DD249860A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von fluidisierten schuettguetern in wirbelschichtapparaten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung von fluidisierten schuettguetern in wirbelschichtapparaten Download PDF

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DD249860A1
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Lothar Schuart
Lothar Backhauss
Reiner Wetzel
Frank-Detlef Wende
Jens Koepke
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Thaelmann Schwermaschbau Veb
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Prozesse in der chemischen Industrie, in der Land- und Nahrungsgueterwirtschaft und in der Grundstoffindustrie. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Staubaustrag aus dem Wirbelschichtapparat ohne Abscheidung des Staubes an einer Filterflaeche zu verhindern, die Verfahrensprozessdurchfuehrung zu intensivieren und die Installation voluminoeser Abscheider innerhalb oder ausserhalb des Wirbelschichtapparates zu vermeiden. Die technische Aufgabe besteht darin, die mit dem Abluftstrom mitgerissenen Staubteilchen und/oder Fluessigkeitstroepfchen im Raum oberhalb der Wirbelschicht durch geeignete Verfahrensschritte und Mittel zu entfernen und in die Schicht zurueckzufuehren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die einzeln und an sich bekannten Verfahrenstechniken kombiniert zur Wirkung gebracht werden, indem die aus der Wirbelschicht ausgestossenen Schwebeteilchen in die oberhalb der Schicht befindliche beruhigte Zone des Wirbelschichtapparates gelangen, dort im aufgebauten elektrischen Feld aufgeladen werden, agglomerieren und in die Schicht zurueckfallen.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Prozesse in der chemischen Industrie, in der Land- und Nahrungsgüterwirtschaft und in der Grundstoffindustrie, bei denen Wirbelschichtapparate zur Granulation, Trocknung, Kühlung oder Reaktionsführung von fluidisierten Schüttgütern eingesetzt werden..
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt, daß bei Wirbelschichtprozessen, bei denen ein Schüttgut durch einen durchströmenden Gasstrom fluidisiert wMtt, durch den Abrieb, den Austrag des Feinkorns und mögliche prozeßbedingte Staubzuführungen, immer ein Staubaustrag aus der Schicht erfolgt. Außerdem werden durch Prallwirkung auch größere Körner aus der Schicht sporadisch mit ausgetragen.
Eieiibt dieser Austrag unberücksichtigt, so führt er zu Verlusten an Einsatzstoffen und beeinträchtigt die Umweltbedingungen awdtt den Austritt staubhaltiger Abluft in die Umgebung. Bei Kreislauffahrweise entstehen erhebliche Erosionsprobleme am Lüfter. Deshalb wurden bisher die Staubausträge aus der Anlage vermieden, indem im Wirbelschichtapparat oberhalb der Schicht eine größere Beruhigungszone mit erweitertem Querschnitt und damit verringerten Luftgeschwindigkeiten angeordnet wäiiKleisrid indem diesem Wirbelschichtapparat Zyklone, Elektrofilter oder Naßabscheider einzeln oder in Kombination ^achgsschaitet wurden.
Diess Lösungen führen jedoch zu einer erheblichen Erhöhung des Anlagevolumens. Es ist bekannt, daß das Volumen der Wirbelschicht weniger als 4% des zur Abscheidung benötigten Apparatevolumens beträgt. Außerdem muß der abgeschiedene Siaüte aus Gründen der Materialökonomie wieder in die Schicht zurückgeführt werden, wozu weitere Einrichtungen und ein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich sind.
Es warden auch Lösungen realisiert, bei denen die Staubabscheidung im Wirbelschichtapparat selbst oberhalb der BetüthiiguiRgszone in Gewebefiltern verschiedener Bauart erfolgt. Die Nachteile dieser Lösung bestehen ebenfalls in einem gjö&ren Äpparatevolurnen durch zusätzliche mechanische oder pneumatische Einrichtungen zur Reinigung der Filter, um den ArasSieg des Druckverlustes der Filter zu begrenzen und den Staub, allerdings meist diskontinuierlich, in die Schicht zu riaokzaführen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Staubaustrag aus dem Wirbelschichtapparat ohne Abscheidung des Staubs an einer Filterfläche zu verhindern, die Verfahrensprozeßdurchführung zu intensivieren und die Installation voluminöser Abscheider innerhalb oder außerhalb des Wirbelschichtapparates zu vermeiden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung zu lösen ist, besteht darin, in einem Wirbeischichtapparat die mit dem Abluftstrom aus der Schicht mitgerissenen Staubteilchen und/oder Flüssigkeitströpfchen im Raum oberhalb der Wirbelschicht durch geeignete Verfahrensschritte und Mittel aus dem Abluftstrom zu entfernen und in die Schicht zurückzuführen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die einzeln und an sich bekannten Verfahrenstechniken kombiniert zur Wirkung gebracht werden, indem die aus der Wirbelschicht ausgestoßenen Schwebeteilchen in die oberhalb der Schicht befindliche beruhigte Zone des Wirbelschichtapparates gelangen, dort im aufgebauten elektrischen Feld aufgeladen werden, agglomerieren und in die Schicht zurückfallen. Die Agglomeration wird dadurch erreicht, daß oberhalb der Wirbelschicht eine gitterartige, unter negativer Hochspannung stehende Sprühelektrode angeordnet ist, durch die die mit Teilchen geschwängerte Abluft hindurchstreicht, dabei aufgeladen und an räumlich darüberliegenden geerdeten Niederschlagselektroden abgeschieden werden. Die Verfahrensdurchführung wird dadurch intensiviert, daß der Abluftstrom in mindestens zwei, vorzugsweise in vier Teilströme augeteilt wird, diese einzeln bzw. paarweise gegenpolig aufgeladen undd zwecks Agglomeration wiedervereinigt werden. Darüber hinaus kann der Raum oberhalb der Wirbelschicht in Teilräume gegliedert und in jedem Teilraum ein elektrisches Feld angeordnet sein.
