DE4331544A1 - Vorrichtung zum Durchführen von Stoffaustausch zwischen einem Mediumsstrom und einem Schüttgutbett - Google Patents

Description

Bei der Behandlung von Flüssigkeiten oder Gasen im Stoffaus­ tausch mit den Partikeln eines Schüttgut-Fließbetts sorgt man durch Böden, die gleichmäßig verteilte Öffnungen aufweisen, für gleichmäßige Verteilung des Mediums und des Schüttguts über den Querschnitt des den Behandlungsraum einschließenden Behälters. Bei diesen Böden kann es sich um Platten mit Löchern oder Schlitzen handeln. Dieser Begriff soll aber auch anders ausgebildete Böden wie beispielsweise Düsenböden, bodenartig angeordnete Rohre mit Löchern oder Schlitzen sowie Tragroste umfassen. Die Steiggeschwindigkeit des Mediums kann so bemessen sein, daß sich oberhalb des Bodens ein Schüttgut- Fließbett bildet. Jedoch sollen auch solche Fälle umfaßt werden, bei denen die Steiggeschwindigkeit zur Ausbildung eines Fließbetts zu gering ist, das Schüttgut aber durch die Einwirkung der aus den Bodenöffnungen austretenden Mediums­ strahlen in ständiger, das gesamte Schüttgutbett erfassender Bewegung gehalten wird. Um schädliche Ablagerungen zu vermei­ den, ist es dabei in der Regel erforderlich, eine gewisse Mindestgeschwindigkeit des Mediums einzuhalten. Andererseits kann es im Hinblick auf die gewünschte Aufenthaltsdauer des Mediums im Schüttgutbett erwünscht sein, die Mediumsgeschwin­ digkeit so gering zu halten, daß die Mindestgeschwindigkeit erreicht oder sogar bereichsweise unterschritten wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der genannten Art zu schaffen, bei der selbst bei gerin­ gen Mediumsgeschwindigkeiten schädliche Ablagerungen vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorzugsweise der Unteransprüche.

Während üblicherweise die Bodenöffnungen so gerichtet sind, daß die Mediumsstrahlen nach oben und quer zur Hauptrichtung des Bodens verlaufen, so daß zwischen den Öffnungen Zonen geringer oder fehlender Strömungsgeschwindigkeit entstehen, in denen die Gefahr von Ablagerungen groß ist, wird erfindungsge­ mäß durch die Ausrichtung der Öffnungen zur Bodenfläche eine Strömung geschaffen, die parallel zur Bodenfläche verläuft oder sogar schräg dagegen gerichtet ist, so daß sich Partikeln nicht ablagern können bzw. abgelagerte Partikeln weggeschwemmt werden. Es vollzieht sich auf diese Weise eine ständige Reinigung der Bodenfläche. In vielen Fällen genügt es, wenn nur einige der insgesamt vorhandenen Öffnungen in solcher Weise ausgerichtet sind, jedoch können auch sämtliche Öffnun­ gen so orientiert sein, daß sich diese Reinigungswirkung ergibt.

Die Führung der Strömung zumindest teilweise etwa parallel zur Bodenrichtung setzt voraus, daß entweder die Richtung der Mediumsöffnungen oder die Richtung der den Mediumsöffnungen jeweils zugeordneten Bodenabschnitte oder beide gegenüber herkömmlichen Anordnungen geändert werden. Bei einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Boden können beispiels­ weise die Öffnungen oder einige Öffnungen in Form von Düsen mit etwa horizontaler Austrittsrichtung ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Boden geneigte Flächenabschnitte auf, wobei die zugehörigen Mediums strahlen von unten her an diese Flächenabschnitte herangeführt sind. Dies gestattet es trotz bodenparalleler Strömung, der Strömungsrichtung eine aufwärts gerichtete Komponente zuzuordnen. Dieser Gedanke findet seine Ausbildung vorzugsweise darin, daß paarweise voneinander weggeneigte Flächenabschnitte Öffnungen enthalten, die jeweils zu dem anderen Flächenabschnitt gerichtet sind. Dadurch vermeidet man die Notwendigkeit, die Öffnungen anders als quer zu den sie enthaltenden Flächenabschnitten anzuordnen. Beispielsweise können die Öffnungsachsen rechtwinklig zu den sie enthaltenden Flächenabschnitten verlaufen und schließen die paarweise angeordneten Flächen einen Öffnungswinkel von nicht mehr als etwa 90° miteinander ein. Vorzugsweise ist dieser Winkel etwas kleiner als 90°, damit die Strömung trotz Strahlausbreitung intensiv an den zu reinigenden Flächen vorbeistreicht. Jedoch kann der Winkel auch etwas über 90° liegen, wenn infolge der Strahlausbreitung trotzdem eine hinreichende Reinigungswirkung gesichert ist. Dadurch, daß die Öffnungsrichtung quer zur Flächenrichtung verlaufen kann, bleibt die Möglichkeit erhal­ ten, die Öffnungen als einfache Bohrungen oder Schlitze auszubilden. Die Öffnungen benachbarter Flächenabschnitte werden zweckmäßigerweise versetzt zueinander angeordnet.

