DD140635A3 - Rotierender luftverteiler zur wirbelschichtbehandlung von fliessunwilligen haufwerken - Google Patents

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Description

1 9 8 8
Rotierender Luftverteiler zur WirbelSGhichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen rotierenden Luftverteiler zur Wirb el schicht behandlung von fließunwilligen Haufwerken, insbesondere von pulverfönnigen und/oder oberflächenfeuchten Schüttgütern.
Die Erfindung ist anwendbar bei einer Vielzahl von Prozessen, wie z· B. Kühlung, Trocknung, Mischvorgängen und Reaktionen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bekannt sind eine Verfahren und eine Vorrichtung, wobei durch in Bodennähe einmündende Lufteintrittsöffnungen diskontinuierlich Luft in ein Haufwerk eingeblasen wird (Ghem.-Ing.-techn. ^2, 196Ο, 4, 253-257). Nachteilig ist hierbei die komplizierte Einrichtung für die diskontinuierliche Luftzuführung, die außerdem immer an gleicher Stelle eintritt» Sollen höhere Leerraumgeschwindigkeiten verwirklicht werden, ist das System der Luftzuführung und -verteilung noch aufwendiger»
2 - Berlin, den 5. 9. 1979
WP P 26 B/ .198 893 O 611 DD/28
Nach der DD-PS 103 460 wird eine Vorrichtung zur Pluidisierung von handelsüblicher Stärke unter Ausschluß von Fließhilsmitteln beschrieben. . · Handelsübliche Stärke gehört zu den fließunwilligen Haufwerken, bei denen eine homogene Pluidisierung mit konventionellen Techniken nicht möglich ist. Gem. DD-PS 103 460 wird die Wirbelluft mit einem rotierenden Bodenluftverteiler in das Haufwerk eingetragen. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Luftkasten, einem Verteilerkopf mit Dichtungen und einer Anzahl Verteilerrohre sowie einer mit dem Verteilerkopf verbundenen Antriebswelle, mit der die Luftverteilervorrichtung motorisch angetrieben wird« Der Verteilerkopf ist im Zentrum des Bodenteiles angeordnet. Die Luftverteilerrohre führen bis zur Innenwand des zylindrischen Teiles der Wirbelschichtapparatur. Jedes einzelne Verteilerrohr ist über die gesamte Länge mit einem Längsschlitz oder mit einer Vielzahl kleiner, dicht aneinanderliegender Bohrungen versehen, über die die Wirbelluft in das Haufwerk eintritt. Dadurch bestreicht der aktive Teil des Verteilerrohres bei einer Umdrehung des Luftverteilers die gesamte Bodenfläche der Wir-belschichtapparatur. Beschrieben wurde weiterhin, daß eine, bezogen auf den Radius des Bodenteiles, gleichbleibende spezifische Luftverteilung und eine auf die Fläche des Bodenteiles äquivalente Luftverteilung erreicht werden kann, indem man entweder Schlitze mit der gleichen Breite oder Löcher mit dem gleichen Durchmesser anbringt bzw. einen zur Peripherie sich erweiternden Schlitz oder in radialer Erstreckung auf dem Luftverteilerrohr Bohrungen mit vergrößertem Durchmesser anbringt, Mit der in der DD-PS.103 460 beschriebenen Luftverteilungsvorrichtung wird jedoch grundsätzlich eine Feinverteilung der Wirbelschicht bezweckt«,
198893*" 3 - Berlin, den 5. 9. 1979
WP P 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Unabhängig von der beabsichtigten Luftverteilung entsteht immer ein bereits in der Chem. Techn. 22 (1970} 3, S. 140-144» beschriebenes Dichtegefälle und eine stationär umlaufende Wirbelschicht·
Das zeigt, daß die beschriebenen Maßnahmen zur Luftverteilung nur begrenzt wirksam sind. Das Dichtegefälle und die stationär umlaufende Wirbelschicht entsteht, weil die am Verteilerkopf endenden Verteilerrohre hier die geringste Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Deshalb vereinigen sich die inneren aktiven !Teile der Verteilerrohre und wirken wie ein einzelner stationär angeordneter Luftkanal.