Weiterhin wird das Verfahren dadurch vorteilhaft ergänzt, daß durch ein Einspritzsystem und Zusatz von Salizinsäure in eine Konzentration von 0,01-0,1 % der Agglomerationseffekt unterstützt wird.
Der obere Teil der Wirbelschichtapparates besteht aus elektrisch nicht leitfähigem Material oder ist mit einer durchschlagssicheren Isolation versehen. Der Abgaskanal kann auch seitlichen angeordnet und durch eine netzartige, abgasdurchlässige, gleichpolige, vorzugsweise parallel zur Austrittsöffnung liegende Hochspannungselektrode abgeschottet sein, unterhalb der sich ein Auffangvolumen für das Agglomerat und eine Abführschleuse befindet.
Die Aufladung der Teilchen kann mittels Kontakt-oder Koronaaufladung erfolgen. Dabei wird dem Koronafeld der Vorrang gegeben, da in diesem die höchste Ladungsdichte und somit die größten wirkenden Feldkräfte erzeugt werden können. Für die Abscheidung der geladenen Partikel ergeben sich zwei Möglichkeiten:
1. Die Aufladungs- und Abscheidezone sind räumlich nicht voneinander getrennt. Die Staub- und/oder Flüssigkeitspartikel werden durch negative Sprühdrähte aufgeladen und an geerdeten Niederschlagelektroden, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, abgeschieden. Das integrierte Auflade- und Abscheidesystem wid in einem Abstand von 100 bis 700 mm Höhe oberhalb der Wirbelschicht im Erweiterungsteil des Wirbelschichtapparates angeordnet. Die angelegte Feldstärke liegt im Bereich 5-25kV · cm"1 (für Luft).
2. Die Aufladungs- und Abscheidezone sind räumlich voneinander getrennt. Dabei werden die Staub- und/oder Flüssigkeitspartikel in einem negativen Koronafeld bzw. durch Kontaktaufladung aufgeladen und an darüber angeordneten geerdeten Niederschlagselektroden abgeschieden. Für das Koronafeld finden als Sprühelektroden dünne Drähte mit scharfen Kanten Verwendung. Diese befinden sich in einem Abstand von 100 bis 300 mm oberhalb der Wirbelschicht und sind netzartig angeordnet, wobei der Abstand der Sprühdrähte zwischen 10 bis 20 mm variieren kann. Ais Abscheideelektroden dienen geerdete Platten oder zweckentsprechend gestaltete Profile mit großer Oberfläche. Die Abscheideelektroden befinden sich im Erweiterungsteil des Wirbelschichtapparates. Die angelegte Hochspannung liegt im Bereich von 1 bis 50 kV.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Es zeigt Fig. 1 mit den zugehörigen Schitten A-A sowie B-Beinen quadratischen Wirbelschichtapparat für den Trocknungsprozeß eines welchen Produktes mit hohem Abrieb. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,1 bis 0,2 mm.
Bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/s im freien Querschnitt ist 200 mm über der Wirbelschicht, die sich im Wirbelschichtapparat 5 oberhalb des Anströmbodens 1 ausbildet, eine gitterartige negative geladene Sprühelektrode 2 angerodnet. Die angelegte negative Spannung beträgt -5kV. An dieser Sprühelektrode 2 werden die Staubteilchen negativ aufgeladen. An der geerdeten Abscheideelektrode 3 werden die Staubteilchen niedergeschlagen und agglomeriert.
Durch das sich aufbauende Eigengewicht fallen die abgeschiedenen Staubteilchen in die Wirbelschicht zurück und werden mit dem Trockenprodukt ausgetragen. Mit 6 ist die Zuführung der Hochspannung bezeichnet. Der staubfreie Abluftstrom verläßt über den am Kopf des Wirbelschichtapparates 5 angeordneten Abluftausgang 4 den Wirbelschichtapparat. Die Apparatewände oberhalb der Wirbelschicht sind mit einer durchschlagssicheren eiektrischen isolierenden Schicht ausgekleidet. Sprüh- und Abscheideelekroden sind mittels Isolatoren 7 im Wirbelschichtapparat 5 befestigt.
