DE578652C

DE578652C - Verfahren und Vorrichtung zur Erhitzung oder Kuehlung von Feststoffen

Info

Publication number: DE578652C
Application number: DE1930578652D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-04-16
Filing date: 1930-04-12
Publication date: 1933-06-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erhitzung oder Kühlung von Feststoffen Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen pulverförmigen oder körnigen Stoff, z. B. feines Eisenerz, pulverförmigen Zementrohstoff oder pulverförmige Stoffgemische, in einem Gefäßraum zu erhitzen oder zu kühlen und gegebenenfalls gleichzeitig eine chemische Umsetzung der Bestandteile des Stoffes miteinander herbeizuführen, und bezweckt die Erzielung eines möglichst vollkommenen Wärmeaustausches zwischen dem Stoff und dem Wärme- oder Kühlmittel unter Bedingungen, die im besonderen auch für die Durchführung chemischer Reaktionen günstig sind.
Bei bekannten Wärmeaustauscheinrichtungen zur Behandlung von pulverförmigen Stoffen bringt man das Wärme- oder Kühlmittel entweder an die Oberfläche des ruhenden Stoffes heran, oder man läßt auch den pulverförmigen Stoff durch einen das Wärme- oder Kühlmittel enthaltenden Raum frei hindurchfallen, um auf diese Weise die einzelnen Teilchen unmittelbar zum Wärmeaustausch »zu bringen. Bei Behandlung mit gasförmigen Wärme- oder Kälteträgern läßt man die letzteren auch durch Schichten des ruhenden pulverförmigen oder körnigen Stoffes hindurchtreten. Die beiden erstgenannten Verfahren ergeben einen durchaus unzulänglichen Wärmeaustausch, während die letztere Arbeitsweise für bestimmte Temperaturbereiche zwar einen guten Wärmeaustausch ergibt, indessen den Übelstand besitzt, daß nur dünne Schichten des Guts von dem gasförmigen Mittel durchdrungen werden.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Verbesserung des Wärmeaustausches dadurch erzielt, daß der pulverförmige .oder körnige Stoff in an sich bekannter Weise dadurch in einen flüssigkeitsähnlichen, fließfähigen Zustand versetzt wird, daß man ihm unter gleichzeitiger Umrührung eine kleine Menge Luft oder Gas zusetzt. Die zugesetzte Luft-oder Gasmenge umhüllt dann die Feststoff teilchen und hebt die bei direkter Berührung der letzteren starke Reibung zwischen den Teilchen auf, so daß sich die Teilchen, ähnlich wie Flüssigkeitsteilchen, in dem sie enthaltenden Räum frei gegeneinander zu bewegen vermögen.
Wenn eine solche fließfähig gemachte Stoffmenge in Wechselwirkung mit Wärmeaustauschkörpern gebracht wird, dann entstehen unter dem Einfluß des Temperaturgefälles am Ort des Wärmeauslauschkörpers Konvektionsströme in der fließfähig gemachten Stoffmasse in ähnlicher Weise, wie es bei Flüssigkeiten der Fall ist, zum Unterschiede vom Wärmeaustausch bei ruhenden Feststoffmassen, bei denen der Ausgleich nur durch Wärmeleitung fortschreitet. Es bleibt daher am Ort des Wärmeaustauschkörpers dauernd ein stärkeres Temperaturgefälle zwischen diesem und der Stoffmasse erhalten, da sich der Wärmeübergang vom Wärmeaustauschkörper auf das Gut rasch über die ganze Masse desselben verbreitet.
Dabei wird der Wärmeinhalt im Raum zusaminengehalten, so daß der Wärmeaustausch sich auch, verglichen mit dem Wärmeaustausch zwischen einem Austauschmittel und einem unter Schwerkraftwirkung stehenden pulverförmigen Stoff, besonders günstig gestaltet, da fließfähig gemachtes Gut der Einwirkung .des Wärmeaustauschmittels dauernd in dem dasselbe aufnehmenden Behälter zugänglich bleibt, was bei einem fallenden pulverförmigen Stoff nicht zutrifft.
