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Düse mit trichterförmiger Erweiterung zur gleichmäßigen Verteilung
strömender, insbesondere reaktionsfähiger Gasgemische Bei der technischen Durchführung
von Gasreaktionen liegt häufig die Aufgabe vor, Gase oder Dämpfe von einer Zuleitung
kleineren Querschnitts in. einen Raum größeren Querschnitts bei möglichst gleichmäßiger
Druckverteilung überzuführen. Wenn bei diesem übergang größere Druckverluste, große
Berührungsflächen zwischen Gas und Wand, lange Aufenthaltszeiten und große Baulänge
der übergangsstelle in Kauf genommen werden können, ist diese Aufgabe in bekannter
Weise einfach lösbar, z. B. durch Einschaltung von Widerstandsplatten in den Raum
größeren Querschnitts. In vielen Fällen ist es jedoch erforderlich, die obengenannten
Nachteile weitgehend zu vermeiden. Dies ge-
lingt bei der im folgenden beschriebenen
neuen und technisch sehr einfachen Anordnung.
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Die Erfindung besteht darin, daß man eine Zuleitung (Kanal oder Rohr)
verwendet, in der kurz vor der Eintrittsstelle in den Raum größeren Querschnitts,
z. B. einen Reaktionsraum, mindestens zwei Verengungen oder mindestens eine Erweiterung,
die in den größeren Raum trichterförmig übergeht, vorgesehen sind. Falls man lediglich
Verengungen anwendet, kann man eine der Verengungen. durch einen ringförmigen Wulst
erzeugen, beispielsweise durch Einlage eines Draht-Tinges.
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Die neue Anordnung hat den großen Vorteil, daß sie einen geringen
Raum einnimmt und man mit verhältnismäßig kleinen Vorrichtungen sehr großeGasmengen
durchsetzen kann. Eine Erhöhung des Widerstandes tritt praktisch nicht ein. Es wurde
sogar in manchen Fällen an der übergangsstelle trotz Querschnittsverengung eine
Verringerung des Widerstandes beobachtet. Die Vorteile der neuen Vorrichtung kommen
dann besonders zur Geltung, wenn sich die strömenden Gase
oder Gas-einische
in reaktionsfähigern Zustand befinden, wie z.B. wenn ein heißes Gemisch von Kohleiawasserstoffen
und Sauerstoff oder von Kohlenwasserstoffen und Chlor, aus einer Mischvorrichtung
kommend, dem Reaktionsraum zugeführt werden soll.
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Die Erfindung sei an Hand der beiliegenden Abbildun-en näher erläutert.
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Die Abb.2, 3, 4 und 6 zeigen Ausführungen der Erfindung,
Abb. i und 5 bisher be-
kannte Anordnungen.
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ZD Abb. i bis 4 stellen Grundrisse von Zuleitungskanälen in natürlicher
Größe dar. Der Querschnitt ist rechteckig; der nicht gezeichnete Querschnitt hat
eine Breite von 2:2,o bis 22,5 mm. Die Vorrichtung nach Abb. i zeigt lediglich die
an sich bekannte trichterförrnige AusbildungE der übergangsstelle; die Vorrichtung2
zeigt eine Erweitet# zn rung E' vor der trichterförmigen übergangsstelle
E. Abb. #, - und 4 zeigen je zwei Erweiterun 'gen E' und E" vor dem Trichter
E. Bei allen vier Ausführungsformen wurde Luft (in der Zeichnung von links
nach rechts) mit 2om,;7Sel,. Geschwindigkeit durch den Kanal Greleitet. In der Entfernung
von 5 cm nach t' PunktD wurde mittels einer gegen die Strömung gestellten,
um D als Drehpunkt schwenkbaren Düse der Gesamtdruck (statischer und dynamischer
Druck) gemessen. Es wurden diejenigen Winkel ot und x,
(Abb. i) mit der MittellinieL
als dem einen Schenkel gemessen, bei denen der Gesamtdruck gegenüber der Mittelstellung
der Düse auf die Hälfte abgesunken war. Die Summe von o# und 7, soll Streuwinkel
genannt werden, innerhalb dessen sich also der weitaus größte Teil des strömenden
Gases befindet.
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Die Vorrichtungen der Abb. i bis 4 zeigten folgende Streuivinkel-Vorrichtung
nach Abb. 1 13,22', Vorrichtung nach Abb. 2 --2,3', Vorrichtung nach
Abb.3 33.9% Vorrichtung nach Abb. 4 27,8'. Aus Z,
der Größe
des Streuwinkels ergibt sich, daß die Vorrichtungen der Abb. 2 bis 4 eine erheblich
bessere Verteilungswirkung ergeben als die Vorrichtung nach Abb. i.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen Zuleitungskanäle mit kreisförmigem
Querschnitt in natürlicher Größe, Abb. 5 eine bekannte Form mit einer Verengung
und trichterförmigen Erweiterung der übergangsstelle, Abb. 6 dieselbe Form
mit Einlage eines Drahtringes von 0,7 mm
Stärke vor der Verengung 16,5 mm
von der Mündun 'g entfernt. Durch z' zi' den einen Wulst' bildenden Ring wird eine
zweite Verengung geschaffen. In beiden Fällen wurde Luft (in der Zeichnung von links
nach rechts) mit einem Cberdrück von ioo mm Wassersäule zugeleitet. Die wie oben
gemessenen Streuwinkel betrugen bei Vorrichtung nach Abb. 5
12,0' und bei
Vorrichtung nach Abb.6 ig,5'. Auch hier ist zu ersehen, daß bei der Anordnung gemäß
der Erfindung eine bessere Verteilung bewirkt wird.
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Besonders zweckmäßi- ist die Ausführungsform der Erfindung gemäß Abb.
7. Die Gase strömen dort durch einen kreisförmigenRingraumI( mit den beiden
ErweiterungenE' und E" über den Trichter E zum Reaktionsraum R. Sollen z.
B. zwei Gase, wie Äthan und Sauerstoff, zur Reaktion gebracht werden, so werden
sie getrennt vorgewärmt und im Ringraum I( vor den Erweiterungen gemischt; das Gemisch
gelangt alsdann bei hoher Geschwindigkeit aufs innigste durchmischt in den Reaktionsraum
R, in dem die eigentliche Reaktion unter Bildung von Äthylen stattfindet.
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Bei großen Einheiten empfiehlt essich, das Verhältnis der Durchmesser
der Ringleitung I( und des Reaktionsraumes R etwa wie 6: 1 o bis
7: 10 zu halten. Für sehr große Einheiten kann es ferner zweckmäßig sein,
in den Trichter der Übergangsstelle einen Verdränger zu legen (vgl. den Verdrängerring
G in Abb. 7).
Die vom Verdränger und der Wand des Trichters gebildeten
Ringkanäle können ebenfalls mit Verengungen oder Erweiterungen, wie beschrieben,
versehen sein.
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Die Vorrichtung eignet sich in gleicher Weise auch zur Verteilung
von Gasen und Dämpfen, die mit Nebeltröpfchen oder festen Teilchen beladen sind.
Sie kann zum Bau von Gasbrennern, Gasmischern, Trocknern, Verbrennungsmotoren usw.
mit Erfolg herangezogen werden. Es ist natürlich ohne weiteres möglich, sie zusammen
mit bekannten Verteilungsvorrichtungen anzuwenden.