DE2548647B2 - Vorrichtung zum gesteuerten Abziehen eines sich in einem Tank abwärtsbewegenden teilchenförmigen Feststoffbettes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gesteuerten Abziehen eines sich in einem Tank abwärtsbewegenden teilchenförmigen Feststoffbettes, das in kontinuierlichem Gegenstromkontakt mit einer Flüssigkeit steht.

Die Vorrichtung kann bei jedem Verfahren angewandt werden, bei dem eine Zwischenwirkung zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit auftritt, wie beispielsweise Wärmeübergang, Entfernung eines aufgelösten Stoffes aus einer Flüssigkeit durch feste Absorber oder Zeolithe, Auslaugen von Erzen zur Gewinnung wertvoller Erzkomponenten u. dgl.

Gegenstrom-fest-flüssig-Verfahren, worin ein Feststoff lösliche Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit absorbiert oder austauscht, sind höchst wirksam, wenn sich die Feststoffe gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Reaktors abwärts bewegen und die Flüssigkeit gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Reaktors nach oben geführt wird. Solche gleichmäßig verteilten Strömungen stellen eine maximale Ausnützung der Kapazität des festen Absorbers oder Zeoliths sicher und bringen die Menge des verwendeten Absorbers oder Zeoliths auf ein Minimum, ebenso die Regenerationskosien des festen Absorbers oder Zeoliths, wenn dieser wieder verwendet oder recycled wird.

In bekannten Verfahren werden bei Verwendung eines kontinuierlichen fest-flüssigen Gegenstroms in der Industrie Tanks oder zylindrische Kessel mit einem konischen Boden verwendet, in welchen sich die Feststoffe abwärts zu einer Strömungssteuereinrichtung am Boden des Konus wegen. Solche üblicherweise verwendeten Vorrichtungen sind Sternradventile, vibrierende Platten, sich bewegende Bänder oder rotierende Platten. Obwohl eine einigermaßen gute Steuerung der Gesamtgeschwindigkeit des Feststoffstromes auf diese Weise erreicht werden kann, bewirkt die Wandreibung des Kessels und die Querschnittsverengung des Konus oder einer anderen Form des Kesselbodens große Veränderungen in der Verteilung des Feststoffstromes über den horizontalen Querschnitt des Kessels. Die Feststoffe im Mittelpunkt des Kessels bewegen sich wesentlich schneller als jene an den Wandungen. Bei Verwendung eines Konus entstehen nahezu »tote Bereiche« an den Stellen, wo dieser an den Boden des zylindrischen Kessels anschließt. Die Feststoffe bewegen sich in diesem Bereich wesentlich langsamer im Verhältnis zu denen im Mittelpunkt, was zu einer ungenügenden Ausnutzung des Feststoffmaterials und damit zu wesentlich ansteigenden Betriebskosten führt. Viele dieser bekannten Vorrichtungen bewirken darüber hinaus einen Abrieb dos Feststoffes und einen Verlust an Absorber oder Zeolith.

Es wurden bereits viele Versuche gemacht, um diese schlechte Verteilung des Feststoffstromes zu korrigieren oder zu verbessern. Leitbleche wurden oberhalb des Zentrums des Konus angeordnet, um den schnellen Mittelstrom abzubremsen, eingesetzte Konusse um das sich langsamer bewegende Material von dem Außenumfang des Kessels zum Mittelpunkt zu leiten und eine Reihe von horizontalen Platten innerhalb des Konus mit gestaffelten Löchern in den Platten. Keine dieser Maßnahmen gibt jedoch eine gleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeit der Feststoffbewegung über den horizontalen Querschnitt des Kessels.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung oder ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die Abwärtsbewegung von Feststoffen in einem fest-flüssig Gegenstrom-System mit gleichförmiger Geschwindigkeit über den gesamten horizontalen Querschnitt eines Kessels aufrechterhalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die gesamte Bodenfläche des Tanks von paarweise und parallel zueinander angeordneten Walzenpaaren eingenommen wird, daß die Spaltweite zwischen den Walzen eines Paares in der Größenordnung der Teilchen des Feststoffes liegt und der Abstand zwischen den Walzenpaaren ein Mehrfaches dieser Spaltweite beträgt, daß die Walzenpaare so angetrieben sind, daß ihre umfänglichen Geschwindigkeitsvektoren am Spalt nach oben gerichtet sind und daß oberhalb der Walzenpaare Leitbleche 30 angeordnet sind, die den Zwischenraum zwischen den Paaren über deren gesamte Länge überbrücken und die Breite der Leitbleche 30 etwa dem Abstand der vertikalen Mittelebene der benachbarten Walzen 20 zweier Walzenpaare entspricht

