DE2338009A1

DE2338009A1 - Vorrichtung zur versetzung pulveriger massen in schwebezustand

Info

Publication number: DE2338009A1
Application number: DE19732338009
Authority: DE
Inventors: Ratibor Dipl Ing Majzlik; Jan Dipl Ing Novosad; Vlastimil Dipl Ing Smid
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1975-02-06

Description

233-21.161P

26. JuIi 1973

Ceskoslovenska. akademie ved Praha (CSSR)

Vorrichtung zur Versetzung pulveriger Massen in Schwebezustand

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versetzung pulveriger Massen in einen Schwebezustand, insbesondere eine Vorrichtung für die Zufuhr von Gasen in aus kohäsivem pulverigem Schüttgut gebildete Wirbelschichten.

In der ganzen Welt gewinnen bei modernen technologischen Prozessen sog. Wirbelschichtverfahren an großer Bedeutung, die die sog. Schwebemethode ausnützen, die auf der Aufwirbelung von Peststoffteilchen durch einen Gasstrom basiert, wobei die große Kontaktfläche zwischen der gasförmigen und der festen Phase ausgenutzt wird.

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Die Wahl eines Apparatetyps für die Gaszufuhr in Wirbelschichten hängt u.a. auch von der Natur des Schüttguts, das aufgewirbelt werden soll, ab. Wenn in den Wirbelzustand ein Schüttgut versetzt werden soll, das eine nennenswerte Zusammenhange- oder Kohäsionskraft aufweist, sind die üblichen Wirbelschichtenlagen ungeeignet, da sich oberhalb der geläufigen Rosttypen oder oberhalb der porösen Böden, durch welche von unten her die Gase eingeführt werden, in der Schicht der zu verarbeitenden Materialien kleine Kanäle oder Hohlräume ausbilden, durch die das Gas hochströmt, ohne mit dem zur Verarbeitung vorgelegten Peststoff in Kontakt zu kommen. Es wurden deshalb Methoden gesucht, die diesen Mangel beseitigen könnten. So beschreiben z. B. N.I. Gelperin und Mitarbeiter in der Veröffentlichung "Osnovy teOhniki psevdoz'iz'enija", Chimija, Moskva I967, einen beweglichen, in der Regel rotierenden Rost. Derartige Roste werden z.B. in der Form eines mit Schlitzen oder öffnungen versehenen Tellers konstruiert, der drehbar am Gefäßboden befestigt ist; es ist auch eine konusförmige, mit öffnungen versehene, frei um eine vertikale Achse rotierende Rostform bekannt.

Auch wenn diese Konstruktionen zahlreiche Verbesserungen mit sich brachten, konnten sie allerdings nicht alle bisher bekannten Schwierigkeiten beseitigen,die vor allem bei der Verarbeitung feinkörniger oder pulverförmiger Materialien auftreten, die eine größere Zusammenharigskraft aufweisen. Die Mangel liegen hierbei in der Unfähigkeit dieser Konstruktionen, die festen, kanalf'örmigen Gebilde im Schüttgut zu zerstören. Oft kommt es auch zur Verstopfung der Öffnungen dieser Rost-

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konstruktionen durch das anhaftende Material und damit zu Störungen oder einer totalen Stillegung des technologischen Prozesses.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für die Gaszufuhr in Wirbelschichten zu schaffen, die keine der aufgezählten Unzulänglichkeiten aufweist, vor allem in der Schicht des zu verarbeitenden Materials keine stabilen Aushöhlungen, Kanäle und Freiräume entstehen läßt, durch welche das Gas ohne Kontakt mit dem zu verarbeitenden Material hochströmen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Versetzung pulveriger Massen in einen Schwebezustand, bestehend aus einem vertikalen Gefäß mit zumindest einem Gaseinlaß, vorzugsweise mit einem Rührer; mit einer Einrichtung zur Wärmeab- und -zufuhr und mit einem Füll- und und einem Entleerrohr für Schüttgut erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede selbständig in Lagern am Gefäßboden befestigte und mit einem Drehantrieb verbundene Einheit zur Gaszufuhr mit zumindest einem Kanal für die Gaszufuhr, der selbständig an eine Gasquelle angeschlossen ist, sowie mit zumindest einem Aufsatz und einer Düse versehen ist, deren Längsachse mit der durch die Mündung der Düse hindurchgehenden

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Radialrichtung einen Winkel'(in Drehrichtung) von

O bis + l8O °, vorzugsweise von O bis + 90 °, einschließt, und daß die Entfernungen der Mündungan der einzelnen Düsen jeder Einheit zur Gaszufuhr von deren Drehachse untereinander verschieden sind.

