WO2002093098A1 - Gasabschluss für reaktoren mittels gasleitkörpern - Google Patents

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WO2002093098A1
WO2002093098A1 PCT/EP2002/004036 EP0204036W WO02093098A1 WO 2002093098 A1 WO2002093098 A1 WO 2002093098A1 EP 0204036 W EP0204036 W EP 0204036W WO 02093098 A1 WO02093098 A1 WO 02093098A1
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gas
reactor
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deflectors
guide body
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PCT/EP2002/004036
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Inventor
Frank Stockhausen
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Sgl Carbon Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/28—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity for treating continuous lengths of work
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/32—Apparatus therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27B9/06—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity heated without contact between combustion gases and charge; electrically heated
    • F27B9/10—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity heated without contact between combustion gases and charge; electrically heated heated by hot air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/145—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving along a serpentine path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0073—Seals
    • F27D99/0075—Gas curtain seals

Definitions

  • the invention relates to a gas seal for a reactor for treating material strands or material webs, the reactor having the following features:
  • It has an outer shell, which extends parallel to the direction of transport of the material strands or webs, and a front and a rear wall or an upper and a lower end wall, with either the front or the rear wall or the front and the rear wall or either the upper or the lower end wall or both end walls has at least one opening for introducing at least one strand of material or a material web and / or at least one opening for leading out at least one strand of material or a material web;
  • - He has devices for heating the reactor interior or parts thereof or / and for heating material strands or material webs or parts thereof or for cooling the reactor interior or parts thereof or / and material strands or material webs or parts thereof or he does not have such devices ;
  • - It has devices for supplying tempered or non-tempered gases into the reactor space and / or for removing gases from the reactor space;
  • It has a gas supply and distribution device with gas outlet openings at the points at which at least one strand of material or a web of material enters the reactor space and / or at least one strand of material or web leaves the reactor space, with gas outlet openings by means of which a gas is applied these "openings for the material inlet or outlet flows out in such a way that a gas curtain is generated there, which prevents the entry of undesired substances into the reactor space and the escape of undesired substances from the reactor space.
  • Reactors are used for the treatment of endless material strands or material webs, for example at elevated temperatures in continuous operation, through which this endless material is drawn by means of transport devices, usually provided with rollers, motor-driven and speed-controlled unwinding and winding devices.
  • the strands or webs are drawn through the reactor either only once or, and this is the more common case, several times in succession. In the latter case, for reasons of process economy, the material strands or webs are passed back into the reactor after the first passage through the reactor, usually by means of deflecting rollers, and are transported through the reactor again. This happens as often as the process requires. In many cases they are
  • Reactors are not just facilities in which the strands or tracks for performing desired physical Processes are exposed to certain temperatures, but chemical reactions take place in parallel with the temperature treatments, for the implementation of which reaction partners, usually in gas or vapor form, are introduced into the reactor and after a certain dwell time, optionally together with reaction products formed, out of the reactor be removed. If the gas space inside the reactor contains gases or vapors that have a toxic or corrosive effect or that are not allowed to enter the atmosphere surrounding the reactor for any other reason, all the entrances and exits at which the material strands or - Paths are transported into or out of the reactor in such a way that they are sealed in such a way that no harmful or negative effects on people, material or the environment can occur outside the reactor.
  • lock boxes can be used at the material inlets and outlets from which the gases and vapors emerging from the reactor are drawn off and then rendered harmless.
  • Such locks interfere, however, due to their spatial expansion at the outlet or inlet openings for the material strands or webs, and a further disadvantage is that large amounts of foreign or ballast gases have to be sucked into the lock and then treated in order to safely remove the harmful substances and that some of the gases and vapors inside the reactor are also sucked into the lock space and then lost for recycling and / or recycling purposes.
  • the latter disadvantage applies to lock rooms that are operated with negative pressure.
  • Locks working with a gas overpressure take up even more space than "vacuum locks” because with this solution, the deflection rollers for the material strands and webs must be inside the lock chamber. If this were not the case and if, for example, the lock chambers had feedthroughs for the material strands and webs, some of the pollutants would escape in an undesirable manner.
  • the material strands and webs cannot be inspected, or can only be inspected poorly, and the operating personnel can no longer carry out the regulating, regulating and error-preventing interventions on the strands or webs directly and / or not quickly enough, which are carried out in the the processes that take place in the reactors are necessary.
  • Another approach uses so-called gas curtains.
  • a harmless gas is blown into the furnace openings and onto the material strands or webs through suitable openings or nozzles in such a way that a gas stream is produced which is directed towards the inside of the furnace and prevents the harmful gases and vapors from escaping from the reactor like a dynamic curtain.
  • the seals with gas curtains known up to now do not work satisfactorily.
  • No. 5,928,986 describes a furnace for the oxidizing activation of the fiber surfaces of carbon fibers or yarns in the carbonized state at temperatures from 800 to 1000 ° C. with a suitable gas.
  • the furnace has lock chambers with cooling and suction systems are equipped. The gases escaping from the furnace into the lock chambers are sucked off and rendered harmless via the suction systems.
  • an inert gas can be blown into the lock chambers. This is intended to create a gas curtain there and prevent the uncontrolled entry of air into the furnace interior. This gas is also largely extracted from the lock chambers. In any case, you are dealing with lock chambers whose gas content is extracted.
  • DE 33 12 683 AI discloses a vertical continuous furnace for the production of carbonized carbon fibers from so-called pre-oxidized fibers.
  • the temperature range is from 300 to 1500 ° C.
  • the pre-oxidized fibers required to carry out the process are processed in a preceding process step by treating organic fibers, e.g. can consist of polyacrylonitrile, produced at temperatures up to 300 ° C. They are infusible. Treating the
  • Fibers in the carbonization furnace take place under protective gas.
  • protective gas is blown into the lower material outlet of the furnace in a manner not explained in detail, which rises in the furnace.
  • the heating zones which are at a greater distance from the inlet and outlet openings for the fiber web.
  • nozzles through which tempered protective gas is blown in such a way that inside a gas curtain is generated in the heating chambers or heating zones.
  • Exhaust openings are located just below these nozzles, through which a large part of the injected protective gas, which is now loaded with gaseous and vaporous reaction products from the carbonization process, is discharged.
  • This gas curtain is to prevent harmful, in particular tar-containing, decomposition products from rising inside the vertical furnace into the cooler, upper furnace zones. Sealing the furnace to the outside should not be brought about by this.
  • a gas curtain which is operated at the material inlets and outlets of the furnace and thus not directly in its reaction space and which does not require lock chambers, has been described in US Pat. No. 6,027,337.
  • the furnace is used for the production of carbon fibers from polyacrylonitrile fibers, preferably for the production of pre-oxidized and thus made infusible fibers in the temperature range from approximately 150 to 300 ° C.
  • the fibers are exposed to an air stream.
  • very toxic gases such as hydrogen cyanide or carbon monoxide are also released, which must not enter the space outside the furnace in any way and not in small quantities.
  • the technical solution used here provides for an air supply and distribution device, which is equipped with outlet openings for the air, in particular with wide slot nozzles, to be provided at every point at which a material web is transported into or out of the furnace. located.
  • gas curtain which is intended to seal the interior of the furnace against the external atmosphere, gas is blown through these nozzles at a certain angle in the direction of the interior of the furnace. This creates the side of the openings for the fiber strands or fiber webs facing the inside of the furnace is a predominantly air flow directed into the interior of the furnace, which acts as a gas curtain.
  • this technical solution also does not fully meet the expectations placed on it, because it has been shown in everyday operational work that the concentrations of harmful gases in the vicinity of the inlet and outlet openings were too high for the material webs.
  • Claim 1 solved in that the gas supply and distribution device at least one
  • material strands or material webs means any material in filament
  • Fiber, yarn, knitting, scrim in the form of tangles, of filaments, fibers, yarns, such as e.g. Fabrics, furthermore in the form of foils or laminates or in the form of plates, which can be transported through openings in a reactor in order to be treated therein and which can be transported out of the reactor again after such treatment.
  • Materials of this type can consist, for example, of plastic, glass, ceramic, carbon, natural or synthetic fibers, rubber or also of composite materials of the most varied types. For the sake of simplicity, the term material webs is used below for all these materials.
  • a reactor in the sense of this invention is understood to mean a space enclosed by walls with inlets and outlets for the material which is to be treated and inlets and outlets for the equipment which are required for the intended treatment.
  • This reactor also has all the facilities necessary for the respective operation, such as measurement, control and transport directions, control, delivery and treatment systems for gases and vapors, heating, cooling and energy recovery systems and / or facilities for occupational safety and environmental protection.
  • Such reactors are often operated at elevated temperatures and can therefore also be regarded as furnaces.
  • the material webs can be transported horizontally (horizontal reactor) or vertically (vertical reactor) through the reactor. Where appropriate, the transport plane for the material webs can also be inclined or curved.
  • Reactors can also be provided with devices for circulating the gas content of the reactor interior.
  • a deflector or gas guide body is understood to mean a body which is shaped in a certain way and is attached either to or immediately next to a gas supply and distribution device of the reactor.
  • gas guide body is used in the following for the terms deflector and gas guide body.
  • the gas supply and distribution device distributes the gas required to generate the gas curtain evenly over the entire width of the inlet and outlet openings for the material webs. It is also equipped with one or more openings, which preferably have a nozzle shape, over the entire width of the inlet and outlet openings for the material webs. These nozzles can have any suitable shape. In order to achieve and maintain a predetermined directed gas flow, they are spatially directed in a certain way. Your gas channels and / or gas Step openings cannot be angular, such as round or elliptical, or orthogonally angular, such as square or rectangular, or more than square.
  • the gas outlet openings can be flat or beveled or have a special profile.
  • the nozzles have a slot shape and extend over the entire width of the inlet or outlet openings.
  • the gas outlet channel of the nozzles can be straight or curved, depending on whether the gas flow should also be given a specific direction or a specific swirl or not. Through these gas outlet openings, the gas with which the gas curtain is to be produced is blown into the furnace at a certain angle and at a certain speed. More details can be found, for example, in US Pat. No. 6,027,337, which is hereby incorporated into the description.
  • this angle which the gas stream directed into the interior of the reactor, depending on the position of the gas outlet openings or nozzles, forms either with the surface of the material web or with the surface of the directly adjacent gas guide body, preferably in the range from 30 to 60 ° and particularly preferred, in the range of 40 to 50 °.
  • the gas stream advantageously emerges at an initial speed which is in the range from 50 to 140 m / s.
  • the gas guide bodies extend at a distance from the material webs over a certain length into the furnace interior.
  • the gas pressure is slightly higher than in the furnace interior.
  • the height of the gas guiding rooms is kept low, unless there are other reasons. All of this has the result that harmful gases in the furnace against the directed flow in the
  • Gas diffusers would have to "diffuse” to get outside. This is not technically possible if the gas velocity in the gas guiding spaces is evenly distributed over its cross-section and greater than the diffusion velocity of the gas molecules pushing outwards. These conditions are guaranteed by the solution according to the invention.
  • the gas supply and distribution devices extend over the entire width of the inlet and outlet openings for the material webs and are arranged parallel to their flat sides so that the gas outlet openings located on them can supply at least one material outlet or inlet opening with "curtain gas" on at least one side , If the reactor has more than one opening for material entry or exit, each gas feed and distribution device is preferred equipped with two mutually adjacent, parallel rows of gas outlet openings or with two adjacent, parallel, slit nozzles extending over the entire width of the material inlet and outlet openings.
  • the one row of gas outlet openings or the one slot nozzle supplies gas to the gas guiding space located between the gas guide body and the material web at a first material inlet or outlet opening and the row of gas outlet openings adjacent thereto or the other slot nozzle corresponding to this supplies the gas directly next to it this first material inlet or outlet opening, the second material inlet or outlet opening contains the gas guiding space with gas located there between the gas guiding body and the material web.
  • a gas supply and distribution device supplies two gas inlet and outlet openings next to each other with half each. This does not apply only to those material inlet and outlet openings which are the first or last to border on the flat side of the reactor housing.
  • the gas baffles have the width of the material inlet or outlet openings and are either attached to the gas supply and distribution devices or directly adjacent to them. They protrude a certain distance into the interior of the reactor and, according to a particularly preferred embodiment, keep the same distance from the material web. However, their distance from the material web can also be different on the two flat sides of the material web. In the normal case, the minimum distance between the surfaces of the gas guide bodies and the respectively adjacent surface of the material web is 5 mm. In
  • the Length of the gas guide body ie its extension from the gas outlet openings or nozzles in the direction of the reactor interior, can vary within limits. These limits are defined by the ratio of this length of the gas guide body to the distance that the surfaces of the gas guide body have from the surfaces of the material webs directly adjacent to them. It is at most 10 to 1 and is preferably within the ratio ranges of 4 to 1 to 6 to 1.
  • the gas guide bodies have a flat surface. According to another embodiment, its surface is curved.
  • the bend can also be convex or concave.
  • a bend is used when the transport or deflection rollers for the material webs have a concentration, for example for process reasons, or their diameter is increasingly constricted from the outside inwards.
