DE2335514A1

DE2335514A1 - Vorrichtung mit einer an eine druckoder saugquelle fuer heisses gas anschliessbaren wirbelschichtkammer

Info

Publication number: DE2335514A1
Application number: DE19732335514
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl Ing Kaspar; Reinhard Voegtlin
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-07-12
Publication date: 1975-02-06

Description

Anwaltsakte 24 173 12. Juli 1973

Vorrichtung mit einer an eine Druck- oder Saugquelle für heisses Gas anschliessbaren Wirbelschichtkammer.

Bei den bisher bekannten Wirbelschichtkairanern wird die heisse Zuluft durch einen siebartig ausgebildeten Kammerboden zugeführt. Dies hat den Machteil, dass die heisse Zuluft den Siebboden nach und nach auf ihre Temperatur aufheizt. Bekanntlich herrscht aber im Wirbelbett aufgrund der ständigen Umwälzungsbewegungen eine wesentlich tiefere Temperatur als die der Zuluft, sodass man bestrebt ist, die letztere von vornherein so hoch zu wählen, dass im kühleren Wirbelbett die gerade noch zulässige und optimale Höchsttemperatur herrscht. Wenn nun der Siebboden die Zulufttemperatur annimmt, ist er gegenüber dem Wirbelbett wesentlich heisser und es besteht die Gefahr, dass das im Wirbelbett befindliche, oft hitzeempfindliche Material beim Kontakt mit dem Siebboden beschädigt wird oder an diesem festklebt, was relativ rasch zur Verstopfung des SLebbodens und damit zu Betriebsstörungen bzw. Unterbrechungen flirrt. Um dies y.a vermeiden wird die Zuluft tempera-

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tür nur so hoch gewählt, dass der Boden nicht über den flir das Material im Wirbelbett kritischen Temperaturbereich erhitzt wird. Dadurch nimmt man eine erhebliche Leistungseinbusse in Kauf, da damit die Temperatur im Wirbelbett nicht den optimalen Wert haben kann.

Ein weiterer Nachteil der Siebböden liegt darin, dass sie aus betriebstechnischen Gründen nicht den günstigsten Strömungswiderstand haben können. Bekanntlich sind im Wirbelbett die Betriebsyerhältnisse dann optimal, wenn der Strömungswiderstand des Siebbodens wenigstens gleich gross ist wie der der Wirbelschicht. In der Praxis liegt der Strömungswiderstand der Wirbelschicht, ausgedrückt durch den Druckabfall vom unteren zum oberen Schichtrand, etwa zwischen 5 und 20 mbar. Ein solcher relativ hoher Druckabfall kann nur mit einem relativ feinmaschigen Siebboden erzeugt werden. Dem stehen jedoch betriebstechnische Schwierigkeiten entgegen. Beispielsweise sind solche S£bböden mechanisch nicht sehr fest, verstopfen sich leicht und sind nur mühsam zu reinigen. In der Praxis verzichtet man daher auf engmaschige Siebboden und damit auf einen optimalen Strömungswiderstand und verwendet einen weitmaschigeren, mechanisch nicht so problematischen Siebboden und nimmt dafür weniger optimale Betriebsverhältnisse im Wirbelbett in Kauf.

Die Vermeidung der vorstehend angeführten Mängel und Nachteile

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ist Aufgabe der Erfindung. Diese betrifft eine Vorrichtung mit einer an eine Druck- oder Saugquelle fUr heisses Gas, insbesondere Heissluft anschliessbaren Wirbelschichtkammer und ist dadurch gekennzeichnet, dass die EinströmmUndüngen für das heisse Gas in die Wirbelschichtkammer im Abstand oberhalb des Kammerbodens angeordnet und bezüglich ihrer Strömungsrichtung auf diesen gerichtet sind, und dass alle diejenigen Teile der Einströmwege des Heissgases, welche mit dem Kammerinneren in WärmeUbertragungskontakt stehen, wärmeisoliert sind.

