EP0000512A1 - Frei tragender Wendelrührer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a self-supporting spiral stirrer with a plurality of spiral windings consisting of hollow sections, the lower end of which, facing the bottom of the stirring container, is transferred into a hub which in turn is seated on a drive shaft leading downwards through the bottom of the stirring container.
- the stirrer is used to mix a bed of bulk goods which is moved in vertical cylindrical containers.
- the mixing of the bulk material essentially depends on the number of spiral turns, the spiral pitch, the spiral width, the speed of the stirrer and the type of bulk material.
- the spiral stirrer covered in the stirring bed by the bulk material causes the solid to circulate vertically, with the bulk material being conveyed upwards and downwards in the middle of the bed. It is difficult to carry out mixing and stirring processes in powder layers, especially if the product in powder form is continuously simulated by polymerization from the gas phase, as is the case, for example, with the continuous gas-phase polymerization of propylene and ethylene P u lverbettes a good distribution of catalyst, monomeric gas and cooling gas be guaranteed so that no local overheating occurs. This would lead to melting and sintering of the product powder and thus to disturbances in the production process due to product approaches on the container wall, on the stirrer and due to agglomerates in the bulk material bed.
- a distributor spiral is arranged in the region of the transition from the hub to the first turn of the helix, which deflects the fresh and cooling gas stream fed into the reactor along the stirrer shaft and immediately into the existing circulation circuit of the solid distributed.
- the connection between the helix and the hub is designed in such a way that there are no currentless zones on the lee side of the connection.
- An asymmetrically designed cone on the hub influences the critical flow zone that occurs there through its eccentricity in a positive sense by disturbing the quiet zone that forms there and thus preventing disruptive agglomerates.
- the helix tapers outwards at its free end in a wedge shape. This measure eliminates the formation of a vortex trail or loosening point at the stirrer end sliding through the powder layer, so that product batches which preferably occur in such areas are avoided.
- the stirrer is designed in the form of a self-supporting helix 1 with several, advantageously 3 to 5 turns, which is transferred at its lower end via a distributor spiral 6 into a hub 2.
- the distributor spiral serves to deflect the fresh and cooling gas stream entering a gap between the stirrer shaft 4 and the stirrer shaft bore and distributing it immediately over the entire cross section of the container 3. It expediently consists of a triangular hollow profile tapering counter to the direction of rotation is wound spirally around the hub 2.
- the hub 2 is provided with an asymmetrical cone 7, the eccentricity of which advantageously corresponds to approximately half the shaft diameter. This effectively prevents product growth in this low-flow zone.
- the helix 1 denotes the free spiral outlet, the cross section of which tapers outwards over a range from 90 to 120 ° C. causes a vortex-free flow pattern on the bed surface and thus also counteracts growth.
- bulkhead plates 8 and 9 which are welded on all sides to the corresponding profile walls on their end faces, the helix 1 is additionally given an extraordinary buckling strength, in particular under extreme loads, such as pressure changes during rapid relaxation processes.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen frei tragenden Wendelrührer mit mehreren aus Hohlprofilen bestehenden Wendelwindungen, deren unteres, dem Boden des Rührbehälters zugewandtes Ende, in eine Nabe übergeführt ist, die ihrerseits auf einer nach unten, durch den Boden des Rührbehälters führenden Antriebswelle aufsitzt. Der Rührer dient zum Durchmisehen eines Schüttgutbettes, das in vertikalen zylindrischen Behältern bewegt wird.