  • the surface of the gas guide body again in relation to the transverse direction, ie the direction of the width of the material inlet or outlet opening or the width of the material web, is convex on one side of the material webs and concave on the other side.
  • the surfaces of the gas guiding bodies can also be curved in the longitudinal direction, ie starting from the material inlet or outlet openings in the direction of the reactor interior.
  • the two surfaces of the gas guide bodies, which face one and the same material web can be complementary be formed, ie they follow the bend or sag of the material web, ie the upper surface is convex, the lower concave. It may also be the case that the two surfaces of the two gas guide bodies, which are adjacent to one and the same material web, are curved such that the gas guide space enclosed by them widens towards the reactor interior.
  • Such a biconvex or also a wedge-shaped form of the gas guide body is generally used to generate certain speed profiles in this gas guide space.
  • combinations of the described surface shapes of the gas guide bodies are also possible. However, they are only used if this makes sense from a procedural point of view and it justifies the effort required for this. It is generally advantageous to keep the edges and / or corners of the gas guide bodies facing the reactor interior free from roughness or burrs or to round them off or bend them a little. This is done to prevent abrasion or injury to the webs of material should they touch the gas guide.
  • the surfaces of the gas guide bodies are smooth in order to prevent abrasion or damage to the material webs or to minimize deposition or build-up of dirt and to enable easy cleaning.
  • the surfaces can advantageously have an anti-adhesive coating or are suitably protected against corrosion.
  • Gas channel runs which is limited by the surfaces of two gas guide bodies. Where necessary or beneficial is deviated from this solution and only one gas guide body can be used on one side of the material web.
  • the shape and design of the gas guide body depend on the structural and procedural conditions of the reactor.
  • the gas guiding bodies can have a closed shape, i.e. enclose a cavity that has little or no connection to the interior of the reactor or they can consist of baffles or baffles between which there is a space that is in free communication with the interior of the reactor. Closed systems are preferred if substances can form in the interior of the reactor that would undesirably deposit in flow-reduced zones of the interior.
  • a gas guide body can be positioned in different ways with respect to the outlet openings for the gas which is to produce the gas curtain. On the one hand, it can be located on the same level or the same geometric level as these outlet openings and can extend at a distance from the adjacent material web in the direction of the reactor interior. In this case, the gas stream is first directed onto the material web, at least partially reflected there, and then fed into the reactor interior in the gas guide channel.
  • the outlet openings for the gas that is to form the gas curtain rise above the surface of the gas guide body, so that these openings at the reactor inlet project to a certain extent into the space between the gas guide body and the material web ,
  • the gas stream emerging from the openings can either be directed onto the material web, then at least partially reflected and then fed to the inside of the reactor in the gas guide space, or the nozzles which end in the gas outlet openings can be bent so that the gas flow first hits the surface of the gas guide bodies, is reflected by them and then comes up with a lower flow pressure the material web is diverted and then flows to the interior of the reactor in the gas guide space.
  • the surface of the gas guiding body that delimits the gas guiding space rises above the gas outlet openings.
  • the gas outlet openings are positioned somewhat in front of the gas guide bodies and the gas stream is first blown onto the material web, at least partially reflected by it, then hits the surface of the gas guide body at a reduced speed and then flows through the gas guide space into the reactor interior.
  • This solution can be used particularly when the distance between the material web and the gas guide body is to be kept particularly small.
  • the shape, embodiment and positioning of the gas guide body depend on the structural and procedural conditions of the reactor. They are chosen by the specialist according to the circumstances.
  • the gas guide bodies can be made of any material that is suitable for the process conditions for which they are intended. Because of the lower expenditure and the easier processing, they often consist of a metal or a metal alloy such as iron, steel, stainless steel, copper, brass, bronze, aluminum or an aluminum alloy. Where circumstances require, they can be made of metals other than those mentioned Metal alloys made of a ceramic material such as porcelain, stoneware, silicon carbide, carbon, graphite or glass.
  • thermoplastics and thermosets such as fluoropolymers, fluorochloropolymers, polyamides, polyimides, polyvinylchloride, polyethylene, phenol- or epoxy resins can be used if the conditions require or allow it.
  • the surfaces of the gas guiding bodies or these themselves can also consist of fibers, threads, yarns or wires linked together in a textile manner. The most common one will use the different types of fabric here. But felts and tangles can also be used for special cases.
  • Such textile composites can be made of all materials that are suitable for this purpose, such as plastic fibers, natural or synthetic fiber materials, mineral, glass, silicon dioxide, silicon carbide, aluminum oxide, carbon, graphite fibers or, for example, steel, stainless steel -, copper, brass or bronze wires exist.
  • the temperature of the gas which is blown into the reactor for generating and maintaining the gas closure via the gas supply and distribution devices and the gas openings or nozzles depends on the circumstances of the process sequence in the reactor. If the process does not require any special precautions, the gas is at ambient temperature. If the blowing in of a gas that is too cool interfered or a gas of elevated temperature was necessary or advantageous would be, the gas is preheated. This is the case, for example, when there is an elevated temperature in the reactor. A cold gas would namely heat up and expand as it entered the hot reactor space and thereby build up an undesirable back pressure near the gas seal. A previously cooled gas is advantageously blown in if cooling at the material inlets and outlets of the reactor or in the reactor is necessary.
  • the gas closure is accomplished with a gas that has been at least partially removed from the interior of the reactor.
  • a gas that has been at least partially removed from the interior of the reactor.
  • the lines are appropriately insulated, the energy content of this gas can be used appropriately.
  • such a gas must not contain any components that must not be released into the atmosphere outside the reactor. This is the case, for example, if only a thermal treatment of a product is carried out under protective gas in the reactor or if the gas has been cleaned of the pollutants during or after leaving the reactor. Such cleaning is often done thermally by burning in an afterburning device.
  • the heat energy released in this way can be used to heat gas in known heat transfer devices, which gas is then used to operate the gas seal.
  • the same can also be achieved without an afterburner if gas with enough high heat content is passed from the reactor through a heat exchanger and there at least partially heats the gas that is needed for the operation of the gas seal.
  • the gas guide bodies serve not only to maintain a secure gas seal at the material inlet and outlet openings of the reactor. They can also be designed as a heating element or as a cooling element, either to heat the gas which is required for the gas closure and which is blown into the reactor, or to cool it. If this temperature control of the gas can be used for what is happening inside the reactor, it makes sense to introduce more gas into the furnace in this way than would be necessary to maintain the gas seal. An example of this is keeping a certain temperature profile constant, even in the vicinity of the reactor ends. For such applications, it may also be necessary to change the ratio of the length of the gas guide bodies to their distance from the surface of the adjacent material web more than is specified for the preferred embodiments of the invention mentioned above in the direction of greater lengths of the gas guide bodies.
  • Fig.l a vertical section along the longitudinal axis of a reactor or furnace for treating Material webs in which the material webs pass horizontally through the reactor;
  • Figure 2 is a top plan view of the rear face of a reactor of the type shown in Figure 1;
  • FIG. 3 shows a section through a vertical reactor perpendicular to the width extension of the material webs and to the width extension of the transport and deflection rollers;
  • Fig. The section of a cross section through an area near the openings of a reactor for the continuous treatment of material webs perpendicular to the transverse extent of the material webs and the deflection and transport rollers according to the prior art; 5 shows a hypothetical section of a cross section through an area near the openings of a reactor for the continuous treatment of material webs perpendicular to the transverse extent of the material webs and the deflection and transport rollers. It shows some advantageous configurations of the
  • FIG. 6 shows a plan view of a front side of a reactor in which the material webs are convexly curved
  • FIG. 7 shows a plan view of a front side of a reactor in which the material web is curved concavely
  • FIG. 8 shows a section of a cut with sagging material webs perpendicular to the transverse extent of the transport and deflection rollers for the material webs and for the transverse extent of the material webs;
  • the reactor (1) in Fig. 1 is surrounded by a housing (2) which stands on a foundation (3). Heated gas is applied to the reactor interior (15) through the gas feed line (4) and a heating register (5). Used and possibly loaded with reaction products exits the reactor (1) via the gas outlet (6) and can be fed to a material and / or thermal recycling (not shown) or a gas cleaning which is also not shown. A web (7) of material is not shown
  • Unwinding device coming into the reactor (1) is transported via the roller (8 ') located in front of the reactor space through an opening (10) sealed with a gas curtain (9).
  • the material web (7) passes through the reactor (1) and emerges from the reactor (1) for the first time at the opening (10 *) which is also sealed with a gas curtain 9 *. It (7) is then deflected by means of the roller (8), which is also outside the reactor (1), and re-enters the reactor through the opening (10 '), which is in turn sealed with a gas curtain (9').
  • the material web (7) passes through the reactor (1) a total of eight times, whereby it is deflected again and again by rollers (8; 8 *) and then through openings (10 ') into and through the reactor (1) Openings (10 *) emerge from the reactor (1). All openings (10; 10 ';10''; 10 *; 10 **) are sealed by gas curtains (9; 9'; 9 ''; 9 *; 9 **). After the reaction has ended, the material web (7) joins the the gas curtain (9 **) sealed opening (10 **) from the reactor (1) for the last time and runs over the roller (8 '') to a winding device, not shown.
  • Such a reactor can be, for example, an oven for making material webs made of polyacrylonitrile infusible in an air atmosphere, which is operated in the temperature range from about 180 to 320 ° C.
  • it can also be used at higher temperatures to carbonize infusible fibers, which may be in the form of fiber, fabric or felt webs, for example.
  • this must then be done in a non-oxidizing atmosphere.
  • Each of these openings (10; 10 ';10''; 10 *; 10 **) is equipped with a pair of such gas guide bodies (11) or (11; 11') so that the material webs (7) are always on two sides Gas can be flowed through and thus a secure gas seal of the reactor interior against the external ambient atmosphere is guaranteed.
  • a gas guiding body is arranged only on one side of the material web.
  • the gas that is required to maintain the gas curtains (9; 9 ';9''; 9 *; 9 **) is supplied to the material inlet (10 ; 10 ';10'') and outlet openings (10 *; 10 **), distributed there evenly across their width and it occurs then at this (10, 10 ';10''; 10 *; 10 **) via spatially directed nozzles (13) and is blown against the material webs (7) at a certain angle (see also Fig. 9).
  • Fig. 2 shows a plan view of the rear end of a reactor (1) of the type described in Fig. 1 again.
  • It too (1) has a reactor housing (2), a reactor foundation (3), a gas feed line (4) for the process gas, a heater (5) for the process gas and a gas outlet (6) for the process gas.
  • the roller shafts (16) and the columns (17; 17 ') can be seen, in which the bearings, the gear and the drive for the rollers (8; 8 *) are located.
  • the material webs (7) are conveyed into and out of the reactor at the inlet (10 ';10'') and the outlet openings (10 *) via the rollers (8; 8 *).
  • the gas for generating the gas curtain not visible here is over the gas supply and distribution devices (12) into the gas outlet openings (13), which are designed here as slot nozzles, which extend over the entire width of the material inlet and outlet openings (10 ';10''; 10 *) , There it exits in a spatially directed manner and forms the improved gas curtain in the gas guiding spaces (14).
  • the reactor (l 1 ) shown in FIG. 3 is similar in structure to the reactor (1) in FIG. 1.
  • This reactor (1 ') is a vertical reactor in which the Material webs either, which is not shown, are transported and treated in a single pass through the reactor (1 ') from bottom to top or, as shown in FIG. 3, several times from bottom to top and from top to bottom through the reactor guided and treated in the process before they leave the reactor (1 ') again. It is up to the person skilled in the art whether he introduces the material webs at the bottom of the reactor (1 ') and out again at the bottom as shown in FIG. 3, whether he inserts them into the reactor (1') at the top, which is not shown.
  • the reactor (1 ') has, in addition to the reactor (1) of FIG. 1, additional thermal insulation (18) and is mounted and set up in a frame or frame (19).
  • additional thermal insulation (18) is mounted and set up in a frame or frame (19).
  • the other features are the same as those of the reactor (1) in FIG. 1.
  • 4 shows sections of the reactor foundation (3), part of the reactor housing (2) in the form of a front, the material web (7) and the transport and deflection rollers (8) for the material web (7).
  • the material web (7) is fed into the reactor through the openings (10 ') and out of the reactor through the openings (10 *).
  • the gas guide bodies or deflectors according to the invention are missing here. It is not difficult to see that the gas emerging from the nozzles (13) is not conducted in a gas guide space, cannot build up increased pressure in it and therefore cannot form an effective gas barrier. On the other hand, accompanied by vortices, it randomly spreads very quickly in the large reactor interior (15), without the gas curtain produced in this way offering a really effective sealing effect against the escape of parts of the reactor atmosphere.
  • FIG. 5 The representation in Figure 5 is similar to that of Figure 4.
  • the essential difference from FIG. 4 is that the inventive gas guide bodies (11; 11a; 11b; 11c) are present, with the help of which (11; 11a; 11b; 11c) gas guide spaces (14) defined together with the material webs (7) ; 14 ';14'') are generated, which largely prevent an undesired escape of gases from the interior of the reactor.
  • the gas guide bodies (11a) are constructed as plates which enclose between them a space which is too open to the inside of the reactor.