Neben der Lösung der Aufgabe der Erfindung die Geschwindigkeit des Feststoffstroms über den gesamten horizontalen Querschnitt eines Kessels bzw. Tanks zu steuern, haben die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch den Vorteil, daß der Wirkungsgrad des sich im Feststoffbett nach unten bewegenden Absorbers oder Zeoliths gesteigert wird. Die Ausbildung von Bracken im Feststoffbett wird vermieden und der Abrieb verringert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Feststoffstrom über den Querschnitt des Tanks oder Kessels auch unabhängig gesteuert werden kann, indem die Geschwindigkeit einer Walze oder die Breite eines Spaltes zwischen Walze und einem zugeordneten jo Leitblech verändert wird.

Mit der Vorrichtung wird auch bei geringen Walzenumdrehungsgeschwindigkeiten ein hoher Durchsatz erzielt. Die Leitbleche verhindern dabei einen übergroßen Druck auf die Walze, indem sie den Feststoff teilweise unterstützen. Die Leitbleche können vorzugsweise auch zur gleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsstromes in einem horizontalen Querschnitt des Feststoffbettes dienen.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Steuerung eines teilchenförmigen Feststoffstroms,

F i g. 2 die Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 und

Fig.3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in F i g. 1 gezeigten Schnittes.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist, besteht die Vorrichtung aus einem zylindrischen Tank 10 mit einem Flüssigkeitseinlaß 11 und einer Flüssigkeitsleitung 12. Überbtröroauslasse sind mit 13 bezeichnet, ein Hilfseinlaß mit 14.

Der obere zylindrische Bereich 15 des Tanks 10, der den größeren Bereich darstellt, ist mit dem teilchenförmigen Feststoff gefüllt, der ein sich abwärts bewegendes Bett bildet. Der untere Teil 16 des Tanks 10 ist, wie e>o gezeigt, getrennt hergestellt und mit dem oberen Teil 15 mittels Schrauben 17 verbunden. Sein quadratischer Querschnitt umschreibt den Querschnitt des oberen Teils 15 und er beherbergt die Vorrichtung zur Steuerung des Feststoffstromes. Unterhalb des Teils 16 to ist ein Feststoff- und Flüssigkeitstrichter 18, der mit dem Teil 16 des Tanks mittels Bolzen 19 verbunden ist, angeordnet. Die Förderleitung 12 steht mit dem Boden des Trichters 18 in Verbindung, um die Feststoffteilchen und die Flüssigkeit zu einem anderen Behälter zu transportieren (nicht gezeigt).

Die Kammer der Steuervorrichtung im Bodenteil 16 des Tanks 10 weist eine Anzahl von drehbar befestigten Walzen 20 auf, die in axial parallelen Paaren angeordnet sind. Die Walzen eines Paares sind relativ eng beieinander angeordnet, wogegen die benachbarten Walzen zweier Paare einen größeren Abstand voneinander aufweisen. Bei einem Durchmebser der Walzen von beispielsweise 12,7 cm haben die Walzen eines Paares ca. 6,35 mm und die einander benachbarten Rollen zweier Paare ca. 2,5 cm Abstand voneinander. Die Walzen bestehen vorzugsweise aus Röhrenstahl 21 mit einem Gummimantel 22. Die Walzenreihen bedecken den gesamten Querschnitt des Tankbodens und sind in durchlaufenden Paaren angeordnet, die sich gegeneinander drehen, so daß die Geschwindigkeitskomponenten im engen Spalt nach oben gerichtet sind. Ober dem Spalt zwischen zwei benachbarten Walzenpaaren ist jeweils ein Leitblech angeordnet, das noch beschrieben wird.