Zugleich mit der Wärmebehandlung kann eine Reaktion zwischen Bestandteilen des Feststoffes durchgeführt werden, z. B. bei der Erhitzung von Eisenoxyden eine Reduktion derselben durch den Oxyden beigemischte Kohle, wie man sie bisher in Schmelzöfen oder in Drehrohröfen durchzuführen pflegte. Bei der Durchführung der Reaktion in einem Schmelzofen müssen die Stoffe, damit sie aufeinander zu wirken vermögen, in flüssigen Zustand gebracht werden dadurch, daß ein oder mehrere Stoffe geschmolzen -werden. Bei Verwendung eines Drehrohrofens fällt zwar diese Notwendigkeit fort, da die Stoffe infolge der Drehung des Ofens zu gleicher Zeit der intensiven Einwirkung der Öl- oder Kohlenstoffflainine ausgesetzt und vermischt werden, so daß sie miteinander zii reagieren vermögen; aber die Anwendung des I)rehrcihrofens bringt den ETbelstand mit sich, daß die Verbrennungsgase einen ungünstigen Einfluß z. B. auf den Verlauf eines Reduktionsverfahrens haben können.
Dieser Nachteil wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß man in der Lage ist, das Gas, welches zur Herstellung des fließfähigen Zustandes des Stoffes benötigt wird, so zu wählen, daß kein schädlicher Einfluß auf die miteinander zur Reaktion zu bringenden Stoffbestandteile ausgeübt wird, wobei die Erhitzung des zur Reaktion zwischen seinen Bestandteilen zu bringenden Stoffes indirekt bewirkt wird, d. h, ohne daß der Stoff in Berührung mit Verbrennungsgasen gelangt. Die Erhitzung kann dabei durch äußere Wärmezufuhr zur Gefäßwandung oder auf elektrischem Wege, z. B. ähnlich wie bei elektrischen Schmelzöfen, oder auch durch Wärmeaustauschkörper erfolgen, welche in den Gefäßraum hineinragen; in welchem sich der Stoff befindet.
Im Falle der erwähnten Reduktion von Eisenoxyd -wird dieses in pulverförmigem Zustande in das Gefäß eingeführt und Kohle, entweder ebenfalls als Pulver oder in passender Körnung, zugesetzt, worauf das Gemisch auf die gewünschte Reaktionstemperatur, z. B. 7oo bis iooo° C, gebracht wird, was die Umsetzung der Stoffbestandteile miteinander zur Folge hat, ohne daß ein Schmelz- oder Sintervorgang eintritt, durch den der Rührprozeß erschwert werden könnte.
Die Reaktion bei der Reduktion von Eisenoxyden vollzieht sich, wie man allgemein annimmt, nach den folgenden Gleichungen: FeO + CO: - Fe + CO. C+CO_-@CO. Diese Reaktion- ist wärmeverzehrend, so daß eine dauernde Zufuhr von Hitze während des Verlaufs der Reaktion erforderlich ist.
Die Erhitzung oder Kühlung des Stoffes kann, wie bereits erwähnt, durch einfache Erhitzung oder Kühlung des Rührgefäßes von außen erfolgen oder auf elektrischem Wege oder durch Einbau von Wärmeübertragungskörpern in das. Rührgefäß, wobei das wärmeführende Mittel, das aus einer Flüssigkeit oder einem Gas bestehen kann., durch die Wärineübertragungskörper hindurebgeleitet werden kann.
Die Wärmeübertragungskörper können sämtlich oder teilweise so ausgebildet sein, daß sie Rührarme bilden, die dann die doppelte Wirkung haben, daß sie sowohl den Stoff in Bewegung halten als auch ihn auf die gewünschte Temperatur bringen.