  • the surfaces facing the material web pieces (7e and 7d) are flat and arranged in such a way that gas guiding spaces (14) result in which between the gas guiding bodies (11) and the material web pieces (7e and 7d) over the entire length and width the gas guide body result in constant and equal distances.
  • the material web piece (7a) is flanked on both sides by two gas guiding bodies (11b; 11c), the surfaces of which bend convexly in the direction of the reactor interior, so that gas guiding spaces of the same geometry (14 '') are increasingly opening to the reactor interior.
  • the gas guide body (11b) is designed as a curved plate. It includes one together with the adjacent gas guide body (11a) Room that is too open to the inside of the reactor, but that is not a gas control room. In contrast, the gas guide body 11c has the same convex curved surfaces on its two flat sides and encloses a closed space.
  • the piece of material web (7b) is flanked on both sides by two differently shaped gas guide bodies (11c; 11).
  • the gas guide body (11c) creates a gas guide space (14 '') that increasingly opens towards the inside of the reactor, while the gas guide body (11) on the other side with the material web piece (7b) creates a gas space (14) constant height over the length and width of the gas guide body (11).
  • Another example of unequal gas guiding spaces is shown on the piece of material web (7c).
  • the gas guiding bodies (11; 11 *) flanking the material web piece (7c) have the same shape, but each of them has a different distance from the material web piece (7c), which distance is constant over its width and length. Gas seals with different gas guiding spaces on a material web (7) are generally limited to special cases.
  • All gas guiding bodies (11; 11 *; 11a; 11b; 11c) are preferably free of sharp edges and burrs at their end on the inside of the reactor. These ends are slightly bent away from the material web (7). 5 also shows different shapes and arrangements of gas outlet nozzles (13; 13a; 13b). Either the nozzles (13) protrude a little above the surface of the gas guide body (11), as can be seen in the piece of material web (7c), or they (13a) protrude above the surface of the gas guide body (11a) and are additional bent so that the gas stream leaving it first hits the surface of the gas guide body (11a), is reflected there and only then reaches the surface of the material web (7d) with a lower gas pressure and thus much more gently.
  • the nozzles (13b) are sunk in the gas supply and distribution devices (12).
  • the nozzles (13; 13a; 13b) are preferably slot nozzles which extend over the entire width of the material inlet and outlet openings. However, other nozzle shapes can also be used.
  • FIG. 6 shows an example for material webs with convexly curved surfaces.
  • the reactor is indicated by the sides of the reactor housing (2).
  • Two transport and deflection rollers (8) with their stub shafts (16) can also be seen.
  • the material web (7) is bent at least in the area of the reactor openings (10) like the rollers (8) and, as a result, the parts of the plant which have to produce and maintain the gas curtain must also be adapted to this curvature. Accordingly, the gas supply and distribution devices (12), the nozzles (13) and also the surfaces which are not visible here and which delimit the gas guiding spaces (14) behind the material inlet and outlet openings (10) are curved so that the Requirements for the
  • FIG. 7 shows an image corresponding to FIG. 6 in the event that the material webs (7) are curved concavely.
  • FIG. 6 shows an image corresponding to FIG. 6 in the event that the material webs (7) are curved concavely.
  • Material webs can often not be guided so tightly that they do not sag between their support zones, for example the transport and deflection rollers (8). However, this leads to unequal distances between the material webs and the gas guiding bodies at the gas seals, from which unequal gas guiding spaces result on both sides of the material webs. This can reduce the effectiveness of the gas seals. To counteract this, what is not shown, the surfaces of the gas guide bodies (11) are given a bend in accordance with the curvature of the material webs (7) due to the sag or / and, as can be seen in FIG. 8, they are (11) accordingly attached inclined so that the desired, mostly constant distances are again produced on both sides of the material webs (7).
  • FIG. 9 is a detail showing the angle (20; 20 ') at which the gas flow comes from the gas outlet openings (13) or nozzles (13; 13a) onto the material web (7) or, in the case of bent nozzles (13a) , which meets the surfaces of the adjacent gas guide bodies (11a).
  • the material web (7) and the gas supply and distribution devices (12) can also be seen.
  • the gas stream (21) strikes after emerging from the straight Nozzles (13) at an angle (20) of 40 ° onto the material web (7) and after exiting from the curved nozzles (13a) at an angle (20 ') of 45 ° onto the surfaces of the gas guide bodies (11a).
  • the material webs were passed horizontally through the reactor and increasing in both series of measurements
  • HCN hydrogen cyanide
  • the effectiveness of the gas seals at the material inlet and outlet openings was measured by measuring the HCN concentration in the middle of the uppermost material inlet opening at a distance of 10 cm from the inlet gap. This location was chosen because there would have to be a particularly high concentration of HCN, because an upward convection movement is formed on the front of the furnace, which may result from the material in and out. gases escaping through the openings and also the harmful gases.
  • the material webs were transported a total of 23 times horizontally through the reactor by means of transport and deflection rollers located outside the heated reactor interior.
  • the total of the reactor ie the material inlet and outlet openings at the front and rear of the reactor, had 46 such openings, each of which was sealed by a gas curtain.
  • Air which was at room temperature, also served as a means of generating the gas curtain at the material inlet and outlet openings.
  • the "curtain gas" emerged from the nozzles, which were designed as slot nozzles, at an initial speed of 105 m / s and flowed directly against the material webs.
  • the flat gas jet coming from the nozzles included an angle of 45 ° with the material webs.

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Abstract

Gasabschluss für die Materialeingangs- (10') und die Materialausgangsöffnungen (10*) von Reaktoren (1) zum Behandeln von Materialsträngen (17) und Materialbahnen (7). Das Abdichten der Öffnungen (10) geschieht durch Gasvorhänge. Diese werden durch Gasströme, die schräg in das Ofeninnere (15) gerichtet sind und aus Gasaustrittsöffnungen (13) oder Düsen (13) austreten, erzeugt. Nach der Erfindung sind im Anschluss an die Gasaustrittsöffnungen (13) Gasleitkörper (11), die sich neben den Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) im wesentlichen parallel zu den Oberflächen dieser Materialstränge (7) und Materialbahnen (7) in Richtung des Reaktorinneren (15) erstrecken, angebracht. Die aus den Gasaustrittsöffnungen (13) austretenden Gase werden in den Gasleiträumen (14), die zwischen den Gasleitkörpern (11) und den Materialsträngen (7) oder -bahnen (7) entstanden sind, gezielt und unter leicht erhöhtem Druck in Richtung des Reaktorinnenraumes (15) geleitet und bewirken so einen wesentlich verbesserten Gasabschluss.

Description

Gasabschluss für Reaktoren mittels Gasleitkörpern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Gasabschluss für einen Reaktor zum Behandeln von Materialsträngen oder Materialbahnen, wobei der Reaktor folgende Merkmale aufweist:
- Er hat eine äußere Hülle, die sich parallel zur Transportrichtung der Materialstränge oder -Bahnen erstreckt, sowie eine Front- und eine Rückwand oder eine obere und eine untere Abschlusswand, wobei entweder die Front- oder die Rückwand oder die Front- und die Rückwand oder entweder die obere oder die untere Abschlusswand oder beide Abschlusswände mindestens eine Öffnung zum Einführen mindestens eines Materialstranges oder einer Materialbahn und/oder mindestens eine Öffnung zum Herausführen mindestens eines Materialstranges oder einer Materialbahn hat;
- er hat Vorrichtungen zum Transportieren von Materialsträngen oder Materialbahnen durch den Reaktor und Vorrichtungen zum Antransport von Materialsträngen oder Materialbahnen an den Reaktor und zum Abtransport von Materialsträngen oder -Bahnen von dem Reaktor weg;
- er hat Vorrichtungen zum Heizen des Reaktorinnenraumes oder von Teilen davon oder/und zum Heizen von Materialsträngen oder Materialbahnen oder von Teilen davon oder zum Kühlen des Reaktorinnenraumes oder von Teilen davon oder/und von Materialsträngen oder Materialbahnen oder Teilen davon oder er hat derartige Vorrichtungen nicht; - er hat Vorrichtungen zum Zuführen von temperierten oder von nicht temperierten Gasen in den Reaktorraum und/oder zum Abführen von Gasen aus dem Reaktorraum;
- er hat an den Stellen, an denen durch Öffnungen mindestens ein Materialstrang oder eine Materialbahn in den Reaktorraum eintritt oder/und an denen mindestens ein Materialstrang oder eine Materialbahn den Reaktorraum verlässt, eine Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung mit Gasauslassöffnungen, mittels der ein Gas an diesen "Öffnungen für den Materialein- oder -Austritt so ausströmt, dass dort ein Gasvorhang erzeugt wird, der das Eindringen unerwünschter Substanzen in den Reaktorraum sowie das Austreten unerwünschter Substanzen aus dem Reaktorraum verhindert .
Zum Behandeln von endlosen Materialsträngen oder Materialbahnen, beispielweise bei erhöhten Temperaturen im kontinuierlichen Betrieb, werden Reaktoren verwendet, durch die dieses Endlosmaterial mittels Transportvorrichtungen, meistens mit Walzen versehenen, motorisch angetriebenen und geschwindigkeitsgeregelten Ab- und Aufwickelvorrichtungen, gezogen wird. Die Stränge oder Bahnen werden dabei entweder nur einmal oder, und das ist der häufigere Fall, mehrmals hintereinander durch den Reaktor gezogen. Beim letzteren Fall werden die Materialstränge oder -Bahnen aus Gründen der Verfahrensökonomie nach dem ersten Durchlaufen durch den Reaktor, meistens mittels Umlenkwalzen, gleich wieder in den Reaktor geleitet und noch einmal durch den Reaktor transportiert. Dies geschieht so oft, wie es der Verfahrensgang erfordert. In vielen Fällen sind die
Reaktoren nicht nur Einrichtungen, in denen die Stränge oder Bahnen für das Durchführen gewünschter physikalischer Vorgänge bestimmten Temperaturen ausgesetzt werden, sondern es laufen parallel zu den Temperaturbehandlungen chemische Reaktionen ab, zu deren Durchführung häufig Reaktionspartner, meistens in Gas- oder Dampfform, in den Reaktor eingeleitet und nach einer bestimmten Verweilzeit, gegebenenfalls zusammen mit entstandenen Reaktionsprodukten, wieder aus dem Reaktor entfernt werden. Wenn der Gasraum im Inneren des Reaktors Gase oder Dämpfe enthält, die giftig oder korrodierend wirken oder die aus einem anderen Grund nicht in die Atmosphäre, die den Reaktor umgibt, gelangen dürfen, müssen alle die Ein- und Ausgänge, an denen die Materialstränge oder -Bahnen in den Reaktor hinein- oder aus dem Reaktor herausbefördert werden, so abgedichtet sein, dass keine schädlichen oder negativen Wirkungen für Menschen, Material oder die Umwelt außerhalb des Reaktors eintreten können.
Für dieses Problem gibt es mehrere technische Lösungen. Es können beispielsweise Schleusenkästen an den Materialein- und -Ausgängen verwendet werden, aus denen die aus dem Reaktor austretenden Gase und Dämpfe abgesaugt und danach unschädlich gemacht werden. Derartige Schleusen stören allerdings durch ihre räumliche Ausdehnung an den Austritts- oder Eingangsöffnungen für die Materialstränge oder -Bahnen und ein weiterer Nachteil ist, dass zum sicheren Entfernen der schädlichen Substanzen große Mengen an Fremd- oder Ballastgasen in die Schleuse gesaugt und dann mit behandelt werden müssen und dass auch ein Teil der im Reaktorinneren befindlichen Gase und Dämpfe in den Schleusenraum gesaugt wird und dann für Wiederverwertungs- und/oder Rückführzwecke verloren geht. Letzterer Nachteil gilt für Schleusenräume, die mit Unterdruck betrieben werden. Schleusen, die mit einem Gasüberdruck arbeiten, nehmen noch mehr Platz als "Unterdruckschleusen" ein, weil sich bei dieser Lösung die Umlenkrollen für die Materialstränge und -Bahnen innerhalb der Schleusenkammer befinden müssen. Wäre das nicht der Fall und hätten z.B. die Schleusenkammern hier Durchführungen für die Materialstränge und -Bahnen, träte durch diese in unerwünschter Weise ein Teil der Schadstoffe aus. Außerdem können bei den "Überdruckschleusen" die Materialstränge und Bahnen nicht oder nur mangelhaft visuell kontrolliert werden und das Bedienungspersonal kann die ordnenden, regelnden und Fehler verhütenden Eingriffe an den Strängen oder Bahnen nicht mehr direkt und/oder nicht schnell genug vornehmen, die bei den in den Reaktoren ablaufenden Verfahren notwendig sind. Bei einer anderen Vorgehensweise bedient man sich sogenannter Gasvorhänge. Hier wird an den Öffnungen, an denen die Materialstränge oder -Bahnen in den Reaktor hinein- oder hinaustransportiert werden, durch geeignete Öffnungen oder Düsen ein unschädliches Gas so in die Ofenöffnungen und auf die Materialstränge oder -Bahnen geblasen, dass ein Gasstrom entsteht, der im wesentlichen in das Ofeninnere gerichtet ist und die Schadgase und - Dämpfe wie ein dynamischer Vorhang am Austreten aus dem Reaktor hindert. Wie im folgenden gezeigt werden wird, arbeiten auch die bis jetzt bekannten Abdichtungen mit Gasvorhängen nicht befriedigend.