Wenn mit Verunreinigungen des von unten an einen Boden heran­ geführten Mediums gerechnet werden muß, die einer bestimmten Größenordnung angehören, ist es zweckmäßig, die Öffnungen beträchtlich größer auszuführen, damit die Öffnungen nicht verstopft werden können. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß das Medium zur Erhöhung der Einwirkungsdauer mehrfach im Kreislauf durch den Reaktor geführt werden muß, wobei Partikeln des im Austausch mit dem Medium stehenden Schüttguts mitgeschwemmt werden können, oder wenn mehrere Böden mit jeweils zugeordneten Cutbetten übereinander angeordnet sind, wobei jeweils Schüttgutpartikeln von einem Boden zu dem nächst höheren Boden gelangen können. In diesen Fällen sollen nach der Erfindung die Bodenöffnungen einen Durchmesser haben, der mehrfach größer ist als der Durchmesser der vom Medium mögli­ cherweise herangeführten Partikeln ist, damit die Öffnungen nicht etwa durch mehrere zusammengelagerte Partikeln verstopft werden können. Dies ist ein Merkmal, das ggf. unabhängig von den Merkmalen des Anspruchs 1 Schutz verdient, weil es üblich ist, bei Böden, welche Schüttgutbetten tragen, die Bodenöff­ nungen kleiner all den Partikeldurchmesser zu machen. Zwar nimmt die Erfindung in Kauf, daß bei Abschaltung des Mediums­ stroms das Schüttgut oder ein Teil desselben durch den Boden nach unten fällt; jedoch hat sie erkannt, daß sich das Schütt­ gut im Laufe des Prozesses wieder aufbaut oder durch kurzzei­ tig überhöhte Strömungsgeschwindigkeit wieder aufbauen läßt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt und

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung.

Die Behälterwand 1 schließt einen Behandlungsraum 2 ein, der unten durch einen Boden 3 begrenzt ist, dem von unten ein flüssiges oder gasförmiges Mediums angedeutet durch die Pfeile 4, zugeführt wird. Oberhalb des Bodens 1 befindet sich Schütt­ gut, dessen Partikeln 5 durch die Aufwärtsströmung des Mediums in der Schwebe gehalten werden als Fließbett oder zumindest durch die Mediumsbewegung umgewälzt werden. Die Mediumsge­ schwindigkeit ist so gewählt, daß sie geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Partikeln, so daß die Partikeln in der Regel innerhalb des Schüttgutbetts 6 zurückbleiben.

Bei den Partikeln kann es sich beispielsweise um Trägermateri­ al für mit dem Medium physikalisch, chemisch oder biologisch reagierende Stoffe handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Entnitratisierung von nitratbelastetem Wasser um poröse Feststoffpartikeln beispielsweise aus Bims, Kies, Kohle oder Ton vorbestimmter Körnung handeln, auf denen eine Mikroflora aufrechterhalten wird, die die gewünschte Beeinflussung des Mediums vollzieht. Dabei wird das Wasser zur Erzielung einer hinreichenden Einwirkungszeit im Kreislauf mehrfach durch den Reaktor geführt oder es werden mehrere derartige Reaktoren hintereinander geschaltet, beispielsweise durch Anordnung mehrerer Böden übereinander in einem Behälter oder durch Verbindung mehrerer einzelner Reaktoren.

