DK153525B - Fluidiseringsapparat - Google Patents

Description

p'-f 1 C 1 c o C o

i*-' i \ I 0 U v.) ·, O

o

Opfindelsen angår et fluidiseringsapparat, der indeholder et aflangt, i det væsentlige lodret hus, der afgrænser et øvre kaminer, et mellemkammer og et nedre kammer, mange i • enderne åbne rør anbragt i mellemkammeret, hvilke rør for-5 binder det øvre og nedre kammer og en tilførselsledning til at tilføre fluidiserbart materiale til det øvre eller eventuelt nedre kammer og modsvarende en afgangsledning fra kammeret på husets modsatte ende og midler til at forsyne det nedre kammer med fluidiserende gas og til at fjer-10 ne denne fra det øvre kammer, hvorved den fluidiserende gas passerer opad gennem det nedre kammer og rørene til det øvre kammer og fluidiserer materialet i disse.

Reaktorer med fluidiseret leje har været brugt i mange år til flere forskellige formål, herunder udførelse af ke-15 miske reaktioner og/eller enhedsoperationer såsom tørring. I det normale fluidiserende leje er en fast fase suspenderet i en opadgående fluidumstrøm, sædvanligvis en gasstrøm, hvorved massen af faste partikler opfører sig noget lignende som en kogende væske. Den faste fase kan være en katalysator til 20 fremme af en kemisk reaktion i strømmen af fluidiseringsgas, eller den kan være et materiale, der er reaktivt med fluidi-seringsgassen. Alternativt kan den faste fase være et materiale, som behandles med fluidiseringsgassen, såsledes som det er tilfældet ved fluidiseret tørring.

25 En af hovedfordelene ved systemer med drift i flui- diseret leje stammer fra, at den høje turbulens i systemet------------------- med fluidiseret leje tilvejebringer høj varmeoverføringsevne.

Hertil kommer på grund af den høje turbulens i det fluidise-rede leje, at de faste stoffer i systemets fluidiserede lag 30 blandes grundigt med fluidiseringsgassen til dannelse af et relativt homogent system.

Systemer med fluidiseret leje er imidlertid ikke uden visse ulemper. Således som det er velkendt for fagfolk, indebærer anvendelsen af fluidiserede systemer til kemiske 35 reaktioner hyppigt kanaldannelse, et fænomen fremkaldt ved lommer i deh faste fase, der opstår ved gassens passage gen- 2

DK 153525 B

O

nem laget, såfremt dette ikke sker ved intim kontakt med den faste fase.

Problemet med kanaldannelse i systemer med fluidi-seret leje kan til dels minimeres ved brugen af mange rør-5 formede zoner, gennem hvilke fluidiseringsgassen sendes i kontakt med den faste fase. Hvert enkelt rør drives således som et. individuelt fluidiseret leje med et langt mindre tværsnitsareal. Sådanne systemer med rørformige fluidise-rede lejer har endnu større varmeoverføringsevne, fordi de 10 mange rørformede zoner forøger det for varmeoverføring tilgængelige overfladeareal.

I US-patentskrift nr. 2 845 368 beskrives en fremgangsmåde til omdannelse af stivelse til dextrin i et system med fluidiseret leje, hvori fluidiseringsreaktoren indbe-15 fatter mange varmeoverføringsrør anbragt i reaktoren til varmeforsyning til stivelsen under omdannelse. En af de afgørende vanskeligheder ved et system af den i ovennævnte patentskrift beskrevne type er, at stivelsen, når den bringes i kontakt med en syrekatalysator, er tilbøjelig til at danne 20 klumper inden i reaktorens fluidiserede leje, hvorved kanaldannelse fremmes, og som følge heraf fås utilstrækkelig omdannelse af stivelsen til dextrin. Hertil kommer, at rørreaktorer anvendt ved dextrinisering af stivelse hyppigt karakteriseres ved en "død zone" ved deres overdel, hvor sti-25 velsen kan sætte sig eller ligefrem aflejres og derved udsættes for høje temperaturer i langstrakte tidsrum. Selvantændelse kan ske, hvilket bevirker brand og/eller eksplosioner.

US-patentskrift nr. 3 735 498 angår et apparat til 30 fluidisering af faste partikler, således at en særdeles stor mængde af partiklerne kontinuerligt cirkuleres inden for efter hinanden følgende cirkulerende zoner i det fluidiserede leje, og formålet med apparat er at opretholde en stabil tilstand af recirkulation, idet nogle af de snævre passager 35 mellem den øvre og den nedre zone tjener til opadgående transport af fluidiserede partikler, medens de øvrige snævre pas-

O

3

DK 15 3 5 2 5 B

sager tjener til nedadgående transport.