Antriebsmittel beliebiger Art können eingesetzt werden, um die Walzen in Drehung zu versetzen, wie dies durch Pfeil in F i g. 3 dargestellt ist, wo die linke Walze sich gegen den Uhrzeigersinn und die rechte Walze im Uhrzeigersinn dreht. Die in den Figuren dargestellten Antriebsmittel bestehen aus einem Motor 25 und einer vom Motor angetriebenen Kette 26, die mit einem Kettenrad 27 auf den Wellen 28 jeder Walze 20 zusammenwirkt.

Leitbleche 30 erstrecken sich in Längsrichtung oberhalb der Walzen 20. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen die Leitbleche 30 ebenfalls zur Flüssigkeitsleitung, um eine mit den Feststoffen in Berührungm zu bringende Flüssigkeit gleichförmig über den horizontalen Querschnitt des Tanks zu verteilen. Es ist offensichtlich, daß diese Anordnung keinen notwendigen Teil der Erfindung darstellt, da die Flüssigkeit auch über eine getrennte Gruppe von Leitungen oberhalb der Leitbleche und Walzen eingeführt werden könnte und somit unabhängig von den Leitblechen wäre.

Die Leitbleche 30 erstrecken sich in horizontaler Richtung über die einander benachbarten Walzen 20 zweier Walzenpaare und sind an einer Platte 31 verankert.

Die Kombination Leitblech-Leitung besteht aus einem horizontalen Boden 32, Seiten 33, die sich vom Boden 32 nach aufwärts erstrecken und gegeneinander geneigt sind, sich aber nicht schneiden und die mit einer Gummischicht 34 bedeckt sind. Die oberen Kanten der Seiten 33 weisen einen bestimmten Abstand zu einem oberen Winkelstreifen 35 auf, der parallel zum Leitblech 30 und den Walzen 20 angeordnet ist. Eine in die Leitblech-Leitung eintretende Flüssigkeit tritt aus der Leitkammer 36 zwischen den Seiten 33 und dem Winkelstreifen 35 aus. Winkelstreifen 40, die ähnlich den Streifen 35 sind, erstrecken sich quer zu den parallelen Streifen 35, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.

Die Leitbleche 30 können in wählbaren Lagen relativ zu den Walzen angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die den Walzen 20 am nächsten gelegene Un'erkante 50 der beiden in ausgezogenen Linien dargestellten Leitbleche ist beispielsweise ca. 12,7 mm von der Walze 20 entfernt, wogegen die gleiche Kante 51 der in gebrochenen Linien dargestellten Leitbleche einen Abstand von 2,5 cm von der nächsten Walze

aufweist. Die jeweilige Lage und Breite der Leitbleche bestimmen die Weite des Spaltes zwischen den Leitblechen und Walzen, durch welche die Feststoffteilchen in der Flüssigkeit aus dem sich bewegenden Festbett zum Trichter 18 strömen.

In F i g. 3 ist eine Linie 52 von der Unterkante 50 oder 51 der Leitbleche 30 tangential an die Walze 20 gezogen. Die Linie 53 bezeichnet den Schüttwinkel eines Feststoffes, der durch den Spalt zwischen Walze und Leitblech hindurchtritt, wobei dieser Schüttwinkel sich in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Feststoffes ändert. Die Größe des Spaltes hängt von der Teilchengröße des Feststoffes ab, dem Schüttwinkel des Feststoffes in der Flüssigkeit und der gewünschten Geschwindigkeit des Feststoffstromes für eine bestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen. Ein teilchenförrniger Feststoff mit einer maximalen Teilchengröße von 5 mm würde einen minimalen Abstand von 6 mm zwischen der Unterkante der Leitbleche und der Oberseite der Walzen erfordern.