In US 5,928,986 wird ein Ofen zum oxidierenden Aktivieren der Faseroberflächen von Kohlenstofffasern oder -Garnen im carbonisierten Zustand bei Temperaturen von 800 bis 1000 °C mit einem geeigneten Gas beschrieben. An der Eingangs- und an der Ausgangsöffnung für den Materialstrang weist der Ofen Schleusenkammern auf, die mit Kühl- und Saugsystemen ausgerüstet sind. Über die Saugsysteme werden die aus dem Ofen in die Schleusenkammern ausgetretenen Gase abgesaugt und unschädlich gemacht. Nach einer anderen technischen Variante kann ein inertes Gas in die Schleusenkammern eingeblasen werden. Dieses soll dort einen Gasvorhang erzeugen und das unkontrollierte Eindringen von Luft in den Ofeninnenraum verhindern. Auch dieses Gas wird zum größten Teil aus den Schleusenkammern abgesaugt. Man hat es hier also in jedem Fall mit Schleusenkammern zu tun, deren Gasinhalt abgesaugt wird. Im ersten Fall wird das Gas, das aus dem Ofen austritt und im zweiten Fall wird ein Spülgas, das in die Schleusenkammern eingebracht wird, zusammen mit den aus dem Ofen stammenden Gasen abgesaugt. Wenn hier überhaupt ein Gasvorhang erzeugt wird, dann liegt er in einer Schleusenkammer und nicht am eigentlichen Eingang in den Wirkraum des Ofens vor.
Die DE 33 12 683 AI offenbart einen vertikalen Durchlaufofen für das Herstellen von carbonisierten Kohlenstofffasern aus sogenannten voroxidierten Fasern. Es wird im Temperaturbereich von 300 bis 1500 °C gearbeitet. Die für das Durchführen des Verfahrens benötigten voroxidierten Fasern werden in einem vorgeschalteten Verfahrensschritt durch Behandeln von organischen Fasern, die z.B. aus Polyacrylnitril bestehen können, bei Temperaturen bis 300 °C hergestellt. Sie sind unschmelzbar. Das Behandeln der
Fasern im Carbonisierungsofen geschieht unter Schutzgas. Dazu wird am unteren Materialausgang des Ofens in nicht näher erläuterter Weise Schutzgas eingeblasen, das im Ofen nach oben steigt. In der Nähe der Heizzonen, die in einem größeren Abstand von den Ein- und Ausgangsöffnungen für die Faserbahn liegen, sind Düsen vorhanden, durch die temperiertes Schutzgas so eingeblasen wird, dass innerhalb der Heizkammern oder Heizzonen ein Gasvorhang erzeugt wird. Knapp unterhalb dieser Düsen sind Absaugöffnungen angebracht, durch die ein großer Teil des eingeblasenen Schutzgases, das jetzt mit gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukten aus dem Carbonisierungsprozess beladen ist, abgeführt wird. Zweck dieses Gasvorhanges ist es hier, das Aufsteigen schädlicher, insbesondere teerhaltiger Zersetzungsprodukte innerhalb des vertikalen Ofens in die kühleren, oberen Ofenzonen zu verhindern. Ein Abdichten des Ofens nach außen soll damit nicht bewirkt werden.
Ein Gasvorhang, der an den Materialein- und -Ausgängen des Ofens und damit nicht direkt in dessen Reaktionsraum betrieben wird und der ohne Schleusenkammern auskommt, ist in US 6,027,337 beschrieben worden. Der Ofen dient zum Herstellen von Kohlenstofffasern aus Polyacrylnitrilfasern, vorzugsweise zum Herstellen von voroxidierten und damit unschmelzbar gemachten Fasern im Temperaturbereich von ca. 150 bis 300 °C. Die Fasern werden dabei einem Luftstrom ausgesetzt. Bei den dabei ablaufenden Reaktionen werden neben Wasserdampf und Kohlendioxid auch sehr giftige Gase wie Cyanwasserstoff oder Kohlenmonoxid freigesetzt, die keinesfalls und auch nicht in geringen Mengen ungefasst in den Raum außerhalb des Ofens gelangen dürfen. Bei der hier verwendeten technischen Lösung ist vorgesehen, dass sich an jeder Stelle, an der eine Materialbahn in den Ofen hinein- oder hinaustransportiert wird, eine Luftzuleitungs- und -Verteilvorrichtung, die mit Austrittsöffnungen für die Luft, speziell mit breiten Schlitzdüsen, ausgerüstet ist, befindet. Zum Erzeugen des Gasvorhangs, der den Ofen- innenraum gegen die äußere Atmosphäre abdichten soll, wird durch diese Düsen Gas in einem bestimmten Winkel in Richtung des Ofeninnenraumes geblasen. Dadurch entsteht an der der Ofeninnenseite zugekehrten Seite der Öffnungen für die Faserstränge oder Faserbahnen ein zum überwiegenden Teil in das Innere des Ofens gerichteter Luftstrom, der als Gasvorhang wirkt. Leider erfüllt auch diese technische Lösung die in sie gesetzten Erwartungen nicht vollständig, denn es hat sich im betrieblichen Alltag gezeigt, dass die Konzentrationen an schädlichen Gasen in der Umgebung der Ein- und Austrittsöffnungen für die Materialbahnen zu groß waren.
Es war deshalb die Aufgabe der dieser Patentanmeldung zugrunde liegenden Erfindung, einen Gasabschluss für die Eingangs- und die Ausgangsöffnungen für Materialstränge oder Materialbahnen an Reaktoren, in denen Materialstränge oder Materialbahnen in irgendeiner Weise behandelt werden, zu schaffen, der das unerwünschte Austreten von Gasen aus dem Reaktionsraum des Reaktors an den genannten Öffnungen sicher auf unbedenkliche Werte minimiert.
Die Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung mindestens einen
Deflektor oder Gasleitkörper aufweist, der durch folgende
Merkmale gekennzeichnet ist: - Er erstreckt sich in Richtung des Reaktorinnenraumes;
- er ist, in Richtung des Reaktorinnenraumes gesehen, nach den Gasauslassöffnungen der Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung angeordnet;
- er ist im Abstand zu den Oberflächen der Materialstränge oder Materialbahnen angeordnet,
- und seine, den Materialsträngen und Materialbahnen benachbarte (n) Oberfläche (n) liegt/liegen auf gleichem geometrischen Niveau wie die Gasauslassöffnungen der Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung oder auf einem Niveau, das von dem geometrischen Niveau der Gasauslassöffnungen abweicht. Die nachgeordneten Ansprüche stellen weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Sie werden hiermit in die Erfindungsbeschreibung eingeführt.
Unter dem Begriff Materialstränge oder Materialbahnen wird im Sinne dieser Erfindung jedes Material in Filament-,
Faser-, Garn-, Strick-, Gelegeform, in Form von Wirrlagen, von nach einem textilen Verfahren miteinander verbundenen oder verknüpften Filamenten, Fasern, Garnen wie z.B. Gewebe, des weiteren in Form von Folien oder Laminaten oder in Form von Platten, die durch Öffnungen in einen Reaktor transportiert werden können, um in diesem behandelt zu werden und die nach einer solchen Behandlung wieder aus dem Reaktor transportiert werden können, verstanden. Materialien dieser Art können beispielsweise aus Plastik, Glas, Keramik, Kohlenstoff, Natur- oder Kunstfasern, Gummi oder auch aus Verbundwerkstoffen der verschiedensten Art bestehen. Aus Vereinfachungsgründen wird für alle diese Materialien im Folgenden der Begriff Materialbahnen verwendet .
Unter einem Reaktor im Sinne dieser Erfindung wird ein von Wänden eingeschlossener Raum mit Ein- und Ausgängen für das Material, das behandelt werden soll und Ein- und Ausgängen für die Betriebsmittel, die für die vorgesehene Behandlung erforderlich sind, verstanden. Dieser Reaktor verfügt außerdem über alle für den jeweiligen Betrieb notwendigen Einrichtungen wie z.B. Mess-, Regel- und Transportvor- richtungen, Leit-, Förder- und Behandlungssysteme für Gase und Dämpfe, Heiz-, Kühl- und Energieverwertungsanlagen und/oder Einrichtungen für die Arbeitssicherheit und den Umweltschutz. Häufig werden solche Reaktoren bei erhöhten Temperaturen betrieben und sind damit auch als Öfen anzusehen. Im Sinne der Erfindung können die Materialbahnen horizontal (horizontaler Reaktor) oder vertikal (vertikaler Reaktor) durch den Reaktor transportiert werden. Wo dies zweckmäßig ist, kann die Transportebene für die Materialbahnen auch geneigt oder gebogen sein. Die
Reaktoren können auch mit Vorrichtungen zum Umwälzen des Gasinhalts des Reaktorinnenraumes versehen sein.
Unter einem Deflektor oder Gasleitkörper wird im Sinne dieser Erfindung ein in bestimmter Weise geformter Körper verstanden, der entweder an oder gleich neben einer Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung des Reaktors angebracht ist. Aus Gründen der Vereinfachung wird im Folgenden für die Begriffe Deflektor und Gasleitkörper nur mehr der Begriff Gasleitkörper verwendet.
Die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung verteilt das Gas, das zum Erzeugen des Gasvorhangs benötigt wird, gleichmäßig über die gesamte Breite der Ein- und Austrittsöffnungen für die Materialbahnen. Sie ist des weiteren über die gesamte Breite der Ein- und der Austrittsöffnungen für die Materialbahnen mit einer oder mehreren Öffnungen, die vorzugsweise Düsenform haben, ausgerüstet. Diese Düsen können jede geeignete Form haben. Sie sind, um eine vorgegebene gerichtete Gasströmung zu erzielen und aufrecht zu erhalten, in bestimmter Weise räumlich gerichtet. Ihre Gaskanäle und/oder Gasaus- trittsöffnungen können nicht eckig wie z.B. rund oder elliptisch oder z.B. orthogonal eckig wie beispielsweise quadratisch oder rechteckig oder auch mehr als viereckig sein. Die Gasaustrittsöffnungen können eben oder abgeschrägt sein oder ein spezielles Profil haben. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform haben die Düsen Schlitzform und erstrecken sich über die gesamte Breite der Eingangs- oder Ausgangsöffnungen. Der Gasaustrittskanal der Düsen kann gerade oder gekrümmt sein, je nach dem, ob der Gasströmung noch zusätzlich eine bestimmte Richtung oder ein bestimmter Drall gegeben werden soll oder nicht. Durch diese Gasaustrittsöffnungen wird das Gas, mit dem der Gasvorhang erzeugt werden soll, in einem bestimmten Winkel und mit einer bestimmten Geschwindigkeit in den Ofen eingeblasen. Genauere Angaben hierzu können z.B. der US-Patentschrift Nr. 6,027,337, die hiermit in die Beschreibung eingeführt wird, entnommen werden. Bei der vorliegenden Erfindung liegt dieser Winkel, den der ins Innere des Reaktors gerichtete Gasstrom je nach der Stellung der Gasaustrittsöffnungen oder Düsen entweder mit der Oberfläche der Materialbahn oder mit der Oberfläche des direkt benachbarten Gasleitkörpers bildet, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60° und besonders bevorzugt, im Bereich von 40 bis 50°. Vorteilhafterweise tritt der Gasstrom mit einer Anfangsgeschwindigkeit aus, die im Bereich von 50 bis 140 m/s liegt. Die Gasleitkörper erstrecken sich im Abstand zu den Materialbahnen über eine bestimmte Länge in den Ofeninnenraum. Sie sind so angebracht, dass sie zusammen mit den ihnen jeweils nächsten Materialbahnen oder, bei mindestens teilweise gasdurchlässigen Materialbahnen, mit den Gasleitkörpern, die sich an der jeweils anderen Seite der betreffenden Materialbahnen an derselben Eingangs- oder Ausgangsöffnung für die Materialbahnen im Abstand befinden, einen Kanal oder Gasleitraum bilden. Der Gasstrom, der den Gasvorhang erzeugen soll, ergießt sich jetzt, anders als nach dem Stand der Technik, nicht mehr ungeführt in den großen Reaktorinnenraum wo er sich in Wirbeln verlor, die einen Rücktransport eines Teiles der Schadgase an die Reaktoröffnungen mit sich brachten. Er wird jetzt in den zwischen den Gasleitkörpern befindlichen Gasleiträumen gefasst und in einem gerichteten Strom in den Ofen geleitet. In den ofeninnenseitigen Zonen direkt neben den Materialein- und -Ausgängen ist dabei der Gasdruck etwas höher als im Ofeninnenraum. Die Höhe der Gasleiträume wird, wenn dem nicht andere Gründe entgegenstehen, dabei gering gehalten. Das alles hat zur Folge, dass im Ofen befindliche Schadgase gegen die gerichtete Strömung in den
Gasleiträumen "andiffundieren" müssten, um nach außen zu gelangen. Dies ist technisch dann nicht möglich, wenn die Gasgeschwindigkeit in den Gasleiträumen über dessen Querschnitt gleichmäßig verteilt und größer als die Diffusionsgeschwindigkeit der nach außen drängenden Gasmoleküle ist. Diese .Bedingungen sind durch die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet.