Fig. 2 mit den zugehörigen Schnitten A-A und B-B zeigt des Beispiel der Verwendung eines runden Wirbelschichtapparates mit kassierendem Abzug für einen Granulationstrocknungsprozeß eines ebenfalls weichen Produktes mit hohem Abrieb. Der Anströmboden 1 erzeugt ein sich überlangerndes radiales und axiales Strömungsprofil in der Wirbelschicht. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,05 bis 0,5 mm. Bei einer Luftgeschwindigkeit von 1m/s im freien Querschnitt sind 150 mm über dem Einspritzsystem 8 die 250 mm längen Aufladekanäle 9 angeordnet, wobei sich in jedem Aufladekanal eine Sprühelektrode 2,3 befindet. Die angelegte negative Spannung beträgt -25kVund die positive +15kV.
Nach der Vereinigung der entgegengesetzt aufgeladenen Teilströme kommt es zur Agglomeration der Teilchen. Durch die rotierende Bewegung der Strömung werden die Agglomerate an die geerdete Apparatewand geschleudert, entladen und fallen in die Schicht zurück. Der greinigte Abluftstrom verläßt den Wirbelschichtapparat 5 über den Abluftkanal 4. Alle Sprühelektroden sind durch Isolatoren 7 im Wirbelschichtapparat 5 befestigt und abgesichert.
Fig. 3 stellt einen quadratischen Wirbelschichtapparat 5 mit seitlichem Abluftkanal 4 dar, der ebenfalls für einen Granulierungsprozeß eines weichen Produktes mit hohem Abrieb benutzt wird. Der ausgetragene Staub hat eine Körnung von 0,05 bis 0,5mm.
Der Wirbelschichtapparat 5 besteht oberhalb des Einspritzsystems 8 aus Plast, unterhalb daneben aus Stahl und ist geerdet. Die Luftgeschwindigkeit im freien Querschnitt des Wirbelschichtapparates 5 beträgt 1,2m/s. Der Abstand der netzartigen Elektrode 2 mit einer Maschenweite von 1,2mm von dem geerdeten Einspritzsystem 8 beträgt 50 mm.
Die über eine Spannungsreduzierungseinrichtung 11 angelegte Spannung an der Elektrode 2 gegenüber Erde beträgt mindestens -15 kV. Über der Hochspannungselektrode 2 befindet sich ein Freiraum 10 mit einer Höhe von 600 mm, der die natürliche Absatzbewegung größerer Teilchen fördert. Dieser Freiraum 10 geht in einen sich allmählichen verjüngenden Abluftkanal 4 über, in dem eine weitere senkrechte netzartige Hochspannungselektrode 11 mit einer Maschenweite von 0,05 mm angebracht ist. Diese Hochspannungselektrode 11 liegt gegenüber Erde an einem Potential von -5OkV. Die Staubteilchen, die bis zur Hochspannungselektrode 11 gelangen, rutschen an ihr unter dem Einfluß der Schwerkraft herunter und fallen in das Auffangvolumen 12. Von dort gelangt das Produkt über eine Zellenschleuse 13 zurück in die Wirbelschicht.

Claims (7)

1. Verfahren zur Behandlung von fluidisierten Schüttgütern in Wirbelschichtapparaten und Verhinderung des Staubaustragen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzeln und an sich bekannten Verfahrenstechniken kombiniert zur Wirkung gebracht werden, indem die aus der Wirbelschicht ausgestoßenen Schwebeteilchen in die oberhalb der Schicht befindliche beruhigte Zone des Wirbelschichtapparates gelangen, dort im aufgebauten elektrischen Feld aufgeladen werden, agglomerieren und in die Schicht zurückfallen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Wirbelschicht eine gitterartige, unter negativer Hochspannung stehende Sprühelektrode (2) angeordnet ist, durch die die mit Teilchen geschwängerte Abluft hindurchstreicht, dabei aufgeladen und an räumlich darüberliegenden geerdeten Niederschlagselektroden (3) abgeschieden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftstrom in mindestens zwei, vorzugsweise in vier Teilströme aufgeteilt wird, diese einzeln bzw. paarweise gegenpolig aufgeladen und zwecks Agglomeration wieder vereinigt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum oberhalb der Wirbelschicht in Teilräume gegliedert und in jedem Teilraum ein elektrisches Feld angeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Einspritzsystem (8) und Zusatz von Konditionierungsmitteln, wie Salizinsäure in einer Konzentration von 0,01 bis 0,1 %, der Agglomerationseffekt unterstützt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Wirbelschichtapparates aus elektrisch nicht leitfähigem Material besteht oder mit einer durchschlagssicheren Isolation versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal seitlich angeordnet und durch eine netzartige, abgasdurchlässige, gleichpolige, vorzugsweise senkrecht und parallel zur Austrittsöffnung liegende Hochspannungselektrode (11) abgeschottet ist, unterhalb der sich ein Auffangvolumen (12) für das Agglomerat und eine Abführschleuse (13) befindet.
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