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Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Teilchen in einem Schwebeteilchenbett
mit Hilfe eines Gasstromes.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von
Teilchen oder Körnchen in einem Schwebeteilchenbett mit Hilfe eines Gasstromes,
welche Vorrichtung mindestens zwei Kammern aufweist, wobei die
zu
behandelnden Teilchen kontinuierlicn der ersten Kammer zugeführt werden und dann
durch eine nachfolgende Kammer hindurch einem Auslaß zugeführt werden können, welche
Kammern einen perforierten Boden aufweisen, durch welchen ein Gas strom hindurch
in die entsprechende Kammer geblasen werden kann, um ein Bett von Teilchen oder
Körnchen darin in Suspension oder Schwebe zu halten und dies Teilchen einer Behandlung
zu unterwerfen, wobei jede Kammer oben mit einem Gasabgabeabschnitt ausgerüstet
ist.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt der Übergang der
Teilchen von einer Kammer zur nächsten meist über einen Uberlauf, wodurch es sich
jedoch nicht vermeiden läßt, daß einige Teilchen sehr schnell zur nächsten Kammer
übergehen, selbst wenn, wie es oft der Fall ist, die Zufuhr der Teilchen zur Vorrichtung
intermittierend erfolgt.
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Jedoch erfordert die Behandlung der Teilchen, z.B.
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ein Trocknungsvorgang, oft, daß die Teilchen über eine Mindestzeitdauer
hinweg in Berührung mit dem behandelnden Gas verbleiben, um zu große Schwankungen
in der Behandlungswirkung zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung verwirklicht, bei welcher
die Gewährleistung übernommen werden kann, daß die Teilchen in Berührung mit dem
Gasstrom
während einer gewissen minimalen Zeitdauer verbleiben.
Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Einrichtung, welche insbesondere zur Behandlung
eines ununterbrochenen Teilchenstromes bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Auslaßseite jeder Kammer ein Verbindungsdurchlaß vorgesehen ist, der durch
ein Absperrorgan oder dergleichen abgeschlossen werden kann und welcher mindestens
in der Nähe der Bodenhöhe diese Kammern verbindet, um eine Abgabe von Teilchen ausschließlich
längs des Bodens unter dem Einfluß des Materialpegelunterschiedes in den angrenzenden
Kammern zu bewirken und ferner dadurch, daß die Schließabsperrorgane in diesen Durchgängen
mit solchen Steuereinrichtungen verbunden sind, daß in jedem Augenblick wenigstens
ein Absperrorgan geschlossen ist, um eine kontinuierliche Abgabe von Teilchen zu
verhindern, wodurch die Teilchen in der Kammer oder in den Kammern nachfolgend der
ersten Kammer wenigstens eine vorbestimmte Zeitperiode verbleiben, während welcher
die Eintritts- und Auslaßabsperrorgane dieser Kammer oder Kammern geschlossen gehalten
werden. Diese Auslaßöffnung nahe dem Boden und die auf gleicher Höhe damit verbundenen
Aus]-aßdurchgänge verhindern überdies, daß Teilchen sich auf dem Boden absetzen
und dann nicht oder kaum ausgelassen werden, insbesondere im Falle, wenn sie zusammenklumsen,
wodurch sie zu einem Zusammenbruch des Betriebes führen können.
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Die Böden der aufeinanderfolgenden Kammern können auf derselben Höhe
liegen oder sie können erfindungsgemäß vertikal gestaffelt sein.
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Die gestaffelte Anordnung wird insbesondere angewendet, wenn die
maximale Verweildauer der Teilchen in der Vorrichtung begrenzt werden soll. Dies
kann zum Beispiel erforderlich sein, wenn eine zu sehr verlängerte Berührungsdauer
der Teilchen mit dem behandelnden Gas eine ungewünschte Veränderung oder Oxydation
der Teilchen zur Folge hat. Bei der gestaffelten Ausführung kann sichergestellt
werden, daß eine Kammer vollständig in die nächste Kammer entleert worden ist, bevor
der Inhalt der vorgehenden Kammer in die betreffende Kammer eingelassen wird. Dadurch
wird eine Mischeng von neu zugeführten Teilchen mit Teilchen, die bereits anwesend
waren, vermieden, so daß die maximale Verweildauer unabänderbar festgelegt ist.
