DE1301800B - Drehstroemungswirbler zur Mischung und/oder Durchfuehrung chemischer Reaktionen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehströmungswirbler zur Mischung und/oder Durchführung chemischer Reaktionen zwischen feinteiligen Feststoffen und/oder Flüssigkeiten und/oder Gasen unter Beteiligung mindestens eines flüssigen oder gasförmigen Reaktionspartners, bestehend aus einer Wirbelkammer als Reaktionsraum mit einem koaxialen Gasauslaß sowie tangentialen, in zur Wirbelkammerachse schräg geneigter Richtung angeordneten Zuführungsleitungen im Wirbelkammermantel für mindestens einen der Reaktionspartner und einem dem Gasauslaß gegenüberliegenden Auslaß zur Abführung von Reaktionspartnern.
• Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Drehströmung, wie sie zur Abscheidung staubförmiger Partikel aus einem gasförmigen Medium früher bereits vorgeschlagen worden ist. Bei der Drehströmung handelt es sich um die Kombination einer äußeren Potentialströmung und einer inneren Rotationsströmung mit jeweils wendelförmig verlaufenden Stromfäden.
• Dabei wird in einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer im wandnahen Bereich die Potentialströmung derart angeregt und aufrechterhalten, daß sie zusätzlich zur Umlaufbewegung auch noch eine Axialbewegung ausführt. Über der Grundfläche der Wirbelkammer, dem sogenannten festen Grund, strömen die Medien nach Ausbildung einer Wirbelsenke auf spiralförmigen Bahnen zur Achse der Wirbelkammer. Von dieser Wirbelsenke aus bildet sich im Innern der Potentialströmung eine koaxial und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung aus, jedoch mit entgegengesetzter axialer Fortschreitungsrichtung. An der anderen Stirnseite der rotationssymmetrischen Wirbelkammer geht nach Ausbildung einer Wirbelquelle ein Teil der Rotationsströmung wieder in die Potentialströmung über.
• Bei der früher vorgeschlagenen Abscheidung für staubförmige Partikel wird das staubbeladene Medium in der Richtung der Rotationsströmung zugeführt. Die auszuscheidenden Partikel werden dabei durch die zwischen Potential- und Rotationsströmung auftretenden Kräfte radial aus der Rotationsströmung heraus in eine sogenannte Mischzone zwischen Potential- und Rotationsströmung geschleudert und von dort abgeführt. Diese Wirkungen treten auch auf, wenn die staubförmigen Partikel z. B. durch die Anregungseinströmungen für die Potentialströmung zugeführt werden.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, die sich im Übergangsbereich zwischen Rotations- und Potentialströmung sammelnden Partikel nicht sogleich abzuführen, sondern als im wesentlichen ringförmige Anreicherungen dort rotieren zu lassen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß diese rotierenden Anreicherungen als Reaktionszentren für chemische Prozesse, wie z. B. Verbrennungen, ausgenutzt werden. Es ist in diesem Zusammenhang ein Drehströmungswirbler bekanntgeworden, bei dem jedoch lediglich eine einzige tangentiale und dem aufsteigenden Rohgasstrom schräg entgegengerichtete Düse im Wirbelkammermantel angeordnet ist. Bei ungünstigen Betriebsverhältnissen können sich dabei unterhalb dieser Düse auch Partikelringe ausbilden.
• Eine genaue Steuerung der Kapazität und der Verweilzeit dieses zufällig entstehenden Ringes ist jedoch nicht möglich.
• Ferner ist ein Reaktionsbehälter zur Durchführung endothermer chemischer Reaktionen bekanntgewor- den, bei dem jeweils am oberen und am unteren Ende des Reaktionsraumes eine tangentiale Düse zur Zuführung von entsprechenden Reaktionsmedien angeordnet ist. Auch hierbei ist schon allein wegen des großen Abstandes der beiden schräg gegeneinandergerichteten Düsen die definierte Erzeugung eines Partikelringes nicht möglich.
• Die Erfindung geht jedoch von einer derartigen Wirbelkammer als Reaktionsraum aus. Dabei weist die Wirbelkammer einen koaxialen Gasauslaß sowie tangentiale, in zur Wirbelkammerachse schräg geneigter Richtung. angeordnete Zuführungsleitungen im Wirbelkammermantel für mindestens einen der Reaktionspartner und einen dem Gasauslaß gegenüberliegenden Auslaß zur Abführung von Reaktionspartnern auf.
• Die Erfindung besteht darin, daß in zwei benachbarten Querschnittsebenen jeweils zwei Zuführungsleitungen im gleichen Winkel zueinander schräg entgegengerichtet sind. Ferner kann die Wirbelkammer auf der dem Gasauslaß gegenüberliegenden Seite ein koaxiales Einströmrohr für weitere Reaktionspartner aufweisen.
• Die in einer derartigen Wirbelkammer bewirkten Mischungen und Anreicherungen sind vielfach zur Erzielung besonderer chemischer Reaktionen erwünscht und haben Bedeutung in allen Fällen, in denen die Reaktionszeit verringert werden soll.