Der maximale Abstand zwischen Leitblech und Walze wird von dem Schüttwinkel der Feststoffteilchen bestimmt, ihrer Tendenz zur Brückenbildung und dem Durchmesser der Walzen. Der Schüttwinkel der Feststoffe in der Flüssigkeit darf die Linie nicht übersieigen, die von der Unterkante des Leitblechs tangential an die Walze in Richtung der Walzenumdrehung gezogen werden kann, wie beispielsweise Linie 52. Der Spalt kann größer gemacht werden durch eine Verbreiterung des Leitbleches 30, so daß die Kante 51 über die vertikale Mittelebene der Walze hinausragt und daher den geeigneten Winkel der Linie 52, die tangential zur Walze verlaufen muß, beibehält. Dieser Winkel ist aus zwei Gründen wichtig. Wenn er den Schüttwinkel des Feststoffmateriais übersteigt, wird dieses durch den Spalt austreten, sogar wenn sich die Walze nicht dreht. Wenn der Spalt jedoch wesentlich kleiner als der Schüttwinkel ist, tritt eine Mahlwirkung zwischen Walze und dem Boden des Leitblechs auf, die zu einem übergroßen Abrieb und einem damit verbundenen Verlust des absorbierenden Feststoffes und Zeoliths führt.

Versuche haben ergeben, daß unabhängig von der Geschwindigkeit der Walzen in Umdrehungen pro Minute die Menge des pro Umdrehung gelieferten Feststoffs in jedem Fall im wesentlichen gleich bleibt.

Die Abweichungen liegen unterhalb + 2% vom Durchschnitt.

Zwei Versuche wurden im Laboratoriumsmaßstab an einer Steuervorrichtung durchgeführt, die mit Walzen so versehen war, deren Durchmesser 12,7 cm und deren Länge 15,24 cm betrug, die Mittellinien der Walzen waren 13,01 cm auseinander. Oberhalb jeder Walze waren Leitbleche etwa oberhalb der Mittellinien der Walzen angeordnet, deren Kanten sich über die gesamte Länge der Walzen erstreckten. Ein zerstoßener Feststoff mit einer Hauptteilchengröße von 2,7 mm in einem Bereich von 1,4 bis 4 mm und einem Schüttwinkel von 40° in Wasser wurde in Wasser verwendet, um die Vorrichtung zu testen. Der erste Versuch wurde mit ί>ο Leitblechen durchgeführt, deren Kanten direkt oberhalb der Mittellinien der Walzen lagen, wobei der Spalt 1,27 cm betrug. Der zweite Test wurde mit Leitblechen durchgeführt, deren Kanten 2,5 cm oberhalb der Walzen und 1,59 cm über die Mittellinie der Walzen hinausra- fa5 gen. In beiden Versuchen betrug der Winkel der Linie 52, die man von der Kante des Leitblechs an die Walze ziehen kann, ungefähr 35° oder 5° weniger als de Schüttwinkel 53. Die Versuchsergebnisse sind in de Tabellen I und II dargestellt.

Tabelle I	mm	Feststoffstrom in	2,5 cm Spaltweite	0	cm3 Feststoff
Spalt von 12,7	cm3 pro Minute	0	1147,09	pro Walzen
Walzenum		0,33	1605,92	umdrehung
drehungen	0	0,47	1638,70	_
pro Minute	172,06	0,48	2425,27	1065,15
0,0	180,26	0,72	2584,12	1065,15
0,16	262,19	0,73		1081,54
0,17	272,02		1081,54
0,24		1074,98 Mittel
0,25
Tabelle II
	3474,04
3408,49
3408,49
3392,10
3457,65