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Um eine vollständige Entleerung einer Kammer bei einer derartigen
Einrichtung sicherzustellen, wird insbesondere von einem praktisch horizontalen
Gas strom längs des Bodens der Kammer Gebrauch gemacht, zu welchem Zweck der Boden
Perforationen aufweist, die schief zu den Auslaßöffnungen hin gerichtet sind, welche
Bodenperforationen insbesondere in der Nähe des Auslaßabsperrorgans in solcher Weise
ausgerichtet sind, daß ein Gasstrom Teilchen
entfernen kann, welche
sich an dem Absperrorgan festgesetzt haben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig.l in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig.2 schematische Darstellungen, um die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig.l
zu verdeutlichen; Fig.3 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Teil
eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung; Fig.4 einen
Teilschnitt in erheblich vergrößertem Maßstab des Bodens einer solchen Vorrichtung;
Fig.5 Teilschnitte eines besonderen Ausführungsbeispiels solch eines Bodens in der
Nähe des Absperrorgans für den Auslaß mit zwei verschiedenen Stellungen des Absperrorgans.
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Die in Fig.l dargestellte Vorrichtung weist eine Anzahl von Kammern
1 auf, die in einem Behälter mit Hilfe von Querwänden 2 gebildet sind. Die Kammern
sind an ihrer Unterseite mittels eines Bodens 3 abgeschlossen, der Perforationen
aufweist. Eine Kammer 4 ist unter diesen Böden 3 angeordnet, in welche Kammer ein
Behandlungsgas, z.B. Luft, unter einem gewissen Druck Wärme zuführt, wobei das Gas
nach oben durch die perforierten Böden 3 strömt, wie es die Pfeile 5 anzeigen.
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In jeder Querwand 2 nahe den Böden 3 ist ein Absperrorgan 6, z.B.
ene Klappe, angeordnet, welches von außen geöffnet oder geschlossen werden kann.
Die Absperrorgane können in der Strömungsrichtung des zu behandelnden Materials
geöffnet werden. Diese Richtung verläuft auf der Zeichnung von links nach rechts.
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Wenn Material in Form von Körnchen oder Teilchen in der Kammer 1
vorhanden ist, wird dieses Material in Suspension in einem Turbulenzbett durch den
Gas strom erhalten wobei die suspendierte Masse der Teilchen sich praktisch wie
eine Flüssigkeit verhält. Sobald ein Absperrorgan 6 geöffnet wird, kann das Material
durch das Absperrorgan hindurch zur angrenzenden Kammer strömen.
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Des zu behandelnde Material wird ununterbrochen zum Beispiel in die
am weitesten links in der Zeichnung angeordnete Kammer eingeführt, so daß der Materialpegel
darin
fortschreitend angehoben wird, wie aus der Fig. 2A hervorgeht. Wenn dann das Absperrorgan
6 zwischen dieser Kammer und der benachbarten Kammer geöffnet wird, dann verteilt
sich das Material gleichmäßig auf beide Kammern, wie aus Fig.2B hervorgeht, da das
Auslaßabsperrorgan der zweiten Kammer während dieser Zeit geschlossen gehalten wird.
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Nach dem Schließen des ersten Absperrorgans 6-bleibt das Auslaßabsperrorgan
der zweiten Kammer so lange geschlossen, bis das Material in diesE zweiten Kammer
eine vorbestimmte Zeitdauer gewesen ist. Danach kann das Auslaßabsperrorgan der
zweiten Kammer geöffnet werden, so daß der Inhalt der zweiten Kammer teilweise in
Richtung zur dritten Kammer ausfließen kann, welche zum Beispiel die Auslaß-oder
Ausflußkammer sein kann, wie es in den Fig.2C und 2D dargestellt ist. Die dritte
Kammer kann auch durch ein Puffergefäß mit einem niedrigeren Materialpegel ersetzt
werden, aus welchem heraus das behandelte Material kontinuierlich abgezogen wird.
