Im oberen Teil des Behälters wird das Tauchrohr von einer schirmförmigen Prallplatte umschlossen. Das Tauchrohr ist mit einem Mantelrohr größeren Durchmessers aber geringerer Länge umgeben, welches ebenfalls bis in den kübelförmigen Abschnitt des Behälters hineinragt, aber im Abstand zum Prallschirm endet. Im Abstand zum unteren Ende des Tauchrohres ist ebenfalls eine Prallplatte angebracht.

In dieser Vorrichtung wird die durch das Tauchrohr eingebla­ sene Luft im Mantelrohr nach oben ausgeblasen und von dem Prallschirm nach außen umgelenkt. Das Schüttgut wird durch das sich verengende Unterteil des Behälters auf die untere Prallplatte bewegt und vom Luftstrom in das Mantelrohr mit­ gerissen.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die nur mäßige Fluidi­ sierung des Schüttguts, da nur geringe Anteile durch das Mantelrohr nach oben gefördert werden. Aufgrund der nur ge­ ringen Fluidisierung besteht auch die Gefahr der Verstopfung der unteren Mündung des Mantelrohrs. Vor allem kann es auf­ grund des geringen Abstands zwischen Mantelrohr-Oberkante und Prallschirm zur Beschädigung und Zerkleinerung des Schüttguts kommen.

Die EP-A 1 03 894 beschreibt eine Fließbettapparatur, bestehend aus einem rotationssymmetrischen Behälter mit nach unten ab­ nehmendem Durchmesser, dessen Unterteil in eine Schüssel einmündet. Von oben her ragt axial ein Tauchrohr bis in die Schüssel hinab, so daß zwischen Tauchrohr und Schüsselwand ein enger Ringraum gebildet wird. Am oberen Drittel des Tauchrohrs ist ein Abweisschirm angeordnet.

Die in der DE-A 35 20 718 beschriebene Fließbettapparatur ar­ beitet nach demselben Prinzip wie die in der EP-A 1 03 894 be­ schriebene, mit dem Unterschied, daß die der Fließbettapparatur angeschlossene Filtereinheit mit einem Drehflügel zur besseren Entfernung des Schüttguts ausgestattet ist. Auch in der DE-A 35 23 990 wird das aus der EP-A 1 03 894 bekannte Prinzip verwirklicht, wobei hier oberhalb des Abweisschirms eine Filtereinheit angebracht ist. Gleiches gilt für die Lehre der DE-A 34 30 633, wobei hier im Unterschied zur EP-A 1 03 894 neben dem Tauchrohr noch ein Ringspalt als Gaseinlaß instal­ liert ist.

In dieser Art Fließbettapparatur reißt der aus dem Ringraum nach oben in den Behälter austretende Gasstrom das Gut rings um das Tauchrohr nach oben mit; das Gut wird vom Abweisschirm nach außen umgelenkt und gelangt längs der nach unten konvergierenden Innenwand des Behälterunterteils wieder in die Nähe der Schüssel, von wo aus das Gut erneut rings um das Tauchrohr nach oben mitgerissen wird. Daraus ergibt sich eine gleichmäßige Umwälzung des im Behälter enthaltenen Gutes. Diese Umwälzung nimmt bei ausreichender Strömungs­ geschwindigkeit des Gases sogar die Form einer vollständigen Fluidisierung des Gutes an.

Von Nachteil ist bei dieser Art der Fluidisierung, daß ein erheblicher Teil der Bewegungsenergie des Gasstromes für die Überwindung von Reibungskräften zwischen am Tauchrohr auf­ wärts steigendem Gutsstrom und seitlich einfließendem Schüttgut verwendet werden muß. Bei größeren Apparaten und Schütthöhen und bei stoßempfindlichem Gut, wie zum Beispiel Keramikringen, führt dies zu einem unerwünschtem Bruchan­ teil. Des weiteren wird bei der gegenseitigen Reibung der Teilchen der Abrieb erhöht; dieser kann bei der Beschichtung im Gemisch mit einem flüssigen Sprühmittel zu unerwünschten Anbackungen an den Teilchen beziehungsweise an der Vorrich­ tung führen.

