DE4313337C2 - Zyklon zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus vertikal-abwärts gerichteten Gas/Feststoff-Strömungen - Google Patents
Zyklon zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus vertikal-abwärts gerichteten Gas/Feststoff-StrömungenInfo
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Description
Die Erfindung hat die Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Gas/Feststoff-
Strömungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Gegenstand.
Gasphase-Reaktionen, bei denen feinkörnige Feststoffe katalytisch wirken, werden
vorteilhaft derart durchgeführt, daß die Katalysatorpartikeln im vertikal-aufwärts ge
richteten Gasstrom getragen im wesentlichen im zeitlichen Mittel in einer sog. Wir
belschicht verbleiben. Eine wesentliche Verbesserung der querschnitts-bezogenen
Leistung läßt sich dadurch erreichen, daß die auf den leeren Querschnitt bezogene
Gasgeschwindigkeit wesentlich über die Sinkgeschwindigkeit eines einzelnen Kata
lysatorkorns hinaus gesteigert wird. Der sich dann einstellende Bewegungszustand
nähert sich mit steigender Gasgeschwindigkeit mehr und mehr dem einer pneumati
schen Förderung vertikal-aufwärts. Selbstverständlich müssen bei dieser Fahrweise
die mitgerissenen Katalysatorpartikeln aus dem Gasstrom abgeschieden werden.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik geschieht dies dadurch, daß die vertikal
aufwärts gerichtete Gas/Feststoff-Strömung zunächst in die Horizontale umgelenkt
wird und danach in bekannter Weise einem Abscheidezyklon mit tangentialem Ein
tritt zugeführt wird. Bei allen bekannten Vorzügen der letztgenannten Fahrweise er
geben sich aber bei reaktionstechnisch interessanten Feststoff-Volumenkonzentra
tionen und Strömung vertikal-aufwärts unvermeidbare Nachteile, die für eine optima
le Reaktionsführung nachteilig sind: Es tritt bevorzugt in der Wandzone Feststoffrück
vermischung auf, die ihrerseits Gas mitreißt, d. h. eine annähernd einheitliche Ver
weilzeit läßt sich weder für die Katalysatorpartikeln, noch für das durchströmende
Gasgemisch einstellen. Neigt die vorzunehmende chemische Reaktion zu Folgere
aktionen, so werden die Ausbeute mindernde Nebenprodukte in unerwünschter
Menge erzeugt. Zur Vermeidung dieser beschriebenen Nachteile wird daher in
jüngster Zeit vorgeschlagen, derartige Feststoff-katalysierte Gasphasenreaktion in
vertikal-abwärts gerichteter Gas/Feststoff-Strömung durchzuführen, weil hierbei
Strömungskräfte und Erdschwere in gleicher Richtung an den Katalysatorpartikeln
ziehend sowohl Feststoff- als auch Gas-Rückvermischung minimieren. Die techni
sche Realisierung einer derartigen Fahrweise steht und fällt aber mit einer brauch
baren Abscheidung des Feststoffes vom Reaktionsgas am unteren Ende einer ab
wärts gerichteten Gas/Feststoff-Strömung. Der Begriff "brauchbar" umfaßt bei
Feststoff-katalysierten Gasphasen-Reaktionen zwei wesentliche Aspekte:
- 1. Wirksame Abscheidung des Feststoffes vom Gas bei
- 2. schonender Behandlung des Feststoffes.
Die Erfüllung nur der ersten Forderung mag ausreichend sein z. B. im Falle der Ver
brennung bzw. der Vergasung etwa von Kohle, weil der ausgebrannte Feststoff =
Asche anschließend verworfen wird, d. h. Abrieb bzw. Zerkleinern der Ascheparti
keln ist für den Erfolg des Verfahrens mehr oder weniger unerheblich.
Beim katalytischen Kracken von Benzinrohstoffen z. B. wird dagegen der Katalysator
zwischen einem Reaktor und einem Regenerator viele Male hin- und herbewegt, d. h.
die Katalysatorpartikeln müssen eine Vielzahl von Abscheidevorgängen möglichst
ohne Bruch und mit so wenig wie möglich Abrieb überstehen.
Zyklonabscheider gemäß dem bekannten Stand der Technik erfüllen bei vertikal
abwärts gerichteter Feststoff/Gas-Strömung nur die erstgenannte der beiden Aufga
ben, d. h. das wirksame Abscheiden, nicht dagegen die zweitgenannte, d. h. die
schonende Behandlung des Feststoffes.
Beim üblichen Zyklon mit tangentialem Eintritt muß die Feststoff/Gasströmung aus
der Vertikalen mehr oder weniger in die Horizontale umgelenkt werden. Hierbei
prallen die Feststoffpartikeln auf die Krümmerwand unter erheblicher Beanspru
chung und deshalb unvermeidbarem Bruch bzw. Abrieb auf.