Die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen erstrecken sich über die gesamte Breite der Ein- und Austrittsöffnungen für die Materialbahnen und sind parallel zu deren Flachseiten so angeordnet, dass die an ihnen befindlichen Gasaustrittsöffnungen mindestens eine Materialaustrittsoder -Eingangsöffnung auf mindestens einer Seite mit "Vorhanggas" versorgen können. Wenn der Reaktor mehr als eine Öffnung für den Materialein- oder -Austritt hat, ist vorzugsweise jede Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung mit zwei zueinander benachbarten, parallel verlaufenden Reihen von Gasaustrittöffnungen oder mit zwei benachbarten, parallel verlaufenden, sich über die gesamte Breite der Materialein- und -Austrittsöffnungen erstreckenden Schlitz- düsen ausgerüstet. Die eine Reihe von Gasaustrittsöffnungen oder die eine Schlitzdüse versorgt dabei an einer ersten Materialein- oder -Austrittsöffnung den zwischen dem Gasleitkörper und der Materialbahn befindlichen Gasleitraum mit Gas und die dazu benachbarte Reihe von Gasaustritts- Öffnungen oder die dieser entsprechende andere Schlitzdüse versorgt an der direkt neben dieser ersten Materialeinoder -Austrittsöffnung befindlichen zweiten Materialeinoder -Austrittsöffnung den dort zwischen dem Gasleitkörper und der Materialbahn befindlichen Gasleitraum mit Gas. So versorgt eine Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung je zwei nebeneinanderliegende Materialein- und -Austrittsöffnungen je zur Hälfte mit Gas. Dies trifft nur für diejenigen Materialein- und -Austrittsöffnungen nicht zu, die als erste oder letzte an ihrer Flachseite an das Reaktorgehäuse grenzen. Die Gasleitkörper haben die Breite der Materialein- oder -Ausgangsöffnungen und sind entweder an den Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen oder direkt benachbart zu diesen befestigt. Sie ragen über eine gewisse Strecke in den Reaktorinnenraum und halten dabei nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform den gleichen Abstand zur Materialbahn. Ihr Abstand zur Materialbahn kann aber auf den beiden Flachseiten der Materialbahn auch unterschiedlich sein. Im Normalfall beträgt der Mindestabstand der Oberflächen der Gasleitkörper von der jeweils benachbarten Oberfläche der Materialbahn 5 mm. In
Sonderfällen kann er auch darunter liegen. Vorzugsweise liegt dieser Abstand im Bereich zwischen 15 und 40 mm. Die Länge der Gasleitkörper, d.h. ihre Erstreckung von den Gasaustrittsöffnungen oder Düsen in Richtung des Reaktorinneren kann in Grenzen variieren. Diese Grenzen sind durch das Verhältnis dieser Länge der Gasleitkörper zu dem Abstand definiert, den die Oberflächen der Gasleitkörper zu den ihnen direkt benachbarten Oberflächen der Materialbahnen haben. Es beträgt höchstens 10 zu 1 und liegt bevorzugt innerhalb der Verhältnisbereiche von 4 zu 1 bis 6 zu 1. Die Gasleitkörper haben nach einer Ausführungsform der Erfindung eine ebene Oberfläche. Nach einer anderen Ausführungsform ist ihre Oberfläche gebogen. Wenn ihre Oberfläche in Querrichtung, d.h. in Richtung der Breite der Materialein- oder -Ausgangsöffnung oder der Breite der Materialbahn, gebogen ist, kann die Biegung auch konvex oder konkav sein. Eine solche Biegung wird dann verwendet, wenn die Transport- oder Umlenkwalzen für die Materialbahnen, z.B. aus Verfahrensgründen, eine Ballung haben oder ihr Durchmesser von außen nach innen zunehmend eingeschnürt ist. Des weiteren ist es möglich, dass die Oberfläche der Gasleitkörper, wiederum bezogen auf die Querrichtung, d.h. die Richtung der Breite der Materialein- oder -Ausgangsöffnung oder der Breite der Materialbahn, auf der einen Seite der Materialbahnen konvex und auf deren anderen Seite konkav ist. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Material- bahnen entlang ihrer Breite einen gewissen Durchhang haben und der Abstand zwischen den Oberflächen der Gasleitkörper und den Materialbahnen konstant gehalten werden soll. Die Oberflächen der Gasleitkörper können auch in Längsrichtung, d.h. ausgehend von den Materialein- oder -Ausgangsöffnungen in Richtung des Reaktorinnenraumes, gebogen sein. Auch hier können die beiden Oberflächen der Gasleitkörper, die ein und derselben Materialbahn zugekehrt sind, komplementär ausgebildet sein, d.h. sie folgen der Biegung oder dem Durchhang der Materialbahn, d.h. die obere Oberfläche ist konvex, die untere konkav geformt. Es kann auch so sein, dass die beiden Oberflächen der zwei Gasleitkörper, die ein und derselben Materialbahn benachbart sind, so gebogen sind, dass sich der von ihnen eingeschlossene Gasleitraum zum Reaktorinnenraum hin erweitert. Eine solche bikonvexe oder auch eine keilförmige Form der Gasleitkörper wird in der Regel verwendet, um in diesem Gasleitraum bestimmte Geschwindigkeitsprofile zu erzeugen. Natürlich sind auch Kombinationen der beschriebenen Oberflächenformen der Gasleitkörper möglich. Sie werden jedoch nur dann verwendet, wenn dies verfahrenstechnisch sinnvoll ist und es der dafür notwendige Aufwand rechtfertigt. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, die dem Reaktorinnenraum zugekehrten Kanten oder/und Ecken der Gasleitkörper frei von Rauheiten oder Graten zu halten oder sie ein wenig abzurunden oder abzuwinkein. Dies wird getan, um Abrieb an den oder Verletzungen der Materialbahnen zu verhindern, falls diese den Gasleitkörper berühren sollten. Ganz allgemein sind die Oberflächen der Gasleitkörper glatt, um Abrieb an den Materialbahnen oder deren Verletzung zu verhindern oder aber ein Ablagern oder das Aufbauen von Verschmutzungen zu minimieren und ein leichtes Reinigen zu ermöglichen. Vorteilhafterweise können die Oberflächen eine antiadhäsive Beschichtung aufweisen oder sind in geeigneter Weise gegen Korrosion geschützt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich auf jeder Seite jeder Materialbahn ein Gasleitkörper, so dass jede Materialbahn an jeder Materialein- und -Ausgangsöffnung in einem
Gaskanal läuft, der von den Oberflächen zweier Gasleitkörper begrenzt ist. Wo dies notwendig oder vorteilhaft ist, kann von dieser Lösung abgewichen und nur ein Gasleitkörper auf einer Seite der Materialbahn verwendet werden.
Gestalt und Ausführungsform der Gasleitkörper richten sich nach den konstruktiven und verfahrenstechnischen Gegebenheiten des Reaktors. Die Gasleitkörper können eine geschlossene Form haben, d.h. einen Hohlraum einschließen, der keine oder nur geringe Verbindung zum Innenraum des Reaktors hat oder sie können aus Leitblechen oder Leit- flächen bestehen, zwischen denen sich ein Raum befindet, der mit dem Reaktorinnenraum in freier Verbindung steht . Geschlossene Systeme werden bevorzugt, wenn sich im Reaktorinnenraum Stoffe bilden können, die sich in unerwünschter Weise in strömungsberuhigten Zonen des Innenraumes ablagern würden.
Ein Gasleitkörper kann in Bezug auf die Austrittsöffnungen für das Gas, das den Gasvorhang erzeugen soll, in unterschiedlicher Weise positioniert sein. Zum einen kann er sich auf der gleichen Ebene oder dem gleichen geometrischen Niveau wie diese Austrittsöffnungen befinden und sich im Abstand zu der benachbarten Materialbahn in Richtung des Reaktorinnenraumes erstrecken. In diesem Fall wird der Gasstrom zunächst auf die Materialbahn geleitet, dort mindestens zum Teil reflektiert und dann in dem Gasleit- kanal dem Reaktorinnenraum zugeführt. Zum zweiten kann er so angeordnet sein, dass sich die Austrittsöffnungen für das Gas, das den Gasvorhang bilden soll, über die Fläche des Gasleitkörpers erheben, dass also diese Öffnungen am Reaktoreingang bis zu einem gewissen Grade in den Raum zwischen dem Gasleitkörper und der Materialbahn hineinragen. Der aus den Öffnungen austretende Gasstrom kann bei dieser Anordnung entweder auf die Materialbahn geleitet, dann mindestens zum Teil reflektiert und dann im Gasleitraum dem Reaktorinneren zugeführt werden oder es können die Düsen, die in den Gasaustrittsöffnungen enden, so abgebogen sein, dass der Gasstrom zuerst auf die Oberfläche der Gasleitkörper trifft, von diesen reflektiert wird, dann mit geringerem Strömungsdruck auf die Materialbahn umgeleitet wird und danach im Gasleitraum dem Reaktorinnenraum zufließt. Nach einer dritten Möglichkeit erhebt sich die den Gasleitraum mit begrenzende Oberfläche der Gasleitkörper über die Gasaustrittsöffnungen. In diesem Fall sind die Gasaustrittsöffnungen etwas vor den Gasleitkorpern positioniert und der Gasstrom wird zuerst auf die Materialbahn geblasen, von dieser mindestens zum Teil reflektiert, trifft dann mit verringerter Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Gasleitkörpers und strömt dann durch den Gasleitraum in den Reaktorinnenraum. Diese Lösung kann besonders dann verwendet werden, wenn der Abstand zwischen der Materialbahn und dem Gasleitkörper besonders klein gehalten werden soll. Gestalt, Ausführungsform und Positionierung der Gasleitkörper richten sich nach den konstruktiven und verfahrenstechnischen Gegebenheiten des Reaktors. Sie werden vom Fachmann den Gegebenheiten entsprechend gewählt.
Die Gasleitkörper können aus jedem Material bestehen, das für die Verfahrensbedingungen geeignet ist, für die sie vorgesehen sind. Wegen des geringeren Aufwandes und der leichteren Verarbeitbarkeit bestehen sie häufig aus einem Metall oder einer Metalllegierung wie Eisen, Stahl, Edelstahl, Kupfer, Messing, Bronze, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dort, wo es die Umstände erfordern, können sie aber aus anderen als den genannten Metallen oder Metalllegierungen, aus einem keramischen Material wie z.B. Porzellan, Steinzeug, Siliciumcarbid, Kohlenstoff, Graphit oder Glas bestehen. Auch Verbundwerkstoffe wie beispielsweise mit Fasern verstärkte Kunststoffe oder mit Fasern verstärkter Kohlenstoff oder miteinander laminierte Lagen von Werkstoffen oder auch Natur- oder Kunststoffe aus der Gruppe der Thermoplaste und Duroplaste wie beispielsweise Fluorpolymere, Fluor-Chlorpolymere, Polyamide, Polyimide, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Phenol- oder Epoxidharze können eingesetzt werden, wenn dies die Bedingungen erfordern oder zulassen. Die Oberflächen der Gasleitkörper oder diese selbst können auch aus auf textile Weise miteinander verknüpften Fasern, Fäden, Garnen oder Drähten bestehen. Am häufigsten wird man hier die verschiedenen Gewebearten verwenden. Aber auch Filze und Wirrlagen können für Sonderfälle Einsatz finden. Solche textilen Verbünde können aus allen Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, wie z.B. Kunststofffasern, natürlichen oder synthetischen Fasermaterialien, Mineral-, Glas-, Siliciumdioxid-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid-, Kohlenstoff-, Graphitfasern oder z.B. aus Stahl-, Edelstahl-, Kupfer-, Messing oder Bronzedrähten bestehen.