- Die Durchmischung des Schüttgutes hängt im wesentlichen von der Anzahl der Wendelwindungen, der Wendelsteigung, der Wendelbreite, der Drehzahl des Rührers und der Art des Schüttgutes ab. Der im Rührbett vom Schüttgut bedeckte Wendelrührer bewirkt eine Vertikalumwälzung des Feststoffes, wobei das Schüttgut außen nach oben und in der Bettmitte nach unten gefördert wird. Schwierig sind Misch- und Rührvorgänge in Pulverschichten insbesondere dann durchzuführen, wenn ständig pulverförmiges Produkt durch Polymerisation aus der Gasphase nachgebildet wird, wie es beispielsweise bei der kontinuierlichen Gasphasen-Polymerisation von Propylen und Äthylen der Fall ist, Bei diesen Verfahren muß durch ständige Umwälzung des gesamten Pulverbettes eine gute Verteilung von Katalysator, monomerem Gas und Kühlgas gewährleistet sein, so daß keine lokalen Überhitzungen auftreten. Diese würden zum Schmelzen und Sintern des Produkpulvers führen und damit zu Störungen im Produktionsablauf durch Produktansätze an der Behälterwand, am Rührer und durch Agglomerate im Schüttgutbett.
- Zur Darstellung der Erfindung-Gattung ist von.einem bekannten Wendelrührer im Sinne der DT-PS 1 218 265 ausgegangen, mit dem bisher bei kleineren Reaktoren ein störungsfreier Polymerisationsablauf möglich war. Beim Übergang auf größere Polymerisationsreaktoren, beispielsweise >10 m3 Inhalt, hat es sich jedoch gezeigt, daß solche Rührer für einen störungsfreien Dauerbetrieb nicht in jeder Hinsicht befriedigen. Insbesondere im Bereich der Rührernabe und des Leitbleches ergeben sich Produktansätze, die sich gelegentlich ablösen und beim Produktaustrag aus dem Reaktor zu Verstopfungen und damit zur Produktionsunterbrechungen führen. Es sind außerdem größere Produktknollen zu beobachten, die offenbar zwischen Reaktorboden und dem Produktaufnahmebereich des Rührers entstehen. Auch am im Schüttbett getauchten Rührerende kommt es zu Produktansätzen. Diese Erscheinungen sind auf ungenügende oder gestörte Mischverhältnisse zurückzuführen und haben primär im Nabenbereich des Rührers, in dem die Umlenkung des umzuwälzenden Schüttgutes erfolgt, ihre Ursache, da dort die Strömungsverhältnisse durch komplexe Druck- und Scherspannungen negativ beeinflußt werden. Besonders gravierend sind diese Nachteile, wenn dem Reaktor entlang der Rührwelle über einen Spaltring z.B. Äthylen oder Propylen zur Polymerisation und gleichzeitigen Wärmeabfuhr zugeführt wird.-Die geforderte gleichmäßige Gasverteilung des am Reaktorboden eintretenden Gases, das. beispielsweise im Falle von Äthylen oder Propylen ganz oder teilweise verflüssigt sein kann und zur Polymerisation und Wärmeabfuhr gleichmäßig über das Schüttgut verteilt weren muß um Konzentrationsunterschiede weitgehend auszugleichen und lokale Überhitzungen zu verhindern, ist bei dem bekannten Wendelrührer nicht gewährleistet.
- Es war daher Aufgabe der Erfindung, einen frei tragenden Wendelrührer so zu gestalten, daß die vorgenannten Nachteile nicht auftreten können.
- Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich des Übergangs von der Nabe zur ersten Windung der Wendel eine Verteilerspirale angeordnet ist, welche den entlang der Rührerwelle über einen Spaltring in den Reaktor zugeführten Frisch- und Kühlgasstrom umlenkt und sofort in den bestehenden Umwälzkreis des Feststoffes verteilt. Der Anschluß zwischen Wendel und Nabe ist dabei so gestaltet, daß auf der Lee-Seite des Anschlusses keine strömungslosen Zonen entstehen.
- Ein asymmetrisch ausgebildeter Kegel auf die Nabe beeinflußt die dort auftretende kritische Strömungszone durch seine Exzentrizität in positivem Sinne, indem er die dort sich ausbildende Ruhezone stört und damit störende Agglomerate verhindert.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verjüngt sich die Wendel an ihrem freien Ende keilförmig nach außen. Durch diese Maßnahme wird die Ausbildung einer Wirbelschleppe bzw. Lockerstelle an dem durch die Pulverschicht gleitenden Rührerende ausgeschaltet, so daß Produktansätze, die vorzugsweise in solchen Bereichen entstehen, vermieden werden.