Eine derartige Lösung wird für eine abwärts strömende Flüssigkeits-Feststoff-
Strömung (Hydrozyklon) in der DE 27 12 763 A1 offenbart.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik käme als Alternative zum Zyklon mit tan
gentialem Einlauf ein Zyklon mit axialem Zulauf von oben in Frage, der das Tauch
rohr konzentrisch umgibt (Siehe z. B.: Vauck/Müller: Grundoperationen
Mechanischer Verfahrenstechnik, VCH Verlagsgesellschaft Weinheim, 7. Auflage
1988, Abb. 4.48, S. 239) Die für die Abscheidung des Feststoffes erforderliche
Zentrifugalkraft wird bei dieser Zyklonvariante durch ein in die axiale Zuströmung
eingefügtes feststehendes axiales Leitrad nach Art der feststehenden Leiträder von
Axialturbinen bzw. Axialkompressoren erzeugt.
Damit eine derartige Strömungsumlenkung effektiv ist besitzen derartige Axialzy
klone analog zu Axial-Kompressoren bzw. -Turbinen Leiträder mit einer Vielzahl von
Schaufeln. Wegen ihrer Massenträgheit prallen dann aber praktisch alle Feststoff
partikeln auf die Leitschaufeln auf und erleiden daher Abrieb bzw. gehen zu Bruch.
Umgekehrt erleiden die Leitschaufeln erheblichen Verschleiß durch die auftreffen
den Partikeln. Dieser Verschleiß dürfte der Hauptgrund dafür sein, daß sich sog.
Axialzyklone mit axialen Leiträdern im Zulauf sich in der Praxis kaum durchsetzen
konnten.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden außermittig von oben in den
Abscheideraum mündende Zufuhrleitungen für die zu reinigende Feststoff/Gas-
Strömung für zylindrische Grundformen des Abscheideraumes vorgesehen. So
betrifft die US 1 734 677 einen durchgängig zylindrischen Gaswäscher
mit tangentialem Zulauf für die zu reinigende Strömung in den oberen Deckel unter
einen Winkel gegen die vertikale Symmetrieachse gemäß Zeichnung von 45°
Ähnlich offenbart die DE-OS 15 03 601 für eine
durchgängige zylindrische Grundform einen außermittigen Einlauf mit kreisförmigem
Querschnitt der derart von oben in die zylindrische Kammer einmündet, daß in der
Seitenansicht die Achsen des zylindrischen Körpers und des außermittigen Zulaufs
einen in der Schrift selbst spitz genannten Winkel einschließen.
Die DE-AS 10 78 998 offenbart insbesondere einen Zulauf
in einen Hydrozyklon, der mit einem Winkel deutlich größer als 45° gegen die
Zyklonachse in den am oberen Ende zylindrischen Zyklonkörper seitlich einmündet.
Bei einem derartigen Zyklon bewirkt aber insbesondere bei einer Feststoff/Gas-
Strömung die unstetige Richtungsänderung der schräg abwärts strömenden
Feststoffsträhnen eine entsprechende abrupte Impulsänderung, die bei bruch- bzw.
abriebempflindlichen Feststoffen schädlich ist.
Die nachstehend beschriebene Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, für die
Feststoffabscheidung am unteren Ende einer vertikal-abwärts gerichteten
Gas/Feststoff-Strömung eine Lösung anzugeben, die:
- 1. eine wirksame Abscheidung des Feststoffes vom Gas bewirkt bei gleichzeitig
- 2. schonender Behandlung des Feststoffes.
Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Ausbildung als Zyklons ist im Anspruch 2
angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend in Wort und Bild an einem Beispiel erläutert. So
zeigt Bild 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung, Bild 2 einen Radialschnitt gemäß der
Blickrichtung AA von Bild 1 und Bild 3 die Querschnittsform des Zuströmkanals
beim Eintritt in den Zyklondeckel.
Wie Bild 1 ausweist, enthält die Vorrichtung einen durchgängig konischen
Abscheideraum 1 für die Trennung von Feststoff und Gas, ein mittiges Tauchrohr 2
für den Abzug des gereinigten Gases und ein gegebenenfalls durch einen
Abschirmkegel 3 vor dem Durchschlagen der Gasströmung geschütztes Feststoff-
Fallrohr 4. Erfindungsgemäß erfolgt die Zuströmung der Gas/Feststoffmischung
über einen in den Deckel 5 der Vorrichtung außermittig mündenden Zuströmkanal 6.