Wird eine Wirbelschichtapparatur mit der beschriebenen Lüftverteilung mit einer vergleichsweise hohen Leerraumgeschwindigkeit betrieben, so verschlechtert sich die Qualität der Wirbelschicht sprungartig. Es bildet sich eine Sprudelschicht mit einem pneumatisch fördernden Austragskanal. Beim Übergang von der umlaufenden Wirbelschicht zur Sprudelschicht steigt der Austrag sprunghaft an, die Erhöhung der Leerraumgeschwindigkeit führt zu keiner äquivalenten Steigerung des Wärmeüberganges Wand/Schicht. Die Sprudelschicht ist weiterhin durch extreme Dichteunterschiede gekennzeichnet, wodurch in der Sprudelschicht angeordnete Einbauten, wie z. B. Heiz- oder Kühlrohre, diese so stören können, daß der Umlauf zum Erliegen und z. B. temperaturlabile Haufwerke zusammensintern und sich entzünden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die relativ kleinen Querschnitte der Luftaustritte leicht zum Verstopfen neigen.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung hat das Ziel, den Anwendungsbereich der Wirbelschichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken zu ver-
- 4 -
Berlin, den 5. 9. 1979 WP F 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
"breitem,· die sichere Verwendung von internen Heiz- oder Kühlflächen zu ermöglichen sowie deren Wijlssamkeit zu verbessern und mit verringertem energetischen und apparativen Aufwand die technisch-ökonomische Effektivität der zu lösenden Verfahrensaufgabe zu verbessern.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotierenden Luftverteiler zur Wirbelschichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken zu schaffen, mit dem es gelingt, die Luftverteilung und -eintragung so zu verbessern, daß eine gegenseitige Beeinflussung bzw. ein gemeinsames Wirksamwerden der Luftaustrittsöffnungen als Ursache für die Bildung stationär umlaufender Wirbelschichten und Sprudelschichten wirksam ausgeschlossen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere sich radial erstreckende Luftverteilerrohre angeordnet sind, die je eine Teilluftaustrittsöffnung aufweisen, welche unterschiedliche Teilkreise mit einem äquivalenten Radius r » von 0,5 r bis 1 r, vorzugsweise 0,6 r bis 0,9 r überstreichend angeordnet sind, dabei ist der Mittenabstand (a) zweier benachbarter Teilluftaustrittsöffnungen zueinander nach der Beziehung
Ξ 0,5 d
ausgebildet, wobei der Pak tor (K) der Beziehung 5 =K? 16 entspricht.
198893 - 5 - Berlin, den 5. 9. 1979
WP P 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Es "bedeutet:
a = Mittenabstand zweier benachbarter Luftaustrittsöffnungen in m
K β Paktor für die Luftstrahlverbreiterung
A = Gesamtfläche der Luftaustrittsöffnungen in m
n = Anzahl der Luftaustrittsöffnungen bzw. der Luft- ~ verteilerrohre
d = Durchmesser der Grundfläche der Wirbelschichtapparatur in m
Der Paktor K variiert zwischen 5 und 16 und ist unter anderem abhängig von der Luftaustrittsgeschwindigkeit der Teilluftmenge, der Wirbelschichthöhe und der Hydrodynamik der Wirbelschicht.
Die Anordnung aller Luftaustrittsoffnungen an der Luftverteilervorrichtun-g wird weiter durch den äquivalenten Radius ζ*««,, gekennzeichnet.