Durch die Erfindung wird vermieden, dass die Heissluft den Kammerboden oder die Kammerwände aufheizt und dadurch das Material im Wirbelbett bei Boden- oder Wandkontakt Überhitzt. Da auch alle heissluftfUhrenden, in die Kammer mündenden Leitungen wenigstens innerhalb der Kammer wärmeisoliert sind, kann auch das mit diesen Leitungen in Berührung kommende Wirbelbettmaterial nicht Schaden nehmen. Daher kann die Zuluft gefahrlos auf die für die jeweiligen Betriebsverhältnisse optimal hohe Temperatur gebracht werden und man erreicht daher gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine wesentliche Leistungssteigerung. Andererseits kann man die Einströmleitungen in die Kammer sehr einfach so ausbilden, dass sie den jeweils erforderlichen Strömungswiderstand haben, und erreicht auch dadurch eine Leistungssteigerung gegenüber den bekannten Vorrichtungen mit Siebboden.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel im Vertikalschnitt,
Fig. 2 das mit II bezeichnete Detail aus Fig. 1 in

grösserer Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie HI-III in Fig. 1, Fig. 4 und 5 je eine Detailvariante zu Fig. 2, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 2,

und

Fig. 7 ein weiters Ausfuhrungsbeispiel in stark vereinfachter Vertikalschnittdarstellung.

In Fig. 1 ist mit 1 eine aufrechtstehende Wirbelschichtkammer bezeichnet, welche einen unteren, engeren und einen oberen, weiteren zylindrischen Abschnitt sowie einen dazwischenliegenden konischen Abschnitt umfasst. In den oberen Kammerabschnitt mündet eine Abluftleitung 2 mit einem Saugventilator 3. Zur Absonderung von aufgewirbeltem Staub ist im oberen Rammerabschnitt ein Staubfilter 4 vorgesehen. Anstelle des Staubfilters 4 könnte zur Staubabscheidung auch ein Zyklon verwendet werden. Der abgeschiedene Staub kann dann gegebenenfalls in das Wirbelbett zurückgeführt werden.

In den mittleren Kammer ab schnitt mündet das Zuflussrohr einer Eintragvorrichtung 5 für das in der Kammer im Wirbelbett zu behandelnde Material. Mittels einer Düse 6 kann dabei Flüssigkeit in das Wirbelbett gesprUht werden. Die

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Düse ist über ein Gestänge 7 und einen nicht dargestellten Antriebsmotor so verschwenkbar, dass sie die gesamte Wirbelbettoberfläche erfassen kann.

In den unteren Kammerabschnitt mündet ein Austragrohr
8 für das im Wirbelbett fertig behandelte Material. Das Rohr 8 kann durch eine von einem Motor 9 verschwenkbare Klappe 10 geöffnet bzw. verschlossen werden.

Der Boden 11 der Wirbelschichtkammer 1 ist doppelwandig ausgebildet. In ihn sind Über die ganze Querschnittsfläche verteilt Rohrstutzen 12 eingesetzt, welche eine Verbindung
schaffen mit dem Kammerinneren und einem unter dem Kammerboden befindlichen Luftverteilerschacht 13. Letzterer ist über einen Zuluftkanal 14 mit der Atmosphäre verbunden. Im Zuluftkanal 14 sind eine Drosselklappe 15 und ein Heizregister 16 angeordnet, mittels derer die Menge und die Temperatur der Zuluft geregelt werden können..Anstelle des Saugventilators 3 in der Abluftleitung 2 könnte «uch ein Gebläse im Zuluftkanal angeordnet
sein.

Die. Konstruktion des Kammerbodens 11 und der Rohrstutzen 12 ist in Fig. 2 in einem grösseren Massstab dargestellt. Der Boden 11 wird durch eine obere Platte 17 und durch eine untere Platte 18 gebildet, wobei auf der Innenseite der letzteren
noch eine Asbestschicht 19 befestigt ist. Die beiden Platten
17 und 18 sind durch ein Distanzrohr 20 miteinander verbunden.

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Dabei ist der zwischen ihnen liegende Raum nach aussen gasdicht abgeschlossen. Der ganze Boden 11 ruht auf einem aus der Wand des Schachtes 13 vorspringenden Sockel 21 und ist mit aus der Wand des unteren Kammerabschnitts herausragenden Befestigungslappen 22 verschraubt. Die Schrauben 23 sind jeweils durch eine mit den beiden Platten dicht verschweisste Hülse 24 gefuhrt.