In der US-A 25 61 394 wird eine Apparatur zur Auftrennung von Gemischen beschrieben, die gasförmige, flüssige und feste Stoffe enthalten. Das Funktionsprinzip dieser Vorrichtung ist grundsätzlich verschieden von dem in der vorliegenden Anmeldung beanspruchten.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Fließbettapparatur zur Verfügung zu stellen, mit der eine ausreichende Fluidisierung sichergestellt ist, ohne jedoch zur Beschädigung des Schüttguts zu führen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Fließbettapparatur zum Mi­ schen, Trocknen und Beschichten von pulvrigem, körnigem und geformtem Schüttgut, insbesonders zur Beschichtung von Träger­ katalysatoren durch Besprühen, bestehend aus einem kugel­ förmigen Behälter (1), der mit seinem Behälterunterteil (3) in eine Schüssel (4) übergeht und einem Tauchrohr (6), das sich axial im Behälter (1) nach unten erstreckt und in der, gegebenenfalls mit Sprühdüsen versehenen Schüssel (4) endet, wobei innerhalb des Behälteroberteils (14) ein ringförmiger Abweisschirm (8) am Tauchrohr (6) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälterunterteils (3) ein Stützrohr (11) mit einem größeren Durchmesser als das Tauchrohr (6) konzentrisch zum Tauchrohr (6) so angeordnet ist, daß zwischen dem Schüsseloberrand (20) und dem unteren Rand des Stützrohres (11) ein ringförmiger Durchlaß (12) und zwischen dem Abweisschirm (8) und dem oberen Rand des Stützrohres (11) ein ringförmiger Durchlaß (13) frei­ gelassen wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß das fluidisierte Gut mit dem durch das Tauchrohr (6) eingeführ­ ten Gasstrahl zwischen dem Stützrohr (11) und dem Tauchrohr (6) aufwärts gefördert wird, bis es vom Abweisschirm (8) umgelenkt wird, während das Schüttgut, das sich im Raum zwischen Stützrohr (11) und Behälterwand befindet, durch die Schwerkraft in den ringförmigen Durchlaß (12) zwischen dem unteren Rand des Stützrohres (11) und dem Behälterunterteil (3) wandert, um dort erneut durch den Gasstrom fluidisiert und aufwärts gefördert zu werden.

Durch die Trennung des abwärts bewegten Schüttguts vom flui­ disierten, aufwärts geförderten Partikelanteil mittels des Stützrohres (11) innerhalb des Behälterunterteils (3) wird eine wesentliche Verminderung der Reib- und Stoßkräfte der Partikel erreicht; mit dem Ergebnis, daß die Umwälzung des Gutes bei ansonsten identischer Vorgehensweise, mit dem er­ findungsgemäßen Stützrohr wesentlich schneller, gründlicher und schonender erfolgt als ohne das Stützrohr.

In völlig unerwarteter Weise kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mit reduzierter Fördergasmenge, unter we­ sentlich schonenderen Bedingungen, eine ausreichende Fluidi­ sierung mit geringeren Bruchanteilen erreicht werden, im Vergleich mit Vorrichtungen, die kein Stützrohr (11) mit der erfindungsgemäßen Anordnung enthalten. Allein durch die re­ duzierte Fördergasmenge können erhebliche Energiekosten ein­ gespart werden.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist in der Abbildung Fig. 1 dargestellt:

Die Fließbettapparatur besteht aus einem kugelförmigen Be­ hälter (1) und ist in Bezug auf eine senkrechte Behälterach­ se (2) rotationssymmetrisch. Der Behälter (1) ist aus einem Behälteroberteil (14) und einem Behälterunterteil (3) aufge­ baut, welche jeweils die Form einer Kugelschalenzone haben, und vorzugsweise aus Glas oder Stahl hergestellt sind und dichtend aneinanderliegende Flansche (15) und (16) aufweisen.

An das Behälteroberteil (14) schließt sich nach oben hin ein Behälteraufsatz (17) an, während das Behälterunterteil (3) nach unten hin in eine Schüssel (4) übergeht. Am Behälter­ aufsatz (17) und an der Schüssel (4) sind je zwei Bügel (18) und (19) befestigt, die miteinander verspannt sind, bei­ spielsweise durch übliche Übertotpunktverschlüsse oder ähn­ liche Schnellverschlüsse, die es ermöglichen, die Behälter­ teile (3) und (14) zum Reinigen rasch auseinanderzunehmen. Dabei bleibt entweder das Behälteroberteil (14) über den Be­ hälteraufsatz (17), oder das Behälterunterteil (3) über die Schüssel (4), an einer nicht dargestellten Tragkonstruktion beliebiger Art abgestützt.