3424,88 Mittel

Die beschriebenen Versuche zeigen, daß die erfin dungsgemäße Vorrichtung durch eine Einstellung de; Spaltweite oder der Geschwindigkeit der Walzenum drehung in diesem Bereich eine unabhängige Steuerun des Feststoffstromes ermöglicht, um die Wandreibun zu kompensieren. Die Versuche zeigen weiterhin, da der Abrieb durch eine Justierung des Spaltes zwische Leitblech und Walze auf ein Minimum gebracht werde kann, wobei ein hoher Durchsatz bzw. Strom be niedrigen Umdrehungszahlen der Walzen erreicht wird indem die Leitbleche so angeordnet werden, daß si zum Teil den Feststoff unterstützen und damit eine hohen Feststoffdruck auf die Walzen verhindern. Di Versuche zeigen schließlich noch weiter, daß durc Einführen der Flüssigkeit durch die Leitbleche eine gut Verteilung des Flüssigkeitsstromes über den Querschnitt des Tanks bzw. Kessels erreicht werden kan und daß irgendein teilchenförmiges Material in de Flüssigkeit, das von den Feststoffteilchen festgehalte wird, durch die abwärts gerichtete Bewegung de: Feststoffs aus dem Tank abgeführt wird, so daß ein Akkumulation in dem Feststoffbett und eine daraus resultierende Blockierung des Flüssigkeitsstromes verhindert wird.

Während des Betriebes der Vorrichtung wird ein< aufwärts gerichtete Flüssigkeit, beispielsweise gereinig tes Abwasser im Kessel bzw. Tank 10 durch den Einla 11 eingespeist, wobei der Kessel mit einem bestimmte Feststoff gefüllt ist, der mit der Flüssigkeit in bestimmte Weise reagiert. Die Leitbleche 30 werden relativ zu de Walzen angeordnet, wie dies in F i g. 3 in durchgezoge nen oder gebrochenen Linien gezeigt ist, oder i Zwischenstellungen. Wenn die gegenseitige Beeinflus sung beendet war, trat die Mischung aus Flüssigkeit un< teilchenförmigem Feststoff in den Trichter 18 ein un< von dort in die Leitung 12, über welche sie zu einem Regeneratortank (nicht gezeigt) gefördert wurde.

Micr/u 2 Malt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum gesteuerten Abziehen eines sich in einem Tank abwärts bewegenden teilchenförmigen Feststoffbettes, das in kontinuierlichem Gegenstromkontakt mit einer Flüssigkeit steht, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Bodenfläche des Tanks (10) von paarweise und parallel zueinander angeordneten Walzenpaaren ι ο eingenommen wird, daß die Spaltweite zwischen den Walzen (20) eines Paares in der Größenordnung der Teilchen des Feststoffes liegt und der Abstand zwischen den Walzenpaaren ein Mehrfaches dieser Spaltweite beträgt, daß die Walzenpaare so angetrieben sind, daß ihre umfänglichen Geschwindigkeitsvektoren am Spalt nach oben gerichtet sind und daß oberhalb der Walzenpaare Leitbleche (30) angeordnet sind, die den Zwischenraum zwischen den Paaren über deren gesamte Länge überbrücken und die Breite der Leitbleche (30) etwa dem Abstand der vertikalen Mittelebene der benachbarten Walzen (20) zweier Walzenpaare entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Unterkanten (50,5!) der Leitbleche (30) jeweils auf einer gedachten Linie (52) liegen, die von der Kante (50, 51) tangential an die nächste Walze (20) in deren Umdrehungsrichtung gezogen werden kann und der Winkel der Linie (52) zur Horizontalen kleiner oder gleich als der jo Schüttwinkel (53) des teilchenförmigen Feststoffs in der Flüssigkeit ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Unterkante (50, 51) der Leitbleche (30) von der Oberfläche der Walzen (20) größer als der Durchmesser der größten Teilchen des Feststoffes ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (30) als Hohlprofile ausgebildet sind, deren Querschnittsfläehe ein gleichschenkliges Dreieck mit nach oben gerichteter Spitze ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des dreieckigen Hohlprofils abgeschnitten ist und von einem Winkelprofil (35) überdeckt wird, dessen Schenkel die oberen Kanten des Profils mit Abstand übergreifen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzenpaare und die Abstände >o der Leitbleche (30) von den Walzen (20) über den Querschnitt des Tanks (10) unterschiedlich einstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (10) über » seine ganze Länge zylindrisch ist und die Walzen (20) in einem quadratischen Gehäuseteil (16) angeordnet sind, dessen Querschnitt den Querschnitt des Tanks (10) umschreibt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, t>o dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (30) vertikal verstellbar sind.