Die Rohrstutzen 12 bestehen aus je einem längeren und einem kürzeren doppelwandigen Rohrstlick 25 bzw. 26, welche miteinander im spitzen Winkel zusammengeschweisst sind. Dabei sind das Aussenrohr und das Innenrohr jeweils nur an den beiden Enden des Rohrstutzens verbunden, sodass zwischen den beiden Rohren möglichst wenig WärmebrUcken vorhanden sind und die Aussenwand des Rohrstutzen 12 thermisch gegen die Innenwand isoliert ist. Das längere RohrstUck 25 jedes Rohrstutzens 12 ist ähnlich wie die Schrauben 23 bis zu einem Anschlag 27 in einer Hülse 2 durch den doppelwandigen Boden 12 geführt und mit einer Ringmutter 29 festgeaigen. Die Mündungen 30 der kürzeren Rohrstücke 26, welche die Eintrittsöffnungen in die Kammer für die Zuluft bilden, liegen dabei im Abstand über dem Kammerboden und sind auf diesen gerichtet. Die Austrittsrichtung des Luftstroms aus dem RohrstUck 26 ist vorzugsweise unter einem Winkel β von etwa 20° - 30° gegen den Boden geneigt, kann aber auch steiler oder flacher sein.

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In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung der Rohrstutzen über dem ganzen Kammerboden gezeigt. Die Pfeile 31 geben die horizontale Komponente der jeweiligen Strömungsrichtung an. Wie man sieht, haben alle Pfeile 31 bezüglich der Achse 32 der Kammer den selben Drehsinn. Durch Verdrehen der Rohrstutzen 12 im Boden 11 kann die Strömungsrichtung nach Belieben verändert werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat die folgende Funktionsweise: Der Ventilator 3 saugt atmosphärische Luft durch den Kanal 14 an. Im Kanal wird die Luft auf die gewünschte Temperatur erwärmt und gelangt über den Luftverteilerschacht 13 und die Rohrstutzen 12 in die Wirbelschichtkammer 1, wo sie das zu behandelnde Material aufwirbelt und eine Wirbelschicht erzeugt. Von der Wirbelschicht strömt dann die Luft durch den Filter 4. und die Abluftleitung 2 wieder in die Atmosphäre.

Dadurch, dass alle mit dem Kammerinneren in Wärmeübertragungskontakt stehenden Teile der Einströmwege für die heisse Zuluft, also der Boden 11 und die Rohrstutzen 12, wärmeisoliert sind, kann das aufgewirbelte Material in der Kammer nicht mit zu heissen Bodenteilen oder Rohrstutzen in Berührung kommen und dadurch beschädigt werden. Das aufgewirbelte Material wird nur von der Heissluft aufgewärmt, nicht aber durch Boden- oder Wandkontakt. Die

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obere, also kammerinnenseitige Platte 17 des Bodens und die Aussenrohre der Rohrstutzen 12 werden von der heissen Zuluft nicht beaufschlagt und folglich auch nicht auf deren Temperatur erhitzt. Diese Teile werden vielmehr durch den ständigen Kontakt mit dem aufgewirbelten Material laufend gekühlt, da der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Wirbelbett und den Metallteilen relativ hoch ist. Da somit die Gefahr der Materialbeschädigung durch Ueberhitzung durch Bodenberührung ausgeschaltet ist, kann die Temperatur der Zuluft auf den jeweils optimalen Wert eingestellt werden.

Selbstverständlich ist es nicht unbedingt nötig, den Boden und die Lufteinlässe zwecks Wärmeisolation doppelwandig auszubilden. Es könnte stattdessen auch ein geeignetes Isoliermaterial Verwendung finden. Jedoch hat sich die doppelwandige Ausführung aus konstruktionstechnischen Gründen in der Praxis gut bewährt. Ausserdem kann dazu rostfreier Stahl verwendet werden, welcher keine Unterhaltsprobleme stellt und im praktischen Einsatz vorteilhaft ist.