• Außerdem wird bei dem neuen Verfahren eine unmittelbare Berührung der Reaktionsstoffe mit den Wandungen des Reaktionsraumes vermieden. Auf diese Weise kann man also chemische Reaktionen in Behältern zustande kommen lassen, die selbst möglicherweise mit einem Teil der zugeführten oder entstehenden chemischen Substanzen reagieren würden, oder bei denen die Temperaturempfindlichkeit eine Berührung nicht zulassen würde.
• An Hand der Zeichnung soll das Prinzip der Erfindung näher erläutert werden.
• Fi-g. 1 dient der Erklärung der bekannten Drehströmung, während in Fig. 2, 3 und 4 die Ausbildung eines Staubringes sowie dessen Lageänderung und Abführung dargestellt ist.
• F i g. 1 zeigt zunächst eine auf etwa wendelförmigen Bahnen umlaufende Potentialströmung 1, die in bekannter Weise mit Hilfe einer Einströmung 2 angeregt und mit Hilfe eines festen Grundes3 nach Ausbildung einer Wirbelsenke in eine zur Potentialströmung koaxial und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung4 übergeführt wird. Die Rotationsströmung 4 läuft über eine Wirbelquelle in die Potentialströmung 1 zurück. Dabei wird unter einer Potentialströmung eine Strömung verstanden, in der die Teilchen keiner inneren Reibung ausgesetzt sind und sich infolgedessen nicht um ihre eigene Achse drehen. In der Rotationsströmung drehen sich die Teilchen um ihre eigene Achse. Die Potentialströmung stellt eine Zone hohen, die Rotationsströmung eine Zone niedrigen Druckes dar. Eine derartig zusammengesetzte Strömung wird als »Drehströmung« bezeichnet.
• Um stabile Anreicherungsringe der Reaktionsmedien zu bilden, können jeweils zwei tangentiale Einströmungen schräg gegeneinander gerichtet werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Durch die Gegeneinanderstellung der Zuführungen 6-7 sowie 8-9 bilden sich im Drehströmungswirbler 5 zwischen den Zuführungen zwei spiegelbildliche Drehströmungen aus mit einer Stauebene, die als fester Grund wirkt und eine Umlenkung der Potential- in die Rotationsströmung bewirkt. In diesem Gebiet ist die axiale Strömungskomponente gleich Null, so daß sich hier bevorzugt rotierende Anreicherungen 10 in Form von Partikelringen ausbilden können. Die feinkörnigen oder staubförmigen Stoffe, die zur Reaktion gebracht werden sollen, können beispielsweise axial, wie durch den Pfeil 13 angedeutet ist, von unten her in den Reaktionsraum eingeführt werden. Werden alle Zuführungen 6 bis 9 gleichmäßig beaufschlagt, so bildet sich ein horizontaler Staubring 10. Durch ungleichmäßige Beaufschlagung kann die Gestalt des Partikelringes und seine Lage etwa nach F i g. 3 geändert werden. In diesem Fall ist z. B. die Zuführung 9 geschlossen, so daß sich ein schrägliegender Ring 11 ausbildet.
• Sollen Partikeln aus dem rotierenden Staubring entfernt werden, so können, wie das in Fig. 4 gezeigt ist, die unteren Zuführungen 8-9 geschlossen werden, so daß jetzt die Staubringe aufreißen und Teilchen auf wendelförmigen Bahnen mit der Potentialströmung abgeführt werden.
• Die Zuführungsleitungen im Mantel der Wirbelkammer können beispielsweise in Form von Schlitzen, Kanälen, Düsen, feststehenden Flachdüsen, Leitschaufeln ausgebildet sein, durch die bei gasförmigen Medien beispielsweise Gase oder Dämpfe eingeblasen werden. Je nach den im einzelnen Fall vorliegenden Bedingungen, entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck, können die gleichen oder gleichartige Stoffe, die im Reaktionsraum zu behandeln sind, zugeführt werden, oder es können auch andere Hilfs- medien und weitere Substanzen eingeblasen oder auf andere Weise zum Einströmen gebracht werden.
• Um bei Verbrennungsvorgängen eine Brennkammer oder eine Zyklonfeuerung besser als bisher betreiben zu können, läßt man die Teilchen während der Verbrennung, wie in F i g. 2 gezeigt, kreisen. Man erzielt dadurch einen höheren Ausbrand und erzeugt bei entsprechender Ausbildung der Strömung eine sehr hohe Asche- bzw. Schlackeeinbindung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Drehströmungswirbler zur Mischung und/ oder Durchführung chemischer Reaktionen zwischen feinteiligen Feststoffen und/oder Flüssigkeiten und/oder Gasen unter Beteiligung mindestens eines flüssigen oder gasförmigen Reaktionspartners, bestehend aus einer Wirbelkammer als Reaktionsraum mit einem koaxialen Gasauslaß sowie tangentialen, in zur Wirbelkammerachse schräg geneigter Richtung angeordneten Zuführungsleitungen im Wirbelkammermantel für mindestens einen der Reaktionspartner und einem dem Gasauslaß gegenüberliegenden Auslaß zur Abführung von Reaktionspartner, d a d u r c h gekennzeichnet, daß in zwei benachbarten Querschnittsebenen jeweils zwei Zuführungsleitungen in gleichem Winkel zueinander schräg entgegengerichtet sind.
2. 2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer auf der dem Gasauslaß gegenüberliegenden Seite ein koaxiales Einströmrohr für weitere Reaktionspartner aufweist.