Ved apparatet ifølge den foreliggende opfindelse ønskes der tværtimod en jævn fremadføring af det partikelformede materiale oppefra og nedefter og i modstrøm med den til-5 førte fluidiseringsgas. Dette har hidtil voldt store tekniske vanskeligheder, som imidlertid nu er overvundet ved appa-ratets specielle udformning med tre zoner med omrøring i såvel den øvre som den nedre zone, idet disse er forsynet med så snævre passager, at de fluidiserede partikler kun kan 10 fremføres i en retning, nemlig nedad.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at omrøringen i det øvre og det nedre kammer yderligere er forbedret med roterende blade.

Apparatets særlige konstruktion og ønskede fordele 15 samt dets anvendelsesformål vil iøvrigt fremgå tydeligere af nedenstående illustrative beskrivelse af en udførelsesform for opfindelsen, nemlig således som specifikt afbildet i tegningen, på hvilken fig. 1 viser et tværsnitsbillede af et fluidiserings-20 apparat konstrueret ifølge den foreliggende opfindelses principper, fig. 2 viser et tværsnitsbillede taget langs linien 2-2 i fig. 1, og som illustrerer et større antal rør end i fig. 1, hvori der af hensyn til overskueligheden kun er vist 25 fire rør, og ------------------fig. 3 viser et skematisk billede af apparatet iføl--------------- ge opfindelsen indrettet til brug ved behandlingen af et flui-diserbart materiale.

Et af de vigtige træk ved apparatet ifølge opfin-30 delsen er, at både det øvre og det nedre kammer er forsynet med omrøringsorganer for yderligere at sikre kraftig blanding i både det øvre og det nedre kammer. På denne måde elimineres praktisk talt kanaldannelse i såvel det øvre som det nedre kammer. Det er i det øvre kammer således indførte fluidi-35 serbare materiale strømmer ved tyngdekraftens indvirkning nedad fra det øvre kammer gennem de mange rør og ind i det 0

PY irzrocD

b' i \ I O J O ji O 4 nedre kammer/ hvorfra det udtømmes fra apparatet. Den faste fase eller det fluidiserbare materiale strømmer således under udnyttelse af tyngdekraften i modstrøm til fluidise-ringsgassen og udsættes for dennes suspenderende virkning.

5 Apparatet ifølge opfindelsen er velegnet til mange forskellige anvendelser i fluidiseret leje, herunder flui-diseret tørring, jordoliekrakningsoperationer og lignende, hvor systemer med fluidiseret leje hidtil har været anvendt.

Idet der nu henvises specifikt til tegningen, ses 10 i fig. 1 et detaljeret tværsnitsbillede af fluidiseringsap-paratet ifølge opfindelsen. Apparatet indbefatter et aflangt lodret hus betegnet 10, der i sin overdel afgrænser et øvre kammer 12 med indgangsorgan 14 til forsyning af apparatet med fluidiserbart materiale. Huset 10 afgrænser også et ned-15 re kammer 16 anbragt næsten ved bunden. Både det øvre kammer 12 og det nedre kammer 16 indbefatter omrørerorganer, nemlig henholdsvis 18 og 20. Omrørerorganet 18 indbefatter en aksel 22 monteret til omdrejning inden i det øvre kammer 12. Monteret på akslen 22 til omdrejning sammen med denne 20 findes mange blade 24, der kan foreligge i form af flade skovle, som kan rotere sammen med akselen 22. Omrørerorganet 20 i det nedre kammer 16 indbefatter ligeledes en roterbar aksel 26, på hvilken er monteret praktisk talt flade blade 28 til omdrejning sammen med denne.

25 Ved den foretrukne udførelsesform for apparatet i- følge opfindelsen er omrørerorganet 18 udformet med flade blade 24 anbragt med indbyrdes mellemrum, idet yderligere flade blade 30 er monteret i en vinkel på 90° med og mellem bladene 24. Disse blade frembyder en praktisk talt flad o-30 verflade, idet de ligger i et plan på tværs af fluidiserings-gassens strømningsretning. Omrørerorganet 20 i det nedre kammer 16 har fortrinsvis en lignende udformning og konstruktion.

Om ønsket kan nogle eller alle bladene være anbragt i en vis vinkel i forhold til de i tegningen illustrerede.

35 Anbragt i huset 10 i et mellemafsnit 32 findes man ge rør 34 med øvre ende 36, der står i forbindelse med det øvre kammer 12, og en nedre ende 38, der står i forbindelse med det DK 153525 3 5

O

nedre kammer 16. På denne måde vil fluidiseret materiale indført gennem tilførslen 14 ved tyngdens kraft strømme nedad gennem det øvre kammer 12, videre gennem de mange rør 34 og ind i og gennem kammeret 16. Det nedre kammer 16 indbefat-5 ter også et afgangsorgan 40 til udtagning af fluidiseret materiale derfra.