CiCjVl
Dieser wird definiert als Summe der Abstände der Luftaustritt so ffnung en vom Mittelpunkt dividiert durch die Anzahl der Luftverteilerelemente. Der äquivalente Radius einer archimedesspiraligen Anordnung der Luftverteilerelemente beträgt annähernd 0,5 r und stellt annähernd die erfindungsgemäße untere Grenze der mittleren Entfernung aller Luftaustrittsöffnungen vom Drehpunkt der Luftverteilvorrichtung dar.
Die obere Grenze für den äquivalenten Radius ist 1 r, der vorzugsweise Bereich beträgt 0,6 bis 0,9 r· Die Länge der Luftverteilerelemente wird durch den bestimmten Abstand der Luftaustrittsöffnungen vom Drehpunkt der Luftverteilervorrichtung ermittelt.
Vorteilhafterweise sind pro m Grundfläche 4 bis 55 Teilluftaustrittsöffnungen angeordnet.
19 8893 - 6 - Berlin, den 5. 9. 1979
• WP F 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Gesamtfläche der Teil-
2 2
luftaustrittsoffnungen von 0,005 kl pro m Grundfläche und 0,004 m pro m Grundfläche ausgebildet.
Es hat sich gezeigt, daß man mit größer werdendem Radius
ο die spezifische Anzahl der Luftaustrittsöffnungen pro m Grundfläche der Wirbelschichtapparatur wesentlich verringern kann, so daß in der Tendenz die spezifische Anzahl der Teilluftaustrit.tsöffnungen sich annähernd umgekehrt proportions! zum Durchmesser der Wirbelschichtapparatur verhält. Das entspricht einer "freien Siebfläche" von nur 0,5 bis 4 %t wodurch die Verteilung der benötigten Luftmenge im Vergleich zu bisher verwendeten Wirbelschichtvorrichtungen wesentlich erleichtert wird.
Zweckmäßigerweise werden Luftaustrittsgeschwindigkeiten aus den Teilluftaustrittsöfi'nungen zwischen 20 m pro s und 100 m pro s verwendet. Mir eine groüe Anzahl fließunwillxger Haufwerke ist eine solche von 35 bis 80 m pro s erforderlich. Das entspricht einer Luftgeschwindigkeit im Ausgangspunkt des Luftstrahles, die 5- bis 20Ofach über der Schwebegeschwindigkeit des Einzelkornes liegt. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Luftverteilers von 0,3 r..„. pro s bis 6 r.._„
aqu ci(jvi
pro s vorgesehen.
Bei der Pluidosierung von extrem feinpulvrigen Haufwerken werden hohe Luftaustrittsgeschwindigkeiten bevorzugt.
Mit dem erfindungsgemäßen Luftverteiler wird das Wirbelmedium in eine begrenzte Anzahl von Teilmengen zerlegt und jede dieser Teilmengen momentan örtlich begrenzt eingetragen. Die Teilmengen überfluten zeitlich und örtlich begrenzt das Wirbelgut.
19 88 93 - 7 - Berlin, den 5. 9. 1979
WP F 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Damit wird eine der Anzahl der Teilluftmengen entsprechende Anzahl diskreter Umlaufschichten erzeugt. Diese existieren durch die durch die Drehbewegung des Luftverteilers, .bezogen auf einen festen Punkt der Grundfläche der Y/irbelapparatur, nur kurzfistig, d. h. auf jedem der Austrittsöffnung des Luftverteilers zugeordneten Radius findet eine permanente Neubildung von diskreten Umlaufschichten statt. Die auf dem jeweiligen Radius entstehenden diskreten Umlaufschichten bilden in vertikaler Erstreckung einen Hohlzylinder, dessen Wandstärke annähernd der momentanen Binwirkungszone der Teilluftaustrittsöffnung in Bodennähe entspricht. Da sich die erfindungsgemäßen monentarren Einwirkungszonen der Teilluftmengen nicht gegenseitig durchdringen, bildet sich, ausgehend von jeder Teilluftaustrittsöffnung, ein diskretes, für die Umlaufschicht typisches Dichtegefälle aus. Durch dieses wird innerhalb der diskreten Umlaufschicht eine umlaufende Bewegung ausgebildet.