Die Schüssel (4) hat einen erweiterten oberen Bereich (20), in dem mehrere nach oben gerichtete und leicht nach innen geneigte Düsen (21) zum Besprühen des fluidisierten Gutes (10) angeordnet sind. An den oberen Randbereich (20) der Schüssel (4) schließt sich nach unten hin eine zylindrische Wand (5) an; auf diese folgt weiter unten ein Umlenkbereich, der teilweise von einem höhenverstellbaren Verschlußkörper (22) gebildet wird. Der Verschlußkörper (22) ist wie die Schüssel (4) insgesamt rotationssymmetrisch und hat eine axial nach oben gerichtete Spitze. In der Abbildung ist der Verschlußkörper (22) mit vollen Linien in seiner Betriebs­ stellung gezeichnet, in der er die Schüssel (4) nach unten hin dicht abschließt. Aus dieser Stellung läßt sich der Ver­ schlußkörper (22) in eine mit gestrichelten Linien angedeu­ tete Öffnungstellung anheben, in der das nicht fluidisierte Gut (9) durch die Schüssel (4) hindurch nach unten abfließen kann.

Durch den Behälteraufsatz (17) hindurch ist ein Tauchrohr (6) bogenförmig nach innen geführt, das sich dann axial im Behälter (1) nach unten erstreckt, kurz vor dem Boden der Schüssel (4) endet, vorzugsweise ist der maximale Bodenab­ stand gleich dem Radius des Tauchrohres (6), und zusammen mit deren zylindrischer Wand (22) einen zylindrischen Ring­ raum (7) begrenzt. Das äußere Ende des Tauchrohres (6) läßt sich an die Druckseite eines Gebläses anschließen, das Luft oder ein anderes Gas durch die Apparatur hindurchfördert. Das Gebläse gehört nicht zu der Wirbelschichtapparatur selbst, kann von üblicher Bauart sein und ist deshalb in der Abbildung nicht dargestellt.

Innerhalb des Behälteroberteils (14) ist am Tauchrohr (6) ein ringförmiger Abweisschirm (8) befestigt, dessen Rand in einer zur Behälterachse (2) normalen, im dargestellten Bei­ spiel also waagrechten Ebene liegt und zwischen sich und der Innenwand des Behälters (1) einen ringförmigen Durchlaß (23) frei läßt, so daß das Gas am Abweisschirm (8) vorbei nach oben in den Behälteraufsatz (17) strömen kann, der an der Saugseite eines Gebläses anschließbar ist.

Innerhalb des Behälterunterteils (3) ist konzentrisch zum Tauchrohr (6) ein Stützrohr (11) mittels mehrerer Rippen (24) am Tauchrohr (6) befestigt. Wahlweise kann das Stütz­ rohr (11) auch an der Behälterwand (1) befestigt sein. Das Stützrohr (11) besitzt einen größeren Durchmesser als das Tauchrohr (6), vorzugsweise ist der Durchmesser des Stütz­ rohres (11) gleich oder größer als der Durchmesser der Schüssel im unteren zylindrischen Teil (5), und läßt zwischen seinem unteren Rand und dem Schüsseloberrand (20) einen ring­ förmigen Durchlaß (12) frei, so daß das Schüttgut durch Schwerkraft in den Bereich der Düsen (21) und in den Bereich zwischen Stützrohr (11) und Tauchrohr (6) gelangen kann, wo es durch Fluidisierung aufwärts gefördert wird.

Das Stützrohr (11) läßt außerdem zwischen seinem oberen Rand und dem Abweisschirm (8) einen ringförmigen Durchlaß (13) frei, in dem der Förderstrom umgelenkt wird. Das Stützrohr (11) ist konisch oder zylindrisch ausgebildet, wobei ein konisches Stützrohr den größeren Durchmesser am oberen Rand aufweist, vorzugsweise ist es zylindrisch ausgebildet. Es kann zu Reinigungszwecken ausgehängt werden.

Das Stützrohr (11) ist in der Höhe verstellbar aufgehängt, wobei es so angeordnet ist, daß der obere Rand des Stützroh­ res (11) nicht über die Behältermittelachse (25) hinausragt und der ringförmige Durchlaß (12) mindestens die Höhe hat, die dem Abstand zwischen der Wand des Tauchrohres (6) und der Wand des Stützrohres (11) entspricht. Die Länge des Stützrohres (11) beträgt vorzugsweise zwischen einem Drittel bis zu zwei Drittel des Abstands zwischen Schüsseloberrand (20) und der Behältermittelachse (25).

Der Behälter (1) enthält pulvriges, körniges oder geformtes Gut, das gemischt, getrocknet oder beschichtet oder einer Kombination zweier oder mehrerer dieser Vorgänge unterworfen wird. Das Gut (9) ist in der Abbildung im Zustand der nicht fluidisierten Schüttung dargestellt, während Gut (10) den fluidisierten Anteil des Guts darstellt.