Die Temperatur des Gases, das für das Erzeugen und Aufrechterhalten des Gasabschlusses über die Gaszuleitungsund -Verteileinrichtungen und die Gasöffnungen oder die Düsen in den Reaktor eingeblasen wird, richtet sich nach den Gegebenheiten des Verfahrensablaufs im Reaktor. Wenn der Verfahrensablauf keine besonderen diesbezüglichen Vorkehrungen erfordert, hat das Gas Umgebungstemperatur. Wenn das Einblasen eines zu kühlen Gases störte oder dazu ein Gas von erhöhter Temperatur notwendig oder vorteilhaft wäre, wird das Gas vorgeheizt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in dem Reaktor eine erhöhte Temperatur vorliegt. Ein kaltes Gas würde sich nämlich beim Eintreten in den heißen Reaktorraum erwärmen und dabei ausdehnen und dadurch in der Nähe des Gasabschlusses einen unerwünschten Gegendruck aufbauen. Ein vorher gekühltes Gas wird vorteilhafter Weise eingeblasen, wenn eine Kühlung an den Materialein- und -Ausgängen des Reaktors oder im Reaktor notwendig ist. Gegebenenfalls muss dann aber wegen der Gefahr der eben beschriebenen Bildung eines größeren Gegendrucks ein entsprechend höherer Gasdruck im Gasleitraum aufgebaut werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Gasabschluss mit einem Gas bewerkstelligt, das wenigstens zum Teil aus dem Innenraum des Reaktors entnommen worden ist. Hierbei kann, entsprechend isolierte Leitungen vorausgesetzt, der Energieinhalt dieses Gases zweckmäßig genutzt werden. Allerdings darf ein solches Gas keine Bestandteile enthalten, die nicht in die Atmosphäre außerhalb des Reaktors gelangen dürfen. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn im Reaktor lediglich eine Temperaturbehandlung eines Produkts unter Schutzgas durchgeführt wird oder wenn das Gas während oder nach dem Verlassen des Reaktors von den Schadstoffen gereinigt worden ist. Ein derartiges Reinigen geschieht häufig auf thermischem Wege durch Verbrennen in einer Nachverbrennungsvorrichtung. Die hierbei frei werdende Wärmeenergie kann nach einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Variante der Erfindung dazu benutzt werden, in bekannten Wärmeübertragungsvorrichtungen Gas zu erwärmen, das dann für den Betrieb des Gasabschlusses verwendet wird. Das gleiche kann auch ohne Nachverbrennungseinrichtung erreicht werden, wenn Gas mit genügend hohem Wärmeinhalt aus dem Reaktor durch einen Wärmetauscher geleitet wird und dort das Gas mindestens teilweise erwärmt, das für den Betrieb des Gasabschlusses gebraucht wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dienen die Gasleitkörper nicht nur dem Aufrechterhalten eines sicheren Gasabschlusses an den Materialein- und -Ausgangsöffnungen des Reaktors. Sie können auch als Heizkörper oder als Kühlkörper ausgebildet sein, um entweder das Gas, das für den Gasabschluss benötigt wird und das in den Reaktor eingeblasen wird, zu erwärmen oder um es abzukühlen. Wenn dieses Temperieren des Gases für das Geschehen im Inneren des Reaktors genutzt werden kann, ist es durchaus sinnvoll, auch mehr Gas auf diesem Wege in den Ofen einzubringen, als für das Aufrechterhalten des Gasabschlusses minimal erforderlich wäre. Ein Beispiel hierfür ist das Konstanthalten eines bestimmten Temperaturprofils auch in der Nähe der Reaktorenden. Für solche Anwendungszwecke kann es auch erforderlich sein, das Verhältnis der Länge der Gasleitkörper zu ihrem Abstand von der Oberfläche der benachbarten Materialbahn mehr als es für die im Vorstehenden genannten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angegeben ist, in Richtung auf größere Längen der Gasleitkörper zu verändern.
Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich beispielhafter, schematischer Zeichnungen und Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig.l, einen senkrechten Schnitt entlang der Längsachse eines Reaktors oder Ofens zum Behandeln von Materialbahnen, in dem die Materialbahnen den Reaktor horizontal durchlaufen;
Fig.2, eine Draufsicht auf die hintere Stirnseite eines Reaktors vom Typ des in Fig. 1 dargestellten Reaktors;
Fig.3, einen Schnitt durch einen Vertikalreaktor senkrecht zur Breitenerstreckung der Materialbahnen und zur Breitenerstreckung der Transport- und Umlenkwalzen;
Fig. , den Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Bereich nahe der Öffnungen eines Reaktors zum kontinuierlichen Behandeln von Materialbahnen senkrecht zur Quererstreckung der Materialbahnen und der Umlenk- und Transportwalzen nach dem Stand der Technik; Fig.5, einen hypothetischen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Bereich nahe der Öffnungen eines Reaktors zum kontinuierlichen Behandeln von Materialbahnen senkrecht zur Quererstreckung der Materialbahnen und der Umlenk- und Transportwalzen. Sie zeigt einige vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung;
Fig.6, eine Draufsicht auf eine Frontseite eines Reaktors, bei dem die Materialbahnen konvex gebogen sind;
Fig.7, eine Draufsicht auf eine Frontseite eines Reaktors, bei dem die Materialbahn konkav gebogen ist;
Fig.8, einen Ausschnitt aus einem senkrecht zur Quererstreckung der Transport- und Umlenkwalzen für die Materialbahnen und zur Quererstreckung der Materialbahnen geführten Schnitt mit durchhängenden Materialbahnen;
Fig.9, einen Ausschnitt aus einem senkrecht zur
Quererstreckung der Transport- und Umlenkwalzen für die Materialbahnen und zur Quererstreckung der Materialbahnen geführten Schnitt mit der Veranschaulichung des Auftreffwinkels des Gasstromes.
Der Reaktor (1) in Fig. 1 ist von einem Gehäuse (2) umgeben, das auf einem Fundament (3) steht. Durch die Gaszuleitung (4) und ein Heizregister (5) wird der Reaktorinnenraum (15) mit geheiztem Gas beaufschlagt. Verbrauchtes und gegebenenfalls mit Reaktionsprodukten beladenes Gas tritt über den Gasauslass (6) aus dem Reaktor (1) aus und kann einer nicht dargestellten stofflichen oder/und thermischen Wiederverwertung oder einer ebenfalls nicht wiedergegebenen Gasreinigung zugeführt werden. Eine Materialbahn (7) wird von einer nicht dargestellten
Abwickelvorrichtung kommend über die vor dem Reaktorraum liegende Walze (8') durch eine mit einem Gasvorhang (9) abgedichtete Öffnung (10) in den Reaktor (1) transportiert. Die Materialbahn (7) durchläuft den Reaktor (1) und tritt zum ersten Mal an der ebenfalls mit einem Gasvorhang 9* abgedichteten Öffnung (10*) aus dem Reaktor (1) aus. Sie (7) wird dann mittels der ebenfalls außerhalb des Reaktors (1) liegenden Walze (8) umgelenkt und tritt durch die wiederum mit einem Gasvorhang (9') abgedichtete Öffnung (10') wieder in den Reaktor ein. In dieser Weise durchläuft die Materialbahn (7) den Reaktor (1) insgesamt acht mal, wobei sie immer wieder durch Rollen (8; 8*) umgelenkt wird und danach durch Öffnungen (10') in den Reaktor (1) ein- und durch Öffnungen (10*) aus dem Reaktor (1) austritt. Alle Öffnungen (10; 10'; 10''; 10*; 10**) sind durch Gasvorhänge (9; 9'; 9''; 9*; 9**) abgedichtet. Nach dem Beenden der Reaktion tritt die Materialbahn (7) an der mit dem Gasvorhang (9**) gedichteten Öffnung (10**) aus dem Reaktor (1) zum letzten Mal aus und läuft über die Walze (8'') zu einer nicht dargestellten AufWickelvorrichtung. Ein solcher Reaktor kann beispielsweise ein Ofen zum Unschmelzbarmachen von Materialbahnen aus Polyacrylnitril in Luftatmosphäre sein, der im Temperaturbereich von ca. 180 bis 320 °C betrieben wird. Er kann z.B. auch bei höheren Temperaturen zum Carbonisieren von unschmelzbar gemachten Fasern, die beispielsweise in Form von Faser-, Gewebe- oder Filzbahnen vorliegen können, verwendet werden. Das muss dann allerdings in nicht oxidierender Atmosphäre geschehen. An den Öffnungen des Reaktors (1) für den Materialein- (10; 10'; 10'') und -Ausgang (10*; 10**) befinden sich die erfinderischen Gasleitkörper (11; 11') oder Deflektoren (11; 11'). Es ist jede dieser Öffnungen (10; 10'; 10''; 10*; 10**) mit einem Paar solcher Gasleitkörper (11) oder (11; 11') ausgerüstet, damit die Materialbahnen (7) stets von zwei Seiten mit Gas beströmt werden können und so ein sicherer Gasabschluss des Reaktorinneren gegen die äußere Umgebungsatmosphäre gewährleistet ist. In hier nicht dargestellten Sonderfällen, z.B. wo die Materialbahn auf einer Seite an einer Materialein- oder -Austrittsöffnung über eine längere Zone schleifend, gegebenenfalls auf einem Flüssigkeitsfilm aufliegt, kann auf eine beidseitige Beströmung verzichtet werden. Dann ist nur auf einer Seite der Materialbahn ein Gasleitkörper angeordnet. Das Gas, das zum Aufrechterhalten der Gasvorhänge (9; 9'; 9''; 9*; 9**) benötigt wird, wird über Gaszuleitungs- und Verteilvorrichtungen (12), die als Rohrleitungen ausgebildet sind, an die Materialein- (10; 10'; 10'') und -Austrittsöffnungen (10*; 10**) geleitet, dort gleichmäßig über deren Breite verteilt und es tritt dann an diesen (10, 10'; 10''; 10*; 10**) über räumlich gerichtete Düsen (13) aus und wird unter einem bestimmten Winkel (siehe auch Fig.9) gegen die Materialbahnen (7) geblasen. Von diesen (7) wird es mindestens zum Teil reflektiert und es strömt dann unter einem gegenüber dem Reaktorinnenraum (15) erhöhten Gasdruck in den Gasleiträumen (14) , die entweder von den Gasleitkörpern (11) und den Materialbahnen (7) oder bei sehr gasdurchlässigen Bahnen (7), von zwei gegenüberliegenden Gasleitflächen benachbarter Gasleitkörper (11) gebildet werden, in den Reaktorinnenraum (15) . Die Gasleitkörper (11') an den obersten und untersten Materialein- (10; 10'') und Austrittsöffnungen (10*; 10**) , d.h. die Gasleitkörper, die auf ihrer der Reaktorwand zugekehrten Seite keine Material- bahn haben, haben nur auf der den Materialbahnen (7) zugekehrten Seite Gasaustrittsöffnungen (13) oder -Düsen (13), da nur dort ein Gasvorhang (9; 9''; 9*; 9**) erzeugt werden muss.
Fig. 2 gibt eine Draufsicht auf die hintere Stirnseite eines Reaktors (1) des unter Fig. 1 beschriebenen Typs wieder. Auch er (1) verfügt über ein Reaktorgehäuse (2), ein Reaktorfundament (3), eine Gaszuleitung (4) für das Prozessgas, einen Erhitzer (5) für das Prozessgas und einen Gasauslass (6) für das Prozessgas. Ferner sind rechts und links des Ofenkörpers die Walzenwellen (16) und die Säulen (17; 17') zu erkennen, in denen sich die Lager, die Getriebe und der Antrieb für die Walzen (8; 8*) befinden. Die Materialbahnen (7) werden an den Ein- (10'; 10'') und den Austrittsöffnungen (10*) über die Walzen (8; 8*) in den Reaktor hinein- und hinausbefördert. Das Gas zum Erzeugen des hier nicht sichtbaren Gasvorhangs ( (9) in Fig. 1) wird über die Gaszuleitungs- und Verteilvorrichtungen (12) in die Gasaustrittsöffnungen (13) , die hier als Schlitzdüsen, die sich über die gesamte Breite der Materialein- und -Austrittsöffnungen (10'; 10''; 10*) erstrecken, ausgebildet sind, gedrückt. Dort tritt es räumlich gerichtet aus und bildet in den Gasleiträumen (14) den verbesserten Gasvorhang.
Der in Fig. 3 wiedergegebene Reaktor (l1) ähnelt in seinem Aufbau dem Reaktor (1) in Fig. 1. Der wichtigste Unterschied zu letzterem (1) besteht darin, dass dieser Reaktor (1') ein Vertikalreaktor ist, in dem die Materialbahnen entweder, was nicht dargestellt ist, in einem einmaligen Durchlauf durch den Reaktor (1') von unten nach oben transportiert und behandelt werden oder, was in Fig. 3 wiedergegeben ist, mehrmals von unten nach oben und von oben nach unten durch den Reaktor geführt und dabei behandelt werden, ehe sie den Reaktor (1') wieder verlassen. Dabei ist es dem Fachmann überlassen, ob er die Materialbahnen am Reaktor (1') unten einführt und wie in Fig. 3 gezeigt, unten wieder herausführt, ob er sie, was nicht dargestellt ist, oben in den Reaktor (1') ein- und auch auf dieser Seite wieder herausführt oder ob er sie, was ebenfalls nicht abgebildet ist, unten ein- und oben herausführt oder das umgekehrt bewerkstelligt. Der Reaktor (1') hat, abweichend vom Reaktor (1) der Fig. 1 zusätzlich eine thermische Isolierung (18) und er ist in einem Gestell oder Rahmen (19) montiert und aufgestellt. Die anderen Merkmale gleichen denen des Reaktors (1) in Fig. 1. Für die Beschreibung wird auf die Ausführungen zu Fig.l verwiesen, die hierbei sinngemäß anzupassen und auszulegen sind. In Fig. 4 sind ausschnittsweise das Reaktorfundament (3) , ein Teil des Reaktorgehäuses (2) in Form einer Frontseite, die Materialbahn (7) und die Transport- und Umlenkwalzen (8) für die Materialbahn (7) zu sehen. Die Materialbahn (7) wird durch die Öffnungen (10') in den Reaktor hinein- und durch die Öffnungen (10*) aus dem Reaktor herausbefördert. Zum Herstellen und Aufrechterhalten der Gasvorhänge (9'; 9*) dienen die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen (12) mit den Düsen (13), durch die das Gas für die Gasvorhänge (9'; 9*) austritt. Die erfindungsgemäßen Gasleitkörper oder Deflektoren fehlen hier. Man kann unschwer erkennen, dass das aus den Düsen (13) austretende Gas nicht in einem Gasleitraum geführt wird, in diesem keinen erhöhten Druck aufbauen und damit auch keine wirksame Gasbarriere bilden kann. Es verteilt sich dagegen, von Wirbeln begleitet, regellos sehr schnell im großen Reaktorinnenraum (15) , ohne dass der auf diese Weise erzeugte Gasvorhang eine wirklich effektive Dichtwirkung gegen einen Austritt von Teilen der Reaktoratmosphäre böte.