Infolge der Ortsveränderung der Teilluftaustrittsstelle entlang dem Umfang des der Teilluftaustrittsöffnung zugeordneten Teilradius wird die diskrete Umlaufschicht im Einwirkungsteilkreisring ständig'neu gebildet.
Die Wirbelluft wirkt somit immer auf Bereiche mit einer abwärtsgerichteten Tendenz ein. Die von der örtlich begrenzt austretenden Wirbelluft ausgehenden Beschleunigungskräfte werden dabei in Bewegungsrichtung der Teilluftaustrittsstellen vom abwärtsgerichteten Produktstrom kompensiert, die abwärt sgerichtete Tendenz des Produktstromes für den Zeitraum der Einwirkung der Wirbelluft in eine aufwärtsgerichtete umgewandelt und eine intensive Pluidisierung mit ständig wechselnder Hauptaustauschrichtung ereicht.
Die Wirbelluft wird in einem scharfen Strahl rechtwinklig oder in
blasen.·
oder in einem Winkel bis zu 30° gegen den Behälterboden ge-
8 - Berlin, den 5. 9. 1979 WP P 2β Β/ 198 893 O 611 DD/28
Beim Auftreffen des Luftstrahles auf dem Behälterboden wird dieser breit gefächert, reflektiert und aufgrund des hydrostatischen Verhältnisses umgelenkt. Hierbei-vermischt er sich mit dem in der Wirbelapparatur befindlichen Schüttgut und. bildet in vertikaler Erstreckung die schon beschriebene diskrete Umlaufschicht. Die Einwirkzone des LuftStrahles ist annähernd identisch mit der Reflexionszone.
Da die erfindungsgemäße Lösung sehr flexibel ist, können unter Verwendung der vorgeschlagenen Lösung eine Vielzahl von verfahrenstechnischen Aufgaben gelöst werden..Die große Flexibilität wird durch die Wahl der Umfangsgeschwindigkeit des Luftverteilers, durch die Dimensionierung der Teilluftaustrittsstellen und die Luftaustrittsgeschwindigkeit erreicht·
Je nachdem, wie die Umfangsgeschwindigkeit des Luftverteilers, die Anordnung der Luftaustrittsstellen zueinander sowie die Dimensionierung der Luftaustrittsstellen an den Luftverteilerelementen gewählt wurde, erhält man eine charakteristische Ausbildung der Wirbelschicht. So ist es z· B. Möglich, durch Änderung der Umfangsgeschwindigkeit des Luftverteilers'die Ausbildung des Wirbelbettes zu beeinflussen.
Bei niedriger Umfangsgeschwindigkeit stoßen die von den Luftaustrittsöffnungen ausgehenden diskreten Umlaufschichten bis an die Schichtoberfläche durch. Die Wirbelschicht ist durch starke vertikale Mischbewegungen gekennzeichnet.
Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten werden die Beschleunigungskräfte der aus den Einzelöffnungen austretenden Wirbelluft bereits in tieferen Zonen der Y/irbel schicht kompensiert, so daß die Y/irbelschicht unter sonst gleichen Bedingungen einen ruhig siedenden Charakter annimmt.
19 8893" 9 - Berlin, den 5. 9. 1979
WP F 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine komplette Wirbelschichtapparatur mit dem erfindungsgemäßen Luftverteiler :
Pig· 2: ein Bodenteil mit Luftverteiler
Pig· 3: eine Ausführungsfonn des Luftverteilers mit Bodenteil
Pig· 4: eine Vorderansicht der Wirbelschichtapparatur mit Einbauten.
