DE4331544C2 - 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 Lö­ chern oder Schlitzen handeln. Dieser Begriff soll aber auch anders ausgebildete Böden wie beispielsweise Düsenböden, bo­ denartig 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 wer­ den, bei denen die Steiggeschwindigkeit zur Ausbildung eines Fließbettes zu gering ist, das Schüttgut aber durch die Ein­ wirkung der aus den Bodenöffnungen austretenden Mediumsstrah­ len in ständiger, das gesamte Schüttgutbett erfassender Be­ wegung gehalten wird. Um schädliche Ablagerungen zu vermeiden, ist es dabei in der Regel erforderlich, eine gewisse Mindest­ geschwindigkeit des Mediums einzuhalten. Andererseits kann es im Hinblick auf die gewünschte Aufenthaltsdauer des Mediums im Schüttgutbett erwünscht sein, die Mediumsgeschwindigkeit so gering zu halten, daß die Mindestgeschwindigkeit kaum er­ reicht oder sogar bereichsweise unterschritten wird.

Bei einem bekannten Reaktorboden für den Stoffaustausch zwi­ schen Gas und Schüttgut (US-A 3,442,028) ist es bekannt, die Böden jeweils aus einer Vielzahl von rhombenförmigen, oben offenen Trichtern aufzubauen. Am unteren Trichterende befindet sich eine Öffnung für den Durchfluß des behandelten Guts von oben nach unten. In den Seitenwänden der Trichter befinden sich etwa in mittlerer Höhe Durchtrittsöffnungen für das Me­ dium von unten nach oben. Die Seitenwände der Trichter sollen so stark geneigt sein, daß sich keine Ablagerungen ergeben. Die Öffnungsanordnung ist nicht dazu geeignet, Ablagerungen zu verhindern.

Bei einem bekannten Fließbett-Trockner (SU-A 590007) ist der Boden aus einer Vielzahl von prismenförmigen Stäben aufgebaut, die einander unter etwa 60° geneigte Flächen zukehren. Am un­ teren Ende jeweils einer dieser Flächen ist eine Gasdurch­ trittsöffnung angeordnet. Der davon ausgehende Gasstrahl strömt an der gegenüberliegenden Fläche hoch. Dadurch bildet sich zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen eine Zirkularströmung aus, die auf der anderen Fläche nach unten gerichtet ist und dort die Ablagerung eher fördert als verhin­ dert.

Ferner sind Böden bekannt (SU-A 874158, SU-A 1404104, DE-A 28 11 900, EP-A 0 103 708), bei denen der Boden im wesent­ lichen horizontal angeordnet ist und die Düsen in aufwendiger Weise so gestaltet sind, daß der austretende Strahl über die horizontale Fläche hinwegstreicht. Da eine horizontale Fläche stets ablagerungsgefährdet ist, sind hohe Strömungsgeschwind­ igkeiten erforderlich, um Ablagerungen im wesentlichen zu ver­ hindern. Sie können nicht gänzlich verhindert werden in den­ jenigen Bereichen, in denen entgegengesetzte Gasströmungen aufeinandertreffen und sich vom Boden abheben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der selbst bei geringen Mediumsgeschwindigkeiten schädliche Ablagerungen vermieden werden.

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

Der Boden weist geneigte Flächenabschnitte auf, wobei die zugehörigen Mediums strahlen von unten her an diese Flächenab­ schnitte herangeführt sind. Dies gestattet es trotz bodenpar­ alleler Strömung, der Strömungsrichtung eine aufwärts gerich­ tete Komponente zuzuordnen. Die paarweise voneinander wegge­ neigten Flächenabschnitte enthalten zueinander versetzt ange­ ordnete Öffnungen, die jeweils zu dem anderen Flächenabschnitt gerichtet sind. Dadurch vermeidet man die Notwendigkeit, die Öffnungen anders als quer zu den sie enthaltenden Flächenab­ schnitte anzuordnen. Ihre Öffnungsachsen können rechtwinklig zu den sie enthaltenden Flächenabschnitten verlaufen, die ihrerseits paarweise einen Öffnungswinkel von nicht mehr als etwa 90° miteinander einschließen. Vorzugsweise ist dieser Winkel etwas kleiner als 90°, damit die Strömung trotz Strah­ lausbreitung intensiv an den zu reinigenden Flächen vorbei­ streicht. Jedoch kann der Winkel auch etwas über 90° liegen, wenn infolge der Strahlausbreitung trotzdem eine hinreichende Reinigungswirkung gesichert ist. Dadurch, daß die Öffnungs­ richtung quer zur Flächenrichtung verlaufen kann, bleibt die Möglichkeit erhalten, die Öffnungen als einfache Bohrungen oder Schlitze auszubilden.

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 Parti­ keln des im Austausch mit dem Medium stehenden Schüttguts mitgeschwemmt werden können, oder wenn mehrere Böden mit jeweils zugeordneten Gutbetten 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. 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 Medium, 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 fuhr mit dem Medium physikalisch, chemisch oder biologisch reagierende Stoffe handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Entnitratisierung von nitratbelastetem Wasser und 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 Strahlmittenrichtung und der zu reinigenden Fläche nicht großer 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 (2)

1. Vorrichtung zum Durchführen von Stoffaustausch zwischen einem Mediumsstrom und einem Schüttgutbett, die zur Auf­ nahme des Schüttgutbetts (6) einen Öffnungen (7) enthal­ tenden Boden (3) aufweist, von dessen Öffnungen (7) das Schüttgut, insbesondere als Fließbett, in Bewegung hal­ tende Mediumsstrahlen (9) ausgehen, wobei der Boden (3) eine Vielzahl paarweise voneinander weg geneigter Flächen­ abschnitte (8) aufweist, die einen Öffnungswinkel (α) von nicht mehr als etwa 90° einschließen und die die Öffnungen (7) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die im unteren Bereich eines jeden Flächenabschnitts (8) enthal­ tenen Öffnungen (7) so angeordnet sind, daß die aus ihnen austretenden Mediumsstrahlen (9) an den jeweils gegenüberliegenden Flächenabschnitten (8) entlangstreichen, wobei die Öffnungen (7) benachbart gegenüberliegender Flächenab­ schnitte (8) versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser der Öffnungen (7) wesentlich größer ist als der zu erwartende größte Durchmesser der von dem Medium mitgeführten Partikeln.