Die Darstellung in Fig.5 ist derjenigen von Fig.4 ähnlich. Der wesentliche Unterschied zu Fig.4 liegt darin, dass hier die erfinderischen Gasleitkörper (11; 11a; 11b; 11c) vorhanden sind, mit Hilfe derer (11; 11a; 11b; 11c) zusammen mit den Materialbahnen (7) definierte Gasleiträume (14; 14'; 14'') erzeugt werden, die ein unerwünschtes Austreten von Gasen aus dem Reaktorinneren weitestgehend verhindern. Man erkennt wieder einen Teil der Reaktorwand (2) in Form einer Stirnseite, das Reaktorfundament (3) , die Transport- und Umlenkwalzen (8), die Materialbahn (7) sowie die Teilstücke (7a; 7b; 7c; 7d; 7e) der Materialbahn (7), die Reaktoröffnungen (10'; 10*) und die Gaszuleitungs- und Verteilvorrichtungen (12), über die die Gasaustrittsöffnungen oder Düsen (13; 13a; 13b) mit "Vorhanggas" versorgt werden. Lediglich aus Gründen der Darstellung sind hier verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten für Gasleit- körper, für Gasleiträume und für Düsenpositionen in einer Figur wiedergegeben worden. Das heißt nicht, dass diese Anmeldeschrift lehrt, an einem Reaktor eine solche Vielfalt von Möglichkeiten tatsächlich realisieren zu müssen. Die Gasleitkörper (11; 11*) sind allseits geschlossen und ihre der Materialbahn (7) und dem Teilstück (7c) der
Materialbahn zugewandten Oberflächen sind eben und so angeordnet, dass sich Gasleiträume (14; 14') ergeben, in denen zwischen den Gasleitkörpern (11) und den Materialbahnen (7; 7c) über die gesamte Länge und Breite der Gasleitkörper konstante Abstände ergeben. Dabei ist der Gasleitraum (14') größer als der Gasleitraum (14). Die Gasleitkörper (11a) sind als Platten, die zwischen sich einen Raum einschließen, der dem Reaktorinneren zu offen ist, konstruiert. Auch hier sind die den Material- bahnstücken (7e und 7d) zugekehrten Oberflächen eben und so angeordnet, dass sich Gasleiträume (14) ergeben, in denen zwischen den Gasleitkörpern (11) und den Materialbahnstücken (7e und 7d ) über die gesamte Länge und Breite der Gasleitkörper konstante und gleiche Abstände ergeben. Eine andere Ausführungsform ist an dem Materialbahnstück (7a) dargestellt. Dieses (7a) wird beidseitig von zwei Gasleitkörpern (11b; 11c) flankiert, deren Oberflächen sich konvex in Richtung des Reaktorinnenraumes krümmen, so daß sich dem Reaktorinnenraum zunehmend öffnende Gasleiträume von gleicher Geometrie (14'') vorliegen. Der Gasleitkörper (11b) ist als gebogene Platte ausgebildet. Er schließt zusammen mit dem benachbarten Gasleitkörper (11a) einen Raum ein, der dem Reaktorinneren zu offen, der aber kein Gasleitraum ist. Der Gasleitkörper 11c hat dagegen auf seinen beiden Flachseiten die gleichen konvex gekrümmten Oberflächen und schließt einen abgeschlossenen Raum ein. Das Stück Materialbahn (7b) wird beidseitig von zwei verschieden geformten Gasleitkörpern (11c; 11) flankiert. Auf einer Seite des Materialbahnstücks (7b) erzeugt der Gasleitkörper (11c) einen sich zunehmend zum Reaktorinneren hin öffnenden Gasleitraum (14''), während der Gasleitkörper (11) auf der anderen Seite mit dem Materialbahnstück (7b) einen Gasraum (14) von konstanter Höhe über die Länge und die Breite des Gasleitkörpers (11) bildet. Ein anderes Beispiel für ungleiche Gasleiträume ist an dem Stück der Materialbahn (7c) dargestellt. Die das Materialbahnstück (7c) flankierenden Gasleitkörper (11; 11*) haben die gleiche Form aber jeder von ihnen hat einen unterschiedlichen, jedoch über ihre Breiten- und Längenerstreckung konstanten Abstand zum Materialbahnstück (7c) . Gasabschlüsse mit unterschiedlichen Gasleiträumen an einer Materialbahn (7) sind im allgemeinen auf Sonderfälle beschränkt. Alle Gasleitkörper (11; 11*; 11a; 11b; 11c) sind an ihrem reaktorinnenseitigen Ende vorzugsweise frei von scharfen Kanten und Graten. Diese Enden sind ein wenig von der Materialbahn (7) weggebogen. In Fig.5 sind auch verschiedene Formen und Anordnungen von Gasaustrittsdüsen (13; 13a; 13b) dargestellt. Entweder die Düsen (13) stehen ein wenig über die Oberfläche der Gasleitkörper (11) heraus, wie dies bei dem Stück der Materialbahn (7c) zu sehen ist oder sie (13a) ragen über die Oberfläche der Gasleitkörper (11a) heraus und sind zusätzlich so umgebogen, dass der sie verlassende Gasstrom zuerst auf die Oberfläche der Gasleitkörper (11a) trifft, dort reflektiert wird und dann erst mit einem geringeren Gasdruck und damit wesentlich schonender die Oberfläche der Materialbahn (7d) erreicht. Wenn beispielsweise, wie dies an Materialbahn (7b) gezeigt ist, ein sehr geringer Abstand zwischen den Gasleitkörpern (11c; 11) eingehalten werden soll, hinderten hervorstehende Düsen. In diesem Fall werden die Düsen (13b) in den Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen (12) versenkt angebracht. Vorzugsweise sind die Düsen (13; 13a; 13b) Schlitzdüsen, die sich über die gesamte Breite der Materialein- und -Austrittsöffnungen erstrecken. Es können aber auch andere Düsenformen angewandt werden.
In manchen Fällen sind die Materialbahnen durchgebogen, z.B. weil sie mit Walzen transportiert und umgelenkt werden, die entweder eine konvexe oder eine konkave Oberfläche haben. In Figur 6 ist ein Beispiel für Materialbahnen mit konvex gebogenen Oberflächen abgebildet. Der Reaktor ist durch die Seiten des Reaktorgehäuses (2) angedeutet. Ferner sind zwei Transport- und Umlenkwalzen (8) mit ihren Wellenstumpfen (16) zu sehen. Die Materialbahn (7) ist mindestens im Bereich der Reaktoröffnungen (10) wie die Walzen (8) gebogen und infolgedessen müssen auch die Anlagenteile, die den Gasvorhang erzeugen und aufrechterhalten müssen, dieser Krümmung angepasst sein. Es sind demzufolge die Gaszuleitungs- und -Verteilervorrichtungen (12) , die Düsen (13) und auch die hier nicht sichtbaren Flächen, die die Gasleiträume (14) hinter den Materialein- und -Austrittsöffnungen (10) begrenzen, so gekrümmt ausgebildet, dass die Erfordernisse für die
Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Gasabschlusses erfüllt sind. Figur 7 zeigt ein der Figur 6 entsprechendes Bild für den Fall, dass die Materialbahnen (7) konkav gebogen sind. Bezüglich der Beschreibung wird auf den Text zu Fig. 6 verwiesen. Bei dessen Interpretation muss lediglich sinngemäß von konvex auf konkav umgedacht werden.
Materialbahnen können häufig nicht so straff geführt werden, dass sie nicht zwischen ihren Auflagezonen, beispielsweise den Transport- und Umlenkwalzen (8) durchhängen. Das führt jedoch dazu, dass sich an den Gasabschlüssen ungleiche Abstände zwischen den Materialbahnen und den Gasleitkörpern einstellen, woraus ungleiche Gasleiträume auf beiden Seiten der Materialbahnen resul- tieren. Dadurch kann die Wirksamkeit der Gasabschlüsse reduziert werden. Um dem entgegenzuwirken, werden, was nicht dargestellt ist, die Oberflächen der Gasleitkörper (11) entsprechend der durchhangbedingten Krümmung der Materialbahnen (7) mit einer Biegung versehen oder/und sie (11) werden, wie dies aus Figur 8 zu entnehmen ist, entsprechend geneigt angebracht, so dass wieder auf beiden Seiten der Materialbahnen (7) die gewünschten, meistens konstanten Abstände hergestellt sind.
In Figur 9 ist ein Ausschnitt, der den Winkel (20; 20'), unter dem der Gasstrom, von den Gasaustrittsöffnungen (13) oder Düsen (13; 13a) kommend auf die Materialbahn (7) oder, bei umgebogenen Düsen (13a) , auf die Oberflächen der benachbarten Gasleitkörper (11a) trifft, veranschaulicht. Es sind außerdem die Materialbahn (7) und die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen (12) zu sehen. Der Gasstrom (21) trifft nach dem Austreten aus den geraden Düsen (13) unter einem Winkel (20) von 40° auf die Materialbahn (7) und nach dem Austreten aus den gebogenen Düsen (13a) in einem Winkel (20') von 45° auf die Oberflächen der Gasleitkörper (11a) auf.
Die Figuren 1 bis 9 geben nur einen Teil der nach der Grundidee der Erfindung möglichen Ausgestaltungen der Erfindung wieder. Es sollen jedoch auch alle anderen, dem Fachmann naheliegenden Abwandlungen der Erfindung, die hier nicht zeichnerisch dargestellt werden konnten, als Bestandteil dieser Anmeldung angesehen werden.
Im Folgenden wird die verbesserte Wirksamkeit des Gas- Verschlusses gemäß der Erfindung durch zwei Reihen von
Messungen an einem Reaktor zum kontinuierlichen Oxidieren, d.h. Unschmelzbarmachen von Faserbahnen aus Polyacrylnitril gezeigt:
Die Materialbahnen wurden horizontal durch den Reaktor geführt und bei beiden Messreihen einer steigenden
Temperatur von 180 bis 265°C ausgesetzt. Oxidationsmittel war Luft. Bei der im Reaktor ablaufenden Reaktion wurde unter anderem auch gasförmiger Cyanwasserstoff (HCN) , ein hoch toxisches Gas, freigesetzt. Die Wirksamkeit der Gasabschlüsse an den Materialeintritts- und -Ausgangsöffnungen wurde durch Messung der HCN-Konzentration in der Mitte der obersten Materialeintrittsöffnung im Abstand von 10 cm vom Eintrittsspalt gemessen. Dieser Messort wurde gewählt, weil sich dort eine besonders große Konzentration an HCN einstellen müsste, weil sich an der Ofenfrontseite eine nach oben gerichtete Konvektionsbewegung ausbildet, die die gegebenenfalls aus den Materialein- und -Aus- trittsöffnungen entweichenden Gase und auch die Schadgase, mitführt. Die Materialbahnen wurden mittels außerhalb des geheizten Reaktorinnenraumes liegender Transport- und Umlenkwalzen insgesamt 23 mal horizontal durch den Reaktor transportiert. Der Reaktor hatte demnach insgesamt, d.h. die Materialein- und -Austrittsöffnungen an der Front- und an der Rückseite des Reaktors zusammengenommen, 46 derartige Öffnungen, von denen jede durch einen Gasvorhang abgedichtet wurde. Als Mittel zum Erzeugen des Gasvorhangs an den Materialein- und -Austrittsöffnungen diente ebenfalls Luft, die Raumtemperatur hatte. Das "Vorhanggas" trat mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 105 m/s aus den Düsen, die als Schlitzdüsen ausgebildet waren, aus und strömte direkt gegen die Materialbahnen. Dabei schloss der aus den Düsen kommende, flächige Gasstrahl mit den Materialbahnen einen Winkel von 45° ein.
In einem ersten Betriebsversuch wurden die Materialein- und -Austrittsöffnungen des Reaktors mit Gasvorhängen nach dem Stand der Technik abgedichtet. Dabei wurde eine mittlere HCN-Konzentration von 15 pp gemessen (Mittelwert aus 15 Messungen) .