In Pig· 1.ist eine komplette 7/irbelschichtapparatur gezeigt. Sie besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit Mantel 1 und Bodenplatte 2 sowie Ein- und Auslaßstützen. Unterhalb der Bodenplatte 2 ist ein Luftkasten 7 angeordnet. Im Innern des Gehäuses ist auf der Bodenplatte 2 ein Verteilerkopf 4 mittels der Welle 3 drehbar vorgesehen. Der Verteilerkopf 4 trägt die horizontal angeordneten Luftverteilerrohre 5 mit den Luftaustrittsöffnungen 6.
Die Pig. 2 und 3 zeigen den erfindungsgemäßen Luftverteiler in Anordnung auf der Bodenplatte 1. In diesen Darstellungen sind der Mittenabstand a zweier benachbarter Luftaustrittsöffnungen 6 und die Breite B des Kreisringes gezeigt.
Pig, 4 zeigt die Ausführungsform eines Wirbelschichttrockners.
Y/esentliche Elemente dieses Trockners sind die Bodenplatte 1 gemäß Pige 3j ein belieizbarer Doppelmantel, der beheizbare innere Wärmeaustauscher, die oberhalb der Wirbelschicht
10
10 - Berlin, den 6. 9. 1979 WP ϊ1 26 B/ 198 893 0 611 DD/28
liegende Produktführung sowie die ebenfalls oberhalb der Y/irbelschicht befindliche Produktaustragung. Die Wirbelluft wird über einen Zyklon entstaubt und das zurückzuführende Material über eine Zellenschleuse bzw. ein äquivalentes Abschlußorgan zurückgeführt.
Nachfolgend sollen noch einige konkrete Anwendungsbeispiele beschrieben werden. '
Beispiel 1 - Mischen gemahlener Trockenspeisekatoffeln mit . Kartoffelstärke und Speisesalz
Bs v/erden in eine Wirbelschichtapparatur mit 1,2 m Durchmesser gleichzeitig 962 kg gemahlene Trockenspeisekartoffeln, 273 kg handelsüblicher Kartoffelstärke und 65 kg Speisesalz eingespeist.
Bereits während der Einspeisung wird Wirbelluft über einen mit 6Ö U/min rotierenden Luftverteiler mit 8 Einzelrohren eingetragen.
Die Leerraumgeschwindigkeit beträgt 0,32 m pro s. Die Mischung ist praktisch mit Abschluß der Einspeisung homogen. Mit einem Sicherheitszuschlag von 20 s wird der Mischvorgang beendet.
Die Behandlung von oberflächenfeuchten Material bereitet ebenfalls keine Schwierigkeiten. Feststoffzusammenballungen werden durch die auf einer Kreisbahn umlaufenden diskreten Umlaufschichten sehr schnell aufgelöst und das oberflächenfeuchte Material intensiv mit dem vorgelegten Material vermischt·
Eine solche Behandlung wird im folgenden Beispiel beschrieben.
Beispiel 2 - Herstellung von Extraktionsharnstoffschnitzeln In eine Y/irbelschi.chtapparatur gemäß Beispiel 1 wird mit
11
19 8 8 93'-- 11 - Berlin, den 6. 9. 1979
. WP F 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
einer Leerraumgeschwindigkeit von 1 m pro s fluidisierte Zuckerräbenextraktionsschnitzel eine, bezogen auf die vorgelegte Menge, 20%ige wäßrige Harnstofflösung eingetragen. Der (Peilchendurchmesser, der Eytraktionsschnitzel liegt zwischen 0,1-4 mm· !Trotz großer Teilchenunterschiede und einem relativ hohen Wassergehalt kommt die Schicht nicht zum Erliegen.
Es ist weiter möglich, komplizierte Einbauten, wie z. B.. Rohre usw., in der Wirbelschicht zu installieren, ohne daß die Wirbelschichtqualitat darunter leidet. Bei Trocknungsprozessen kann dadurch das Verhältnis von konkretiver Wärme zur Kontaktwärme zugunsten der Kontaktwärme verschoben werden» Die Wirbelluft hat in diesem Pail neben der Erzielung gewünschter Hydrodynamik nur noch die Aufgabe, das abgetrocknete Wasser abzutransportieren. Die Wärmeverluste werden damit vermindert.