Anbragt under det nedre kammer 16 findes et hus 42, der afgrænser et overtrykskammer 44. Fluidiseringsgas indføres til overtrykskammeret gennem et fluidiseringsgasindgangs-10 organ 46 og passerer gennem en porøs fordelerplade 48 ind i det nedre kammer 16.

Arrangementet af rør i mellemafsnittet 32 kan variere i betydelig grad. Et velegnet arrangement for rørene 34 i afsnittet 32 er vist i tegnignens fig. 2. Således som vist 15 i denne figur er rørene 34 arrangeret i et mønster omkring centret af afsnittet 32.

I det mindste er det rørformede afsnit forsynet med muligheder for at tilføre og/eller fjerne varme derfra. Til dette formål afgrænser afsnittet 32 fortrinsvis en kappe til 20 varmevekslingsmedier, der kan tilføres til afsnittet 32 gennem et indgangsorgan 48 og fjernes fra afsnittets kappe 32 gennem et afgangsorgan 50 således som vist i fig. 1. Det er også i mange tilfælde ønskeligt at benytte varmevekslingsorganer på de øvre og nedre kamre. Til dette formål er det 25 sædvanligvis tilstrækkeligt at forsyne det Øvre kammer 12 med en omgivende kappe 52, der indbefatter et indgangsorgan 54 til at tilføre varmevekslingsmedier til kappen 52,og et afgangsorgan 56 til at fjerne varmevekslingsmedier fra kappen 52 efter brug.

30 Således som vist i tegningens fig. 1 er det tilstræk keligt, at varmevekslingskappen 52 til det øvre kammer 12 kun strækker sig op til indgangsorganet 14. Imidlertid foretrækkes det normalt, at det øvre kammer 12 indbefatter en dermed sammenhængende kuppeldel 58, fra hvilken fluidiseringsgassen 35 kan fjernes eller udtages fra reaktoren ved hjælp af et afgangsorgan 60. Det vil forstås, at ikke alene fluidiserings-

O

6 gassen udtages gennem afgangsorganet 60, men at eventuelle "fine partikler", som er medrevet i fluidiseringsgassen,udføres sammen med denne gennem afgangsorganet 60. Det er muligt og til tider ønskeligt at udforme det øvre kammer med 5 et forøget tværsnitsareal for at formindske fluidiserings-gassens lineære hastighed og derved hjælpe til ved udskillelsen af medrevne partikler fra den faste fase. Selve kuplens tværsnitsareal kan forøges, eller man kan forøge tværsnitsarealet for hele kammeret 12 i dette Øjemed.

10 Det nedre kammer 16 kan ligeledes forsynes med var mevekslingsmedier, fortrinsvis i form af en kappe 62, hvortil varmevekslingsmedierne tilføres gennem et indgangsorgan 64, og hvorfra varmevekslingsmedierne kan udtages efter brug gennem et afgangsorgan 66.

15 Apparatet ifølge opfindelsen er indrettet til brug ved behandling af et fluidiserbart materiale således som specielt vist på tegningens fig. 3. Således som det fremgår af denne figur, fødes materialet fra en tragt 70 til indgangsorganet 14 til indføring i det øvre kammer 12. Ved den 20 foretrukne udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen indføres damp, når denne kan bruges med fordel, gennem ledninger 72 og 74 ind i varmevekslingskappen 52 til forsyning af det øvre kammer med varme. Omrørerorganet 18's aksel 22 kan drives med hensigtsmæssige foranstaltninger, f.eks. en 25 motor eller et drev således som gengivet ved symbolet 76 i tegningens fig. 3.

Det fluidiserbare materiale fluidiseres ved hjælp af fugtig luft, der indføres til overtrykskammeret 44 gennem indgangsorganet 46 og sendes opad gennem det nedre kammer 16, 30 videre gennem rørene 34 i mellemafsnittet 32 og ind i og op gennem det øvre kammer 12. Vanddamp som varmevekslingsmedium tilføres også gennem en ledning 78 til kappen af afsnittet 32 og desuden gennem en ledning 80 til kappen 62, som omgiver det nedre kammer 16. På denne måde forsynes såvel det øvre 35 som det nedre kammer samt det rørformede mellemafsnit med damp til opvarmning af godset, der passerer igennem dem.