Wenn Temperaturen übertragen werden sollen, die oberhalb Rotglut liegen, kann es ratsam sein, Wärmeübertragungskörper anzuwenden, die aus feuerfesten Stoffen; wie z, B. Schamotte, Siliciumcarbid oder feuerfestem Stahl, bestehen. Für die Erhitzung und Kalzinierung z. B. von Robmehl für Portlandzement wird die Anwendung feuerfester Wärmeübertragungskörper notwendig sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind auf den beiliegenden Zeichnungen zwei Ausführungformen von Vorrichtungen zu ihrer Durchführung veranschaulicht, und zwar zeigen die Abb. i und - in senkrechtem Längsschnitt und im Querschnitt die erste Ausfiihrungsform, während die Abb. 3 und 4. eine zweite Ausführungsform ebenfalls im senkrechten und waagerechten Schnitt veranschaulichen.
Die letzterwähnte AusEihrungsform ist im besonderen für die Erhitzung und Kalzinierung von Rohmehl zur Erzeugung von Portlandzement, und zwar in Verbindung mit einem Drehrobrofen, bestimmt, in welchem der Brennprozeß durchgeführt wird.
Die Vorrichtung gemäß den Abb. i und 2 besteht aus einem stehenden zylindrischen Gefäß i, das sich an seinem unteren Ende verjüngt und an seinem Boden mit Lufteinlässen 2 versehen ist, welche an ein Zuleitungsrohr 3 angeschlossen sind. Durch das Einführen von Luft und die gleichzeitige Anwendung einer Rührvorrichtung, welche durch die Welle 4 in Umdrehung versetzt wird, wird die pulverförmige Masse im Gefäß dauernd im Schwebezustande gehalten. Die Arme 5 der Rührvorrichtung sind hohl und «-erden vom Heizmedium durchströmt, welches z. B., wie auf der Zeichnung dargestellt, von unten durch die hohle Welle, 4. zugeführt und am oberen Ende der Welle in ähnlicher Weise abgeleitet wird. Um die Wärmeübertragung noch weiter zu fördern, sind Rohrsysteme 9 vorgesehen, welche ebenso wie die Rohrschlange 5 von dem Heizmedium durchströmt werden und welche von außen her ili den Fassungsraum des Gefäßes zwischen den Wandungen der Rohrschlange hineinragen. Das Einbringen des zu behandelnden Guts erfolgt am oberen Ende des Gefäßes i durch ein Beschickungsrohr 7 und die Entnahme am Boden des Gefäßes durch ein Rohr B.
Bei der in den Abb. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform wird das Gut in einen Behälter io mit Hilfe einer Transportschnecke i i eingeführt und kann im Behälter auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Das Umrühren der Masse im Heizgefäß erfolgt durch umlaufende Rührarme 12, welche an mehreren stehenden Wellen 13 befestigt sind, durch deren Hohlräume Kühlwasser geleitet werden kann. Niedriggespannte Luft wird in den Behälter durch Bodenöffnungen 14 eingeführt. Die Wärmeübertragung durch die heißen Verbrennungsgase, die vom Drehrohrofen i 5 kommen, in dem der Brennprozeß des vorerhitzten Gutes vor sich geht, geschieht durch feuerfeste Rohre 18, welche .die Verbrennungsgase quer durch das Erhitzungsgefäß io leiten. Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, kann die in den Verbrennungsgasen aufgespeicherte Wärme mit besonderem hTutzeffekt auf das Gut übertragen werden, wenn Zwischenwände 16 in den Gaszügen vorgesehen sind, so daß die Verbrennungsgase mehrfach durch die Heizkammer io hindurchziehen. Das vorerhitzte Gut wird darauf in den Drehrohrofen vermittels Hubschaufeln 17 eingeführt, welche am oberen Ende des Ofens am Umfange desselben befestigt sind. Die Beschickung des Erhitzungsbehälters io erfolgt an demjenigen Ende, an welchem die Verbrennungsgase den Fuchs i9 verlassen, und das vorerhitzte Gut verläßt den Vorerhitzer am Boden durch einen Kanal 2o unterhalb des Rauchabzugkanals 21, durch den die Feuergase in den den Erhitzungshehälter io umschließenden Fuchs gelangen.