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Danach wird die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer
wieder geöffnet, so daß sich der oben beschriebene Vorgang wiederholt. Auf diese
Weise wird eine fortschreitende Überführung des Materials durch aufeinanderfolgende
Kammern hindurch bewirkt, wobei die Anzahl der Kammern selbst beliebig sein kann.
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Die Steuerung der Absperrorgane kann praktisch derart erfolgen, daß
das erste Absperrorgan den Durchgang einer Materialmenge erlaubt, welche der zugeführten
Materialmenge pro Zeiteinheit multipliziert mit dem Minimum an gewünschter Verweildauer
entspricht, wobei dann die jeweils nächsten Absperrorgane in solcher Weise gesteuert
werden müssen, daß die Teilchen in wenigstens einer der folgenden Kammern mindestens
eine solche Zeit gehalten werden, die der minimalen Verweildauer entspricht und
wobei immer waegstens ein Absperrorgan 6 geschlossen sein muß, um zu verhindern,
daß ein Teilchen sich von der Zufuhrseite direkt zur Auslaßseite bewegt. Die Gasströme
5 müssen nicht gleich sein.
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Ferner können die Temperaturen dieser Ströme in den verschiedenen
Kammern unterschiedlich sein.
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Wenn heiße Gasströme Anwendung finden, dann ist es zum Beispiel möglich,
den Gasstrom in der letzten Kammer zur Abkühlung der Teilchen zu benutzen, bevor
sie ausfließen.
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Die überführung der Teilchen durch solch eine Einrichtung wird auf
diese Weise ausschließlich durch den Einfluß der Differenz der Materialpegel in
den verschiedenen Kammern bewirkt, wobei, da die Auslaßabsperrorgane 6 immer zu
den angrenzenden Böden 3 hin sich schließen, erreicht wird, daß die Auslaßströmung
während des Ausgleichs der Pegeldifferenz längs des Bodens stattfindet, so daß eine
Ansammlung von Teilchen und insbesondere eine mögliche
Zesammenklumsung
dieser Teilchen vermieden wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l findet eine Mischung von frisch
zugeführten Teilchen mit Teilchen, die bereits in der Kammer vorhanden sind, tatsächlich
immer statt Manchmal kann dies vorteilhaft sein, insbesondere in der ersten Kammer
1, da die Teilchen, die schon in der Kammer vorhanden sind, ein Zusammenklumsen
der neu zugelieferten Teilchen verhindern, wie es zum Beispiel in einem Trocknungsvorgang
möglich ist. Eine Folge dieser Vermischung ist jedoch, daß einige Teilchen länger
als die gewünschte minimale Verweildauer in der Vorrichtung verbleiben. Unter gewissen
Umständen kann dies nachteilig sein, wenn durch eine zu sehr verlängerte Berührung
der Teilchen mit den Gasströmen 5, insbesondere wenn heiße Gasströme angewendet
werden, ungewünschte Veränderungen der Teilchen, z.B. Oxydationen, stattfinden können.
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Um diese ungewünschten Wirkungen zu vermeiden, wird die maximale
Verweildauer in der Vorrichtung begrenzt. Für derartige Anwendungsfälle dient das
Ausführungsbeispiel nach Fig.3, welches sich von demjenigen nach Fig.l darin unterscheidet,
daß die Böden der aufeinanderfolgenden Kammern 1 in gestaffelten Höhenlagen angeordnet
sind. Bei einer solchen Ausbildung kann der Inhalt einer Kammer vollständig zur
angrenzenden Kammer abfließen, wenn das entsprechende Auslaßabsperrorgan geöffnet
wird1 welches
Absperrorgan oberhalb des höchsten vorkommenden Teilchenpegels
der angrenzenden Kammer sich öffnet, so daß, wenn ein Auslaßabsperrorgan einer vorgehenden
Kammer geschlossen wird, während das Auslaßabsperrorgan der in Betracht gezogenen
Kammer geöffnet wird, die maximale Verweildauer eindeutig begrenzt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 kann es jedoch vorkommen,
daß ein Materialrest hinter einem Boden 3 der Kammer 1 hängenbleibt. Um dies zu
vermeiden, sind die Perforationen in den Böden 3 schief in Richtung auf das angrenzende
Auslaßabsperrorgan 6 gerichtet, so wie es Fig.4 zeigt. Solche Perforationen können
mit Hilfe eines geeigneten Stanzschnittes erhalten werden, welcher die Teile 7 abschneidet
und längs einer Linie 8 preßt, so daß schräg gerichtete öffnungen 9 gebildet werden.