- Es wurde des weiteren gefunden, daß reine Hohlprofile als Wendelquerschnitt, gleich welcher Art von Querschnittsgestaltung, bei Rührergrößen etwa ab 1 400 mm Außendurchmesser und Rührerwellendrehmomenten ab 800 daNm, die besonders hinsichtlich Beul-Steifigkeit des außerdem durch kurz- fristige Druckunterschiede von mindestens 25 bar beaufschlagten Rührers, den Anforderungen eines freitragenden Wendelrührers nicht mehr genügen. Dieser Nachteil wurde erfindungsgemäß dadurch umgangen, daß der hohle Wendelquerschnitt,mit Schottblechen versehen ist, welche etwa im Abstand einer Wendelblattbreite angebracht sind.Diese Möglichkeit ergibt sich durch segmentförmigen Aufbau der Wendel, d.h., die Wendel besteht aus aneinandergereihten Kastenabschnitten.
- Auf diese Weise ausgebildete Wendel ermöglichen den Einsatz in besonders großen Rührbehältern. So konnte beispielsweise bei einem frei tragenden Wendelrührer mit einem Außendurchmesser D von 2 650 mm, einer Seigung S von 1 000 mm, 3,75 Windungen und einer Blattbreite b von 400 mm selbst bei Rührerwellendrehmomenten von 6 000 daNm außerordentliche Formstabilität festgestellt werden. Mit Blechen einer Dicke von 12 bis 14 mm ist dabei ein vergleichsweise leichter Wendelrührer herstellbar, der zudem den Vorteil geringer Beanspruchung durch Trägheitskräfte aufweist.
- Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wendelrührers ist in den Zeichnungen - Figur 1 bis Figur 3 - schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.
- Es zeigt
- Figur 1 den in einen Rührbehälter eingebauten Rührer
- Figur 2 eine Draufsicht des in Figur 1 dargestellten Wendelrührers in der Ebene A-B und
- Figur 3 eine Seitenansicht in der Ebene C-D.
- Gemäß Figur 1 ist der Rührer in Form einer frei tragenden Wendel 1 mit mehreren, vorteilhaft 3 bis 5 Windungen ausgebildet, die an ihrem unteren Ende über eine Verteilerspirale 6 in eine Nabe 2 übergeführt ist.
- Die Verteilerspirale dient der Umlenkung des senkrecht nach oben gerichteten, in einem zwischen Rührerwelle 4 und Rührerwellenbohrung befindlichen Spalt eintretenden Frisch-und Kühlgasstromes und dessen sofortiger Verteilung über den gesamten Querschnitt des Behälters 3. Sie besteht zweckmäßigerweise aus einem entgegen der Drehrichtung sich verjüngenden dreieckförmigen Hohlprofil und ist spiralförmig um die Nabe 2 gewickelt.
- Die Nabe 2 ist mit einem asymmetrischen Kegel 7 versehen, dessen Exzentrizität vorteilhaft etwa dem halben Wellendurchmesser entspricht. Hierdurch werden Produktanwachsungen in dieser strömungsarmen Zone wirksam verhindert.
- Mit 5 ist der freie Wendelauslauf bezeichnet, dessen nach außen über einen Bereich von 90 bis 120°C sich verjüngender Querschnitt einen wirbelfreien Strömungsverlauf an der Bettoberfläche bewirkt und damit ebenfalls Anwachsungen entgegenwirkt. Durch Schottbleche 8 und 9,welche an ihren Stirnseiten allseitig mit den entsprechenden Profilwänden verschweißt sind, erhält die Wendel 1 zusätzlich eine außerordentliche Beul-Festigkeit, insbesondere bei extremen Belastungen, wie Druckwechsel bei raschen Entspannvorgängen.
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