Im Falle der Erhitzung oder Kühlung mehrerer Stoffe, welche zur Reaktion miteinander gelangen sollen, können die- Stoffe gleichzeitig in das Erhitzungsgefäß gebracht und in diesem umgerührt und - zusammen erhitzt werden; es kann aber auch einer der Stoffe zuerst gerührt und erhitzt oder gekühlt werden, und der andere Stöff oder die anderen Stoffe können nachträglich hinzugefügt werden ,unter Fortsetzung des - Erhitzungs. . oder Kühlungsprozesses.
Im Falle von Wärme freimachenden Reaktionen kann es notwendig sein, eine Kühlung des Gutes an derjenigen Stelle vorzunehmen, wo die Reaktion vor sich geht, und auch in anderen Fällen kann es wünschenswert sein, sowohl eine Erhitzung als auch eine Kühlung des Gutes in dem gleichen Wärmeaustauschgefäß vorzunehmen, z. B. eine Erhitzung im oberen Teil des Gefäßes und gleichzeitig eine Kühlung im unteren Teil, so daß das' oben ununterbrochen zugeführte Gut das Gefäß unten in kaltem Zustande verläßt. Wenn die Erfindung zum Trocknen von Gut benutzt wird, dann ist es ein unerläßliches Erfordernis, daß der Feuchtigkeitsgrad nicht so hoch sein darf, daß das Gut in namhafter Weise zusammenbackt, da es dann nicht völlig von der Luft bzw. dem Gas durchdrungen werden kann, wie es erforderlich ist, um es in den flüssigkeitsähnlichen Zustand zu bringen.
Das in den Wärmeaustauschbehälter einzuführende Gas zur Durchdringung des darin befindlichen Gutes kann je nach Bedarf im voraus erhitzt oder gekühlt werden, um dasselbe zur Unterstützung der vorzunehmenden Wärmebehandlung des Stoffes mit heranzuziehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren, um einen pulverförnügen oder körnigen Stoff, z. B. Eisenerz oder Zement, oder ein aus pulverförmigen oder körnigen Stoffen bestehendes Gemisch in einem Gefäßraum zu erhitzen oder zu kühlen, gegebenenfalls unter gegenseitiger chemischer Umsetzung seiner Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff im Gefäß durch Vermischen mit einer kleinen Menge eines geeigneten, von unten durch die Masse hindurchgedrückten oder gesaugten Gases, z. B. Luft, unter Einwirkung eines Rührprozesses in einen flüssigkeitsähnlichen, d. h. den Gefäßraum gleichmäßig ausfüllenden Zustand versetzt und gleichzeitig dem Wärmeaustausch mit den Gefäßraum begrenzenden Wandflächen ausgesetzt wird.
2. Wärmeaustauschvorrichtung mit Rührwellen, durch deren Arme ein Wärme-oder Kühlmittel zur Herbeiführung des für den gewünschten Wärmeaustausch erforderlichen Temperaturgefälles geleitet werden kann, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Aufnahme des Stoffes dienende Gefäß an seinem Boden mit feinen Einlaßöffnungen versehen ist, welche an ein Gaszuleitungsrohr angeschlossen sind, und daß die zur Durchleitung des Wärme- oder Kühlmittels dienenden Arme der Rührwelle von einer Rohrschlange gebildet werden, deren Enden an Hohlräume der Welle angeschlossen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen des Gefäßes mit Wärmeaustauschkörpern (19) besetzt sind, die in den Gefäßraum gegen die Rührwelle vorspringen und an ein wärmeführendes Mittel oder an ein Kühlmittel anschließbar sind.