Bei vielen Wirbelschichtgranulierverfahren ist es üblich, unter einer gewissen Korngrösse liegende Feinanteile des angefallenen Granulats wieder in die Wirbelschicht zurückzuführen. In Fig. 1 ist mit 33 ein Rohrsystem bezeichnet, welches auf dem Kammerboden 11 befestigt ist und zur Wiedereinbringung dieses von feinkörnigem Material in die Wirbel-

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schichtkammer dient. Dieses Rohrsystem besteht gemäss Fig. 6 aus an der oberen Platte 17 des Bodens angeschweissten Winkelprofilen 34, die sich gabelförmig verzweigen, wie dies in Fig. 3 durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Diese Profile 34 bilden somit mit dem Boden im Querschnitt dreieckige Röhren und sind an eine Zufuhrleitung für das einzubringende pulverförmige Material angeschlossen. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich, weisen die Profile 34 beidseitig eine Reihe von Oeffnungen 37 auf, durch die das pulverförmige Materi.al aufgrund des in der Wirbelkammer herrschenden Unterdrucks gesogen wird. Auf diese Weise kann die Wiedereinbringung dieses Feinanteils an optimaler Stelle, d.h. ganz in-Bodennähe erfolgen, was bei den herkömmlichen Granulierkammern mit Siebboden nicht möglich ist, da die Rohre dort einen Teil des Siebbodens abdecken würden.

Anstelle der Rohrstutzen 12 der Fig. 1 und 2 können auch solche gemäss Fig. 4 eingesetzt werden. Die in Fig. 4 gezeigten Rohrstutzen bestehen aus einem geraden doppelwandigen Rohr 38 und einem doppelwandigen Schirm 39. Der Schirm 39 lenkt den aus dem Rohr austretenden Luftstrahl in Richtung auf den Boden um und verhindert, dass beim Abstellen des Ventilators das aufgewirbelte Material in das Rohr fällt. Anstelle der doppelwandigen Ausführung wäre natürlich auch hier wieder die Verwendung eines geeigeneten Isoliermaterials möglich.

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Anstelle der Rohrstutzen der Fig. 1, 2 bzw. 4 können als Lufteinlasse auch Elemente mit dlisenartigen Schlitzen verwendet werden. Ein solches Element ist beispielsweise in Fig. 5 dargestellt und besteht aus einem schachtartigen Unterteil 40 und einem ebensolchen Oberteil 41, wobei die Luftaustrittsöffnung durch einen verhältnismässig weiten Schlitz 42 gebildet wird.

Fig. 7 zeigt, dass die Lufteinlässe nicht immer durch den Kammerboden, sondern auch durch die Kammerwände in die Wirbelschichtkammer einmünden können. Dazu ist der untere Kammerabschnitt von einem Ringkanal 51 umgürtet, welcher einen Luftverteiler bildet und mit dem Zuluftkanal 52 in Verbindung steht. Im Bereich des Ringkanals 51 ist die Kammerwand 53 wärmeisolierend, hier doppelwandig ausgeführt. Einlasse 54 mit nach unten zeigenden Mündungen sind in die Kammerwand 53 eingesetzt und stellen die Verbindung zwischen dem Kammerinneren und dem Ringkanal 51 her. Auch hier ist die Anzahl und die spezielle Form der Lufteinlässe an die jeweiligen Verhältnisse anpassbar. Anstelle der Rohrstutzen 54 könnte auch eine ringförmig um den gesamten Kammerumfang verlaufende Schlitzdüse verwendet werden.

Man kann auch auf eine Isolation des Kammerbodens bzw. der Kammerwand verzichten, wenn man die Heissluft von diesen Teilen fernhält. Beispielsweise könnte man dies dadurch erreichen, dass man die Rohrstutzen oder anderen Lufteinlässe jeweils mit separaten Leitungen an einen von der Wirbelschicht-

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kammer räumlich getrennten Luftverteiler oder eine Sammelleitung anschliesst.

Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung mit wärmeisolierten Einströmwegen unter Fortlassung eines Sid>bodens wird ein weiteres Problem bei solchen Wirbelschichtkammern gelöst. Die Einströmwege im Bereich des Kammerbodens bEW. deren Wände, also die Rohrstutzen oder anderen Lufteinlass«-, können sehr einfach so konstruiert werden, dass ihr Strömungswiderstand den jeweiligen Verhältnissen am besten entspricht (in der Praxis 5-20 mbar Druckdifferenz). Dadurch kann eine wesentlich bessere Leistung erzielt werden als mit den herkömmlichen Siebboden-Kammern.

Durch die uneingeschränkte Anpassungsmöglichkeit des Strömungswiderstands der Lufteinlässe sowie die uneingeschränkte Anpassungsmöglichkeit der Zulufttemperatur an deren optimalen Wert können mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art ohne weiteres Leistungssteigerungen von 80% und mehr erreicht werden. Weiter hat die Vorrichtung den Vorteil, dass sie sehr einfach zu reinigen ist (kein mechanisch empfindliches Sieb) und deshalb keiner grossen Wartung bedarf.

Die Wirbelschicht wird regelmässiger als üblich und auch die Kornverteilung ist in der ganzen Wirbelschicht homogener als bei den bisher bekannten Vorrichtungen. Durch geeignete Anordnung der Lufteinlässe, etwa wie in Fig. 3,

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kann erreicht werden, dass sich überhaupt kein Material am Boden ablagert, sondern der Boden ständig durch die Wirbelströmung im Wirbelbett blankgefegt wird.

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Claims

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Ansprüche

Γΐ\ Vorrichtung mit einer an eine Druck- oder Saugquelle für heisses Gas, insbesondere Heiasluft, anschliessbaren Wirbelschichtkammer, dadurch gekennzeichnet^ dass die Einströmmündungen für das heisse Gas in die Wirbelschichtkammer im Abstand oberhalb des Kanmerbodens angeordnet und bezüglich ihrer Strö'mungsrichtung auf diesen gerichtet sind, und dass alle diejenigen Teile der Einströmwege des Heissgases, welche mit dem Kamme rinner en in WäremUbertragungskontakt stehen, wärmeisoliert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtungen der Einströmmündungen mit den jeweils von den EinströmmUndüngen zum Zentrum der Wirbelschichtkammer weisenden Richtungen spitze Winkel (α) einschliessen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Winkel (α) und/oder die Neigungswinkel (ß) der Strömungsrichtungen der Einströmmündungen zum Kammerboden verstellbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, <iass die TangentIa!komponenten der Strömungsrichtungen im wesentlichen aller EinströmmUndungen denselben Drehsinn haben.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströrawege im Bereich des Kammerbodens durch Rohrstutzen gebildet sind, an deren Auslasseite ein Umlenkelement angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente haubenfb'rmig ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente durch je ein abgewinkeltes Rohrstilck gebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EinströmmlindungGn schlitzdlisenartig ausgebildet sind.
9. Vorrichtung na ch Anspruch 1, in welcher das heisse Gas in einer Sammelleitung an den Kammerboden herangeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden doppelwandig ausgebildet ist und/oder aus einem Isoliermaterial besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das heisse Gas in einer Sammelleitung an die Kammerwand herangeführt ist und dass die Wand wenigstens im Bereich dieser Sammelleitung doppelwandig ist imd/oder aus einem Isoliermaterial besteht.

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11. Vorrichtung nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, dass alle wärmeisolierten Teile der Einströmwege doppelwandig ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Einströmwegen im Bereich des Kammerbodens und/oder der Kammerwand auftretende Strömungswiderstand etwa 5-20, vorzugsweise etwa 7-15 mbar beträgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kammerboden Einleitmittel zur Einbringung von pulverfbrmigem Material in die Wirbelschichtkammer angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitmittel durch mit einer Zufuhrleitung verbundene Röhren gebildet sind, welche an ihrer Unterseite vorzugsweise eben sind und seitliche Oeffnungen aufweisen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet_? dass die Röhren im Querschnitt dreieckig sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 2, 4, 7 und 11.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 16.

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