Da die bei dem ersten Versuch ermittelten HCN-Werte aus Gründen des Arbeits- und Umweltschutzes viel zu hoch lagen, wurden alle Gasabschlüsse des Reaktors gemäß der Erfindung umgerüstet. Es wurden geschlossene Gasleitkörper eingebaut, wie sie in Figur 5 unter der Bezugsziffer 11 dargestellt sind. Die Länge der Gasleitkörper betrug 120 mm, der Abstand ihrer Oberflächen zu den Materialbahnen 25 mm. Dann wurde ein zweiter Betriebsversuch durchgeführt. Dabei wurden alle Betriebsbedingungen wie beim ersten Versuch eingestellt. Der einzige Unterschied zum ersten Versuch lag im Vorhandensein der Gasleitkörper an den Gasvorhängen. Es wurde nunmehr am gleichen Messort unter gleichen Messbedingungen eine HCN-Konzentration von 2 ppm gemessen, wobei dieser Messwert aus insgesamt 16 Einzelmessungen gemittelt wurde.
Durch den Vergleich der Messergebnisse des ersten (15 ppm HCN) mit denen des zweiten Betriebsversuches (2 ppm HCN) erkennt man, dass durch die erfindungsgemäße Lösung eine _ sehr wesentliche Verbesserung der Wirkung von Gasabschlüssen der beschriebenen Art erreicht wird. Die Konzentration der Gase, die an diesen mit Gasvorhängen ausgerüsteten Abschlüssen aus dem Reaktorinnenraum in die Umgebungsatmosphäre austraten, konnte um eine ganze Zehnerpotenz gesenkt werden.
Bezugszeichenliste
Reaktor, Ofen, horizontaler Materialbahntransport
Reaktor, Ofen, vertikaler Materialbahntransport
Reaktorgehäuse
Reaktorfundament
Gaszuleitung für Prozessgas
Erhitzer für Prozessgas
Gasauslass für Prozessgas
Materialbahnen;
7a bis 7e Teile von Materialbahnen in Fig. 5 (zur
Positionsbestimmung in Fig.5)
Walzen oder Rollen für Materialbahnen (7)
Walze am ersten Eingang der Materialbahn (7)
Walze am letzten Ausgang der Materialbahn (7)
8* Walze am letzten Wiedereintritt der Materialbahn (7) in den Reaktor (1; 1')
9. Gasvorhänge an Öffnungen (10) + Gasvorhang am ersten Eingang der Materialbahn (7) in den Reaktor (1; 1')
9' . Gasvorhänge an Eingangsöffnungen (10') für Materialbahnen (7)
Gasvorhang an letzter Eintrittsöffnung (10'') für Materialbahn (7) in den Reaktor (1; 1' )
9*. Gasvorhänge an Materialaustrittsöffnungen (10*)
Gasvorhang an letzter Austrittsöffnung (10**) für Materialbahnen (7) aus dem Reaktor (1; 1') 10. Öffnungen für Ein- oder Austreten von Materialbahnen (7) + erste Eingangsöffnung für Materialbahn (7)
10' . Öffnungen für den Eintritt von Materialbahnen (7) 10' ' Letzte Öffnung für den Eintritt der Materialbahn (7) in den Reaktor (1; 1') 10*. Öffnungen für den Austritt der Materialbahnen +
Öffnung für den ersten Austritt der Materialbahn aus dem Reaktor (1; 1')
10**. Letzte Öffnung für den Austritt der Materialbahn (7) aus dem Reaktor (1; l r )
11. Gasleitkörper oder Deflektoren + in Fig.5, geschlossene Form, ebene Oberflächen
11* Gasleitkörper in Fig. 5; geschlossene Form, ebene Oberflächen aber mit kleinerem Abstand der Gasleitflächen voneinander als bei (11) 11'. Gasleitkörper an den Wandpositionen des Reaktors (1; 1 ' )
11a. Gasleitkörper, Fig.5, plattenförmig, eben 11b. Gasleitkörper, Fig.5, plattenförmig, konvex
11c. Gasleitkörper, Fig.5, geschlossene Form, konvex
12. Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtungen
13. Gasaustrittsöffnungen, Düsen + in Fig.5, über Gasleitkörper (11) herausstehende Düsen
13a. Gasaustrittsöffnungen, Fig.5, abgebogene Form
13b. Gasaustrittsöffnungen, Fig.5, innenliegende, nicht überstehende Ausführung
14. Gasleiträume
14'. Gasleitraum, Fig.5, große Höhe
14''. Gasleitraum, Fig.5, zunehmende Höhe 15. Reaktorinnenraum
16. Walzenwellen
17. Hohlsäulen, in denen sich die Lagergestelle, Getriebe und der Antrieb der Walzen (8) befinden
18. Thermische Isolierung
19. Gestell oder Tragrahmen für Reaktor (1' ) 20. Winkel, unter dem der Gasstrom auf die Materialbahn
(7) auftrifft
20'. Winkel, unter dem der Gasstrom auf die Flächen des Gasleitkörpers (11a) auftrifft.
21. Gasstrom, der aus den Düsen (13; 13a) ausgetreten ist.

Claims

Patentansprüche
1. Die Erfindung betrifft einen Gasabschluss für einen Reaktor (1) zum Behandeln von Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) , wobei der Reaktor (1) folgende Merkmale aufweist:
- Er hat eine äußere Hülle (2) , die sich parallel zur Transportrichtung der Materialstränge (7) oder -Bahnen
(7) erstreckt, sowie eine Front- und eine Rückwand oder eine obere und eine untere Abschlusswand, wobei entweder die Front- oder die Rückwand oder die Front- und die Rückwand oder entweder die obere oder die untere Abschlusswand oder beide Abschlusswände mindestens eine Öffnung (10; 10') zum Einführen mindestens eines Materialstranges (7) oder einer
Materialbahn (7) und/oder mindestens eine Öffnung (10; 10') zum Herausführen mindestens eines Materialstranges (7) oder einer Materialbahn (7) hat/haben; - er hat Vorrichtungen (8) zum Transportieren von
Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) durch den Reaktor (1) und Vorrichtungen zum Antransport von Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) an den Reaktor (1) und zum Abtransport von Materialsträngen (7) oder -Bahnen (7) von dem Reaktor (1) weg;
- er hat Vorrichtungen (5) zum Heizen des Reaktorinnenraumes (15) oder von Teilen davon oder/und zum Heizen von Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) oder von Teilen davon oder zum Kühlen des Reaktorinnenraumes (15) oder von Teilen davon oder/und von Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) oder Teilen davon oder er hat derartige Vorrichtungen nicht;
- er hat Vorrichtungen (4) zum Zuführen von temperierten oder von nicht temperierten Gasen in den Reaktorraum und/oder (6) zum Abführen von Gasen aus dem Reaktorraum (15) ;
- er hat an den Stellen, an denen durch Öffnungen (10) mindestens ein Materialstrang (7) oder eine Materialbahn (7) in den Reaktorraum (15) eintritt oder/und an denen mindestens ein Materialstrang (7) oder eine Materialbahn (7) den Reaktorraum (15) verlässt, eine Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung (12) mit Gasauslassöffnungen (13), mittels der ein Gas an diesen Öffnungen (13) für den Materialein- (10'; 10'') oder -Austritt (10*; 10**) so ausströmt, dass dort ein Gasvorhang (9) erzeugt wird, der das Eindringen unerwünschter Substanzen in den Reaktorraum (15) sowie das Austreten unerwünschter Substanzen aus dem Reaktorraum (15) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung (12) mindestens einen Deflektor (11) oder Gasleitkörper (11) aufweist, der durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: - Er erstreckt sich in Richtung des Reaktorinnenraumes (15);
- er ist, in Richtung des Reaktorinnenraumes (15) gesehen, hinter den Gasaustrittsöffnungen (13) der Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung (12) angeordnet;
- er ist im Abstand zu den Oberflächen der Materialstränge (7) oder Materialbahnen (7) angeordnet, - und seine, den Materialsträngen (7) oder Materialbahnen (7) benachbarte (n) Oberfläche (n) liegt/liegen auf gleichem geometrischen Niveau wie die Gasaustrittsöffnungen (13) der Gaszuleitungs- und - Verteilvorrichtung (12) oder auf einem Niveau, das von dem geometrischen Niveau der Gasaustrittsöffnungen abweicht.
2. Gasabschluss nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines horizontal betriebenen Reaktors (1) ist.
3. Gasabschluss nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines vertikal betriebenen Reaktors (1) ist.
4. Gasabschluss nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) Vorrichtungen zum Umwälzen des Gasinhalts des Reaktorinnenraumes (15) aufweist.
5. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) ein Ofen ist.
6. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) parallel zur Gaszuleitungs- und -Verteilvorrichtung (12) so angeordnet ist, dass er über seine gesamte Fläche den gleichen Abstand zum Materialstrang (7) oder zur Materialbahn (7) hält.
7. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) aus einem Material aus der Gruppe Metall, Metalllegierung,
Keramik, Glas, Verbundmaterial, Kunststoff bestehen.
8. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) aus einem textilen Verbund bestehen, der aus Fasern, Fäden, Garnen oder Drähten hergestellt worden ist.
9. Gasabschluss nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) aus einem Gewebe aus Fasern, Fäden oder Drähten aus der Gruppe Stahl, Edelstahl, Kupfer, Messing, Bronze, Silicium- dioxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Glas, Mineralfaser bestehen.
10 Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) entweder nur auf einer Flachseite oder auf beiden Flachseiten des jeweiligen Materialstranges (7) oder der jeweiligen Materialbahn (7) angeordnet sind.
11. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich an beiden Flachseiten des jeweiligen Materialstranges (7) oder der jeweiligen Materialbahn (7) Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) befinden.
12. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) eine ebene Oberfläche haben und dass die dem Ofeninnenraum (15) zugekehrten Enden und Kanten gerundet und frei von Graten sind.
13. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) eine gebogene Oberfläche haben, und dass die dem Ofeninnenraum (15) zugekehrten Enden und Kanten gerundet und frei von Graten sind.
14. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) eine glatte Oberfläche haben.
15. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) eine antiadhäsive Beschichtung aufweisen.
16. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) gegen Korrosion geschützt sind.
17. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) zusätzlich als Heizkörper ausgebildet sind.
18. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) zusätzlich als Kühlkörper ausgebildet sind.
19. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) von der Oberfläche des direkt benachbarten Materialstranges (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) mindestens 5 mm beträgt.
20. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) von der Oberfläche des direkt benachbarten
Materialstranges (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) im Bereich von 15 bis 40 mm liegt.
21. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) von der Oberfläche des Materialstrangs (7) oder der Materialbahn (7) auf der einen Seite des Materialstranges (7) oder der Materialbahn (7) von dem Abstand der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) von der Oberfläche des Materialstrangs (7) oder der Materialbahn (7) auf der anderen Seite des Materialstranges (7) oder der Materialbahn (7) unterscheidet.
22. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) zu ihrem Abstand von der Oberfläche des direkt benachbarten Materialstranges (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) wie höchstens 10 zu 1 verhält.
23. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) zu ihrem Abstand von der Oberfläche des direkt benachbarten Materialstranges (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) im Verhältnisbereich von 4 zu 1 bis 6 zu 1 liegt.
24. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Deflektoren (11) oder Gasleitkörper (11) so angebracht und gestaltet sind, dass der gewünschte Abstand zwischen der Materialbahn (7) oder dem Materialstrang (7) einerseits und den dieser/diesem direkt benachbarten Deflektoren (11) oder Gasleit- körpern (11) andererseits auch dann weitgehend eingehalten ist, wenn der Materialstrang (7) oder die Materialbahn (7) durchhängt.
25. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas aus der Gasverteilervorrichtung (12) aus gerichteten Düsen (13) austritt.
26. Gasabschluss nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (13) so angeordnet sind, dass der aus ihnen austretende Gasstrom im Winkel (20) zum Reaktorinneren (15) gerichtet ist und mit der Oberfläche des direkt benachbarten Materialstrangs (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) oder, bei abgebogenen Gasaustrittsöffnungen (13a) , mit der Oberfläche des direkt benachbarten Deflektors (11) oder Gasleitkörpers (11) einen Winkel (20) einschließt, der im Bereich von 30° bis 60° liegt.
27. Gasabschluss nach einem der Patentansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (13) so angeordnet sind, dass der aus ihnen austretende Gasstrom im Winkel (20) zum Reaktorinneren (15) gerichtet ist und mit der Oberfläche des direkt benachbarten Materialstrangs (7) oder der direkt benachbarten Materialbahn (7) oder, bei abgebogenen Gasaustrittsöffnungen (13a) , mit der Oberfläche des direkt benachbarten Deflektors (11) oder Gasleitkörpers (11) einen Winkel (20) einschließt, der im Bereich von 40° bis 50° liegt.
28. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom mit einer Anfangsgeschwindigkeit von
50 bis 140 m/s aus den Düsen (13) oder Gasaustrittsöffnungen (13) austritt.
29. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er mit temperiertem Gas betrieben wird.
30. Gasabschluss nach Patentanspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren des Gases durch Ausnutzen des Wärmeinhalts der Gase und Dämpfe, die den Reaktor (1) verlassen, geschieht.
31. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Gas von Normaltemperatur betrieben wird.
32. Gasabschluss nach einem oder mehreren der Patent- ansprüche 1 bis 29 und 31, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Gas betrieben wird, das wenigstens teilweise aus dem Ofeninnenraum (15) stammt.
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