Besonders vorteilhaft erweist sich die Reduzierung der Aufgaben der Wirbelagrenz, wenn mit Inertgasen oder überhitzten Lösungsmitteldämpfen gearbeitet wird.
Beispiel 3 - Trocknung handelsüblicher Kartoffelstärke im hygroskopischen Bereich
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich gut zur Trocknung von handelsüblicher Kartoffelstärke im hygroskopischen Bereich verwenden.
Dazu werden kontinuierlich 5.625 kg/h handelsübliche Kartoffelstärke mit einem Anfangswassergehalt von x_ = 0,25 kg HgO/kg Stärke und einer Anfangstemperatur von 20 C eingespeist. Der Wirbelluftstrom wird durch den mit 40 U/min rotierenden Luftverteiler grob in 6 Einzelluftströme aufgeteilt, Die Lerraumgeschwindigkeit beträgt 0,73 m/s, der freie Raum oberhalb der Wirbelschicht (Separationsraum) 1,1 ζ Wirbelschichthöhe.
' - 12 -
12 - Berlin, den 6. 9. 1979
WP P 26 B/ 198 893 O 611 DD/28
Als Heizmedium dient Dampf mit t = 195° O.
Die Summe aller von der ?/irbel schicht direkt berührten pe-
ripheren und internen Heizflächen beträgt 18,7 m .
Das eingespeiste Haufwerk verläßt die Apparatur mit einer Temperatur von 100° C und ist praktisch wasserfrei. Der ver-'wirklichte Wärmestrom wird durch Wärmeübergangszahl k = 667 kcal/m h 0 charakterisiert. Pro kg verdampftes Wasser werden 887 kcal verbraucht.

Claims (6)

  1. Erfindungsanspruch
    1. Rotierender Luftverteiler zur Wirbelschichtbehandlung von fließunwilligen Haufwerken, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere sich radial erstreckende Luftverteilerrohre angeordnet sind, die je eine Teilluftaustrittsöffnung aufweisen, welche unterschiedliche Teilkreise mit einem äquivalenten Radius r.. von 0,5 r bis 1 r, vorzugswei-
    et Q w>
    se 0,6 r bis 0,9 r überstreichend angeordnet sind, dabei ist der Mittenabstand (a) zweier benachbarter Teilluftaustrittsöffnungen zueinander nach der Beziehung
    S a i 0.5
    ausgebildet, wobei der Faktor (K) der Beziehung 5 $ κ ^ 16 entspricht.
  2. 2. Luftverteiler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,
    daß pro m Grundfläche
    nungen angeordnet sind.
    daß pro m2 Grundfläche 4 bis 55 Teilluftaustrittsöff-
  3. 3. Luftverteiler nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine Gesamtfläche der Teilluftaustrittsöffnungen von 0,005 m2 pro m2 Grundfl·
    fläche ausgebildet ist.
    Pp ? 2
    0,005 m pro m Grundfläche und 0,04 m pro m Grund-
  4. 4. Luftverteiler nach Punkt 1 bi's 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der Teilluftaustrittsstellen annähernd proportional dem Radius der Luftverteilvor-
    Berlin, 5. 9. 79 O 611/DD/28
    richtung ausgebildet ist.
  5. 5. Luftverteiler nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine Luftaustrittsgeschwindigkeit aus den Teilluftaustrittsöffnungen zwischen 20 m pro s und 100 m pro s, vorzugsweise 35 m pro s bis 80 m pro s, vorgesehen ist.
  6. 6. Luftverteiler nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet da durch, daß eine Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Luftverteilers von 0,3 r ... pro s bis 6 r .. pro s vorgesehen ist.
    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
DD19889377A 1977-05-12 1977-05-12 Rotierender luftverteiler zur wirbelschichtbehandlung von fliessunwilligen haufwerken DD140635A3 (de)

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