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Beiläufig kann jede Platte mit schrägen Perforationen, die auf verschiedene
Weise hergestellt worden sind oder verschiedene Gestalt haben, für den vorgegebenen
Zweck Anwendung finden; so können die ausgestanzten Teile zum Beispiel nach unten
gerichtet sein.
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Fig.5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines solchen Bodens
3. Dieser Boden ist in der Nähe des angrenzenden Absperrorgans 6 mit einem nach
unten gebogenen Teil 10 versehen, der gleichfalls Perforationen aufweist.
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Dieser nach unten gebogene Teil bildet einen Sitz für das
Absperrorgan
6, derart, daß der abgebogene Teil oder mindestens der perforierte Abschnitt desselben
in der Schließstellung des Absperrorgans 6 vollständig durch dieses abgeschlossen
ist. Wie sich aus der Fig.3B ergibt, wird Gas durch die Öffnungen dieses nach unten
gebogenen Teils gegen die angrenzende Kante des Absperrorgans'geblasen1 wenn das
Absperrorgan geöffnet ist, wodurch der nach unten gerichtete Gasstrom das Material
hinwegbläst, welches am Absperrorgan hängenbleiben kann, wodurch eine Verschmutzung
des Absperrorgans verhindert wird.
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Mit Hilfe der derart ausgeführten Böden 3 kann sichergestellt werden,
daß keine Restbestandteile an Material hinter den Böden oder auf den angrenzenden
Absperrorganen sich ansetzen. Es ist weiter ersichtlich, daß, sobald die Teilchenschicht
auf solch einem Boden eine gewisse Höhe überschreitet, der Richtungseffekt der schiefen
Kanäle 9 unwirksam wird, so daß dann wieder die normale Wirkung des Gasstromes,
der durch diese Öffnungen hindurchgeht, eintritt.
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Erfindungsgemäß wird der Abstand zwischen einem Absperrorgan 6 und
dem Boden 3 der angrenzenden Kammer derart in Bezug auf die gewunschte Teilchendurchströmung
gewählt, daß der Pegel des Schwebeteilchenbettes nicht die angrenzende Öffnung der
benachbarten höheren Kammer erreichen kann, da anderenfalls eine vollständige Entleerung
einer vorhergehenden Rammer in die nächste Kammer nicht möglich ist.
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Die Absperrorgane 6 werden dabei in geeigneter Weise gesteuert, so
daß sowohl das Zufuhrabsperrorgan als auch das Auslaßabsperrorgan einer bestimmten
Kammer während einer gewissen minimalen Verweilzeit geschlossen bleiben, derweil
das Zufuhrabsperrorgan nur geöffnet wird, wenn die entsprechende Kammer vollständig
entleert worden ist.
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Innerhalb des Ziels der vorliegenden Erfindung sind noch Abwandlungen
möglich. So können zum Beispiel statt daß, ausgehend von einem Behälter, die Kammern
mittels Querwänden 2 voneinander abgetrennt werden, auch getrennte Behälter Anwendung
finden, die durch geeignete Kanäle miteinander verbunden sind. Perner können die
Böden der verschiedenen Kammern verschiedene Oberflächenbereiche haben, wodurch
es möglich ist, die Höhe, bis zu der das Material in der betreffenden Kammer steigen
kann, einzustellen, und zwar insbesondere bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
1. Es ist auch möglich, einen Teil der Vorrichtung nach der Erfindung, wie in Fig.
1 dargestellt und einen anderen Teil, wie in Pig. 3 dargestellt, auszubilden.
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Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung kommen für
verschiedene Anwendungsgebiete in Frage. In erster Linie sind sie bestimmt für die
Trocknung körniger Massenprodukte, wie beispielsweise Getreide, ferner für die Trocknung
von Chemikalien, wie beispielsweise Kunstdünger, sowie auch für die Trocknung von
Zucker-Kristallen.