DK 153525 B

7 o Således fluidiseres det gennem indgangsorganet 14 tilførte fluidiserbare materiale umiddelbart i det øvre kammer 12, idet det øvre kammer 12 holdes kontinuerligt omrørt ved hjælp af bladene 24 og 30. Materialet strømmer langsomt 5 ved tyngdens indvirkning og mod eller på trods af fluidise-ringsmediets virkning nedad gennem det øvre kammer, medens det underkastes omrøring, fortsætter sin nedadgående strøm ved tyngdens indvirkning gennem rørene 34, hvori der ikke forekommer omrøring bortset fra den, som naturligt opstår 10 på grund af den til rørene henhørende turbulens, som det flui-diserede materiale udsættes for. Efter at være kommet ned gennem og tfådt ud fra rørene 34 fortsætter det fluidiserede materiale sin nedadgående bevægelse ind i og gennem det nedre kammer 16, stadig mod eller på trods af den opvarmede lufts 15 virkning, og udtages fra det nedre kammer 16 gennem afgangsorganet 40. Ved den foretrukne udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen sendes det gennem ledningen 40 udtagne produkt videre gennem en rotationsluftlås 82 ind i et pneumatisk drevet kølerør, hvor produktets temperatur sænkes til 20 under 65°C. Til dette formål udtømmes produktet gennem rota-tionsluftlåsen 82 ind i et kølerør 84 og videreføres til et opsamlingsudstyr gennem en ledning 86. Støv eller fine partikler, som udtømmes gennem afgangsorganet 60, fjernes ved hjælp af en cyclon 88 og transporteres derfra gennem en støv-25 afgangsledning 90, der løber sammen med ledningen 86, og føres ligeledes til opsamlingsudstyret.

Det vil forstås, at andre fluidiseringsmedier end luft kan benyttes. F.eks. kan man bruge damp eller indifferente gasser såsom nitrogen eller carbondioxid, der fortrinsvis 30 indeholder en vis fugt. Desuden kan afgangsgasser fra for-bræn^ingsdrift ligeledes benyttes som fluidiseringsmedium, om ønsket. Det er ikke af afgørende betydning, at fluidise-ringsmediet tilfører nogen mærkbar fri varme til materialet, som undergår fluidisering, da den anvendte reaktors rørfor-35 mede afsnit ved de konstruktioner, der i praksis benyttes i henhold til opfindelsens idé, er i stand til at tilvejebringe o 8 p.i/ i r 7 r o r d Ui\ ! J ·., -j ί ϋ lj al den nødvendige varme til effektivt at gennemføre den ønskede reaktion.

Apparatet ifølge opfindelsen tilvejebringer talrige fordele. F.eks. tjener brugen af det øvre og det nedre om-5 rørte kammer i fluidiseringsapparatet ifølge opfindelsen til at opretholde homogenitet i det fluidiserede lejes forskellige afsnit og hindrer svidning eller påbrænding af materialet, efterhånden som det føres gennem reaktorens rørformede afsnit. Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen 10 er i stand til at levere produkter af høj kvalitet til lav pris og vel at mærke uden de ovenfor omtalte risici og ulemper.

Det vil også forstås, at apparatet ifølge opfindelsen kan anvendes til andre typer drift i fluidiseret leje.

15 Endvidere vil det forstås, at arrangementet med fødning og tømning af apparatet således som her beskrevet kan vendes om, således at materialet, der skal fluidiseres, fødes til reaktorens top.

20 25 30 35

Claims (5)

9 DK 153525 B Patentkrav .

1. Fluidiseringsapparat indeholdende et aflangt, i det væsentlige lodret hus, der afgrænseret et øvre kammer (12), et mellemkammer (32) og et nedre kammer (62), mange 5 i enderne åbne rør (34) anbragt i mellemkammeret (32), hvilke rør forbinder det øvre og det nedre kammer, en tilførselsledning (14) til at tilføre fluidiserbart materiale til det øvre eller eventuelt nedre kammer og modsvarende en afgangsledning (40) fra kammeret på husets modsatte ende og 10 midler (44, 46, 60) til at forsyne det nedre kammer med fluidiserende gas og til at fjerne denne fra det øvre kammer, hvorved den fluidiserende gas passerer opad gennem det nedre kammer og rørene til det øvre kammer og fluidiserer materialet i disse, kendetegnet ved, at omrøringen 15 i det øvre og det nedre kammer yderligere er forbedret med roterende blade (24,28,30).

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det øvre· og/eller det nedre kammer er omgivet af var-meoverføringskapper (52,62).

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omrøringsbladene (24, 28, 30) er dimensioneret således, at de bestryger så godt som hele tværsnittet både i det øvre kammer og i det nedre kammer.

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at omrøringsbladene (24, 28, 30) har i det væsentlige flade overflader, som ligger på tværs i forhold til strømningsretningen af den fluidiserende gas.

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omrøringsbladene (24, 28, 30) er anbragt trinvis, 30 idet hvert blad er monteret i 90° vinkel i forhold til de tilstødende ovenfor eller nedenfor anbragte blade. 35