Im Interesse einer möglichst schonenden Feststoffabscheidung ist dieser
Zuströmkanal 6 gegen die Symmetrieachse 7 der Vorrichtung um einen Winkel α
geneigt, der vorzugsweise kleiner als 45° ist.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die vertikale Gas/Feststoffströmung
bezüglich der Abscheidevorrichtung den zur Feststoffabscheidung erforderlichen
Drall erhält, ohne daß die Feststoffpartikeln wie beim bekannten Stand der Technik
einer starken Umlenkung innerhalb eines Kanals, eines Umlenkgitters oder einer
Kante im Zyklonkörper mit entsprechend starkem Abrieb und Verschleiß der
Partikeln unterworfen wären.
Bild 2 zeigt einen Radialschnitt durch die patentgemäße Vorrichtung, der die
Anordnung des vertikalen Zuströmkanals 6 offenbart. Um den Partikel-Verschleiß
und Bruch durch Auftreffen auf Wandungen zu minimieren, ist die patentgemäße
Vorrichtung gegen den vertikalen Zuströmkanal in radialer Richtung derart geneigt,
daß die Außenwand 1a des konischen Abscheideraumes 1 und die Außenwand 6a
des vertikalen Zuströmkanals fluchten.
Bild 3 zeigt die für die Feststoffabscheidung zweckmäßige Gestaltung des Teils des
vertikalen Zuströmkanals 6 der in die patentgemäße Vorrichtung mündet. Hierbei ist
der Zuströmkanal mit Zweieckquerschnitt ausgebildet, wobei der äußere, gekrümmte
Teil des Zweieckquerschnitts exakt der Kontur des konischen Abscheideraums 1
folgt.
Bezugszeichenliste
1 konischer Abscheideraum
1a seitliche Wandkontur des konischen Abscheideraumes
2 mittiges Tauchrohr
3 Abschirmkegel
4 Feststoff-Fallrohr
5 Deckel des Abscheideraumes
6 außermittiger Zuströmkanal
6a seitliche Wandkontur des außermittigen Zuströmkanals
7 Symmetrieachse des Zyklons
1a seitliche Wandkontur des konischen Abscheideraumes
2 mittiges Tauchrohr
3 Abschirmkegel
4 Feststoff-Fallrohr
5 Deckel des Abscheideraumes
6 außermittiger Zuströmkanal
6a seitliche Wandkontur des außermittigen Zuströmkanals
7 Symmetrieachse des Zyklons
Claims (2)
1. Zyklon zum Abscheiden von Feststoffen aus vertikal-abwärts gerichteten Gas-
Feststoff-Strömungen mit einem außermittig schräg von oben in den
Abscheideraum mündenden Zuströmkanal für das Gas-Feststoff-Gemisch, mit
Abströmung der gereinigten Gasströmung über ein am oberen Ende des
Abscheideraumes mittig angeordnetes Tauchrohr und mit Abströmung des
abgeschiedenen Feststoffes über ein am unteren Ende des Abscheideraumes
angeordnetes Feststoff-Fallrohr, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abscheideraum (1) durchgehend konisch ausgebildet ist, daß die außenseitig
geradlinige Kontur des außermittig von oben in den Zyklonkörper mündenden
Zuströmkanals (6) für das Gas-Feststoff-Gemisch der verlängert gedachten
Kontur des durchgängig konischen Abscheideraumes (1) folgt, und daß der
Zuströmkanal (6) für das Gas-Feststoff-Gemisch in der Seitenansicht gegen die
vertikale Symmetrieachse des Zyklons einen Winkel von weniger als
45°einschließt.
2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung für
das Gas-Feststoff-Gemisch in den oberen Zyklondeckel (5) mit einem
Zweieckquerschnitt mündet, dessen Kontur auf der Außenseite der Kontur der
Zyklonwandung folgt.
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19934313337 DE4313337C2 (de) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Zyklon zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus vertikal-abwärts gerichteten Gas/Feststoff-Strömungen |
Publications (2)
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DE4313337A1 DE4313337A1 (de) | 1994-11-17 |
DE4313337C2 true DE4313337C2 (de) | 1995-04-13 |
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DE19934313337 Expired - Fee Related DE4313337C2 (de) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Zyklon zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus vertikal-abwärts gerichteten Gas/Feststoff-Strömungen |
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DE1078998B (de) * | 1957-05-21 | 1960-04-07 | Heinz Hogenkamp Dipl Phys | Mehrstufige Rohrschleuderanlage zum Reinigen, insbesondere von waesserigen Papier- und Zellstoffsuspensionen |
DE1503601A1 (de) * | 1965-02-13 | 1969-03-06 | Siemens Elektrogeraete Gmbh | Einrichtung zum Erzeugen einer Drehstroemung |
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