Im Betrieb saugt das erwähnte Gebläse Luft oder ein inertes Gas in erwärmtem, trockenem Zustand im Sinne der Pfeile in Fig. 1 durch die dargestellte Apparatur hindurch, wobei im Innenraum des Behälters ein Druck unter Umgebungsdruck herr­ schen kann. Durch die Düsen (21) werden gleichzeitig oder abwechselnd feste, pulverförmige oder flüssige Stoffe einge­ sprüht. Diese Stoffe lagern sich an dem fluidisierten Gutan­ teil (10) an, ehe sie irgendeine Wand der Vorrichtung errei­ chen. Sie lagern sich deshalb weder an der Innenwand des Be­ hälters (1) noch an das Tauchrohr (6) oder den Abweisschirm (8) oder das Stützrohr (11) an. Die dargestellte Apparatur eignet sich deshalb besonders gut zum Einsprühen von Stof­ fen, die sonst schwierig zu verarbeiten sind.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Einsatz in Verfahren zur Beschichtung von Trägerkataly­ satoren; beispielsweise für die Herstellung von Phthalsäure­ anhydrid. Herkömmliche Katalysatorträger sind als Kugeln, Zylinder, Ringe oder Säulen geformt; mit einer Korngröße (Durchmesser bzw. Länge) von 5 bis 15 mm. Gebräuchliche Ma­ terialien zur Herstellung der Träger sind Korund, Tonerde, Kieselgel oder auch Porzellan.

Zur Beschichtung wird die Schüttung der geformten Katalysa­ torträger mittels eines über das Tauchrohr (6) zugeführten Luftstroms, vorzugsweise mit einer Temperatur von 70 bis 130°C, fluidisiert. Die aktiven Katalysatorkomponenten werden vorzugsweise in Lösung oder Suspension, insbesonders in wäß­ riger Suspension, mittels der Düsen (21) auf die in Wirbel­ bewegung gehaltenen Katalysatorträger gesprüht, wobei beim Aufsprühen von wäßrigen Suspensionen das Wasser beim Auf­ treffen sofort verdampft.

Beispiel

Eine Fließbettapparatur gemäß Fig. 1 mit einem Stützrohr, das einen Innendurchmesser von 500 mm und eine Höhe von 210 mm besaß, wurde befüllt mit 150 kg Keramikringen mit 7 mm Außendurchmesser, 4 mm Innendurchmesser und 7 mm Länge. Die Umwälzleistung betrug beim Durchblasen einer Gasmenge von ca. 6000 Nm³/h ca. 180 kg/Minute.

Vergleichsbeispiel

Eine Fließbettapparatur analog dem Beispiel, jedoch ohne Stützrohr, wurde analog dem Beispiel befüllt. Die Umwälzlei­ stung betrug beim Durchblasen einer Gasmenge von ca. 9000 Nm³/h ca. 80 kg/Minute.

Claims (4)

1. Fließbettapparatur zum Mischen, Trocknen und Beschichten von pulvrigem, körnigem und geformtem Schüttgut, insbe­ sonders zur Beschichtung von Trägerkatalysatoren durch Besprühen, bestehend aus einem kugelförmigen Behälter (1), der mit seinem Behälterunterteil (3) in eine Schüssel (4) übergeht und einem Tauchrohr (6), das sich axial im Behälter (1) nach unten erstreckt und in der, gegebenenfalls mit Sprühdüsen versehenen Schüssel (4) endet, wobei innerhalb des Behälteroberteils (14) ein ringförmiger Abweisschirm (8) am Tauchrohr (6) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälter­ unterteils (3) ein Stützrohr (11) mit einem größeren Durchmesser als das Tauchrohr (6) konzentrisch zum Tauchrohr (6) so angeordnet ist, daß zwischen dem Schüssel­ oberrand (20) und dem unteren Rand des Stützrohres (11) ein ringförmiger Durchlaß (12) und zwischen dem Ab­ weisschirm (8) und dem oberen Rand des Stützrohres (11) ein ringförmiger Durchlaß (13) freigelassen ist.

2. Fließbettapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser des Stützrohres (11) gleich oder größer ist als der Durchmesser der Schüssel im unteren zylindrischen Teil (5).

3. Fließbettapparatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der obere Rand des Stützrohres (11) nicht über die Behältermittelachse (25) hinausragt und der ringförmige Durchlaß (12) mindestens die Höhe hat, die dem Abstand zwischen der Wand des Tauchrohres (6) und der Wand des Stützrohres (11) entspricht.

4. Fließbettapparatur nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Stützrohres (11) zwi­ schen einem Drittel bis zu zwei Drittel des Abstands zwischen Schüsseloberrand (20) und der Behältermittel­ achse (25) beträgt.