Unter dem Schüttgut können auch solche Partikeln sein, deren Größe oder spezifisches Gewicht so gering ist, daß sie vom Medium aus dem Schüttgutbett heraus mitgeschwemmt werden können und im Kreislauf von unten her dem Boden wieder zugeführt werden. Bei herkömmlichen Böden führt dies zu Verstop­ fung, weil die Bodenöffnungen kleiner sind als die Partikeln. Erfindungsgemäß sind jedoch die Öffnungen 7, die im Boden 3 vorgesehen sind, im Durchmesser mehrfach größer als die Partikeln, mit denen man rechnen muß.

Ferner besteht - gerade auch bei mikrobiologischen Prozessen - die Gefahr, daß Schüttgut sich in der ruhigeren Zone zwischen benachbarten Öffnungen absetzt und festhaftende und in sich fest verbundene Ablagerung bildet. Dies stört nicht nur die Strömungsverhältnisse im Reaktor, sondern kann auch zu Ände­ rungen des Austauschprozesses führen, weil in den größeren, nicht bewegten Ablagerungen sich andere Verhältnisse einstel­ len können als in den in Umwälzung begriffenen Partikeln.

Diese Ablagerungen vermeidet die Erfindung dadurch, daß der Boden 3 zusammengesetzt wird aus einer Vielzahl von Flächen­ elementen 8, die jeweils mit einem benachbarten Flächenelement 8 einen sich nach oben öffnenden Winkel α von etwa 90° oder weniger bilden. Die Öffnungen 7 sind im unteren Bereich dieser Flächenelemente angeordnet, so daß die aus ihnen austretenden Strahlen 9 an dem jeweils benachbarten derart entlangstrei­ chen, daß Schüttgutpartikeln 5, die sich einem solchen Flä­ chenelement nähern, fortgeschwemmt werden. Dabei sollen die Öffnungen 7 so ausgeführt sein, daß möglichst die gesamte Bodenfläche unter dem reinigenden Einfluß solcher Mediums­ strahlen steht.

Damit ein Strahl den reinigenden Einfluß auf die ihm zugewie­ sene Fläche ausüben kann, ist die ihn aussendende Öffnung möglichst nahe dieser Fläche angeordnet. Ferner ist die Strahlmittenrichtung parallel oder zu dieser Fläche hin gerichtet. Mindestens soll der Winkel zwischen der Strahl­ mittenrichtung und der zu reinigenden Fläche nicht größer sein als der halbe Strahlausbreitungswinkel, so daß zumindest der Randbereich des Strahls die zu reinigende Fläche noch hinrei­ chend überstreicht.

Wenn die Öffnungen 7 als Bohrungen ausgeführt sind, sollen sie geringen Abstand voneinander haben. Statt dessen können sie auch als Schlitze oder als Langlöcher ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie gemäß Fig. 2 im Wechsel angeordnet, damit sie sich gegenseitig ergänzen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Durchführen von Stoffaustausch zwischen einem Mediumstrom und einem Schüttgutbett, die zur Aufnah­ me des Schüttgutbetts (6) einen Öffnungen (7) enthaltenden Boden (3) aufweist, von dessen Öffnungen (7) das Schüttgut insbesondere als Fließbett in Bewegung haltende Mediums­ strahlen ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Medi­ umsstrahlen (9) wenigstens teilweise parallel zu der oder gegen die obere Bodenfläche gerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) geneigte Flächenabschnitte (8) aufweist und Mediumsstrahlen (8) von unten an diese Flächenabschnitte herangeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in paarweise voneinander weg geneigten Flächenabschnitten (8) Öffnungen (7) enthalten sind, die jeweils zu dem anderen Flächenabschnitt gerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsachsen rechtwinklig zu den sie enthaltenden Flächenabschnitten verlaufen und die Flächenpaare einen Öffnungswinkel (α) von nicht mehr als etwa 90° einschlie­ ßen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) benachbarter Flä­ chenabschnitte (8) versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnungen (7) wesentlich größer ist als der zu erwartende größte Durch­ messer der von dem Medium herangeführten Partikeln.