Dabei i:.t pg zweckmäßig, daß die Längsachse der Düse au·;!! in Hi 'hturiß zum Boden des Gefäßes mit der durch

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die Mündung der Düse hindurchgehenden Radialrichtung einen Winkel''von O bis + ι
O bis + 45 °, einschließt.

einen Winkel^von O bis +60, vorzugsweise von

Je nach Bedarf können hierbei im Gefäß zumindest zwei Einheiten zur Gaszufuhr untergebracht sein, zumindest eine dieser Einheiten kann mit zumindest zwei selbständig an eine Gasquelle angeschlossenen Kanälen zur Gaszufuhr versehen sein, wobei jeder derartige Kanal mit maximal drei Aufsätzen mit. Düsen ausgestattet sein kann. An der Einheit zur Gaszufuhr kann auch ein Rührer befestigt sein.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Benutzung der beschriebenen Vorrichtung auch Schüttgüter und pulverige Massen mit einer großen Zusammenhangs- oder Kohäsionskraft in den Wirbelzustand versetzt werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, daß in die Schicht des zu verarbeitenden Materials, das sowohl in den Schwebezustand versetzt als auch durchmischt werden soll, eine relativ kleine Anzahl von Gasströmen mit hoher kinetischer Energie eingeführt wird, wobei die Entstehung von Brücken im kohäsiven Schüttgut verhindert wird.

Die Wände der sich eventuell ausbildenden Brücken werden durch den Gasstrom zerstört, sojdaß sie einstürzen und das herabfallende Material neuerlich durch den Gasstrom durchmischt wird.

Die Neigung der Längsachse der Düse in Richtung der Drehung wie auch in Richtung zum Gefäßboden verursacht, daß durch die Drehbewegung der Düse auf das Gas eine zusätzliche kinetische Energie übertragen wird, was zur

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Folge hat, daß der Gasstrom in größere von der Achse der Einheit zur Gaszufuhr gemessene Radialabstände eindringt und auf diese Weise eine größere Fläche des Materials durchgast und durchmischt. Durch die sich wiederholenden Bewegungen der aus den an unterschiedlichen Durchmessern rotierenden Düsen austretenden Gasströme kommt es auch zu einer gewissen Pulsation der Gasschichten, die auch auf das Material übertragen wird,wodurch die Ausbildung von Schichten mit Hohlräumen praktisch völlig unterbunden wird. Wird das Gas in die Schicht des zu verarbeitenden Materials durch mehrere für die Gaszufuhr bestimmte und mit mehreren Kanälen ausgestattete Einheiten eingeführt und sind an jeden Kanal maximal drei - mit Vorteil aber nur eine einzige Dünen angeschlossen, dann kann das Gas praktisch gleichmäßig über die gesamte Fläche des zu verarbeitenden Materials verteilt werden. Dies ermöglicht eine genaue Überwachung des gesamten Wirbelschichtprozesses, da sich die Verstopfung jeder Düse durch Herabsetzung des Durchflusses oder durch Erhöhung des Drucks in der Zufuhrleitung bemerkbar macht. Die verstopfte Düse kann dann leicht ohne Einstellung des Betriebs gereinigt werden, durch Anschluß an eine Gasquelle mit höherem Druck, wodurch die Verstopfung beseitigt wird.

Die Anbringung von Rührerblättern an dem Kopf der Einheit zur Gaszufuhr ermöglicht eine gründliche Durchmischung des zu verarbeitenden Materials, so daß das Gas auch in außerordentlich kohäsiven Schüttgütern und pulverigen Massen verteilt werden kann.

Die Erfindung kann in einer Vielzahl von Fällen benutzt werden, wo die klassischen AufWirbelungsmethoden nicht

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mehr anwendbar sind. Es können z. B. folgende Beispiele angeführt werden:

a) Pluidisierung oder WirbelschichtbiLiung von Material h-ri,

die einen größeren Anteil von Teilchen unterhalb 100 ,um

/ und eine große Kohäsionskraft aufweisen. Derartige Prozesse sind besonders effektiv, da diese feinkörnigen Materialien eine außerordentlich hohe spezifische Oberfläche besitzen.

b) Fälle, in denen sichergestellt werden muß, daß sich keine der für die Gaszufuhr bestimmten öffnungen verstopft.

c) Fälle, bei welchen das Schüttgut mit einer begrenzten Gasmenge in einen Wirbelzustand versetzt werden soll, wenn die lineare Gasgeschwindigkeit die Geschwindigkeit am Wirbelpunkt nur mäßig überschreitet und sogar ein wenig unter diesem Wert liegt. Die Mischwirkung des rotierenden Gasstroms und ggf. auch der eingebauten Rührer erleichtert die Aufrechterhraltung der Materialbewegung.

Das Verfahren wie auch die Vorrichtung gemäß der Erfindung können auch in aIlen den Fällen verwendet werden, wenn das Schüttgut durch die üblichen unbeweglichen Roste nicht aufgewirbelt werden kann. Bei größeren Rostdimensionen kommt die Vorrichtung gemäß der Erfindung billiger als die klassische Lösung.

Ein typisches Anwendiingsbeispiel der Erfindung ist die direkte Synthese von Methyl- oder Phenylchlorsilanen aus Silicium und Methylchlorid oder aus Silicium und Chlorbenzol. Es ist nämlich vorteilhaft, die direkte Synthese mit kleinen Siliciumteilchen, am besten unterhalb von 60 /Um, durchzuführen, da in diesem Falle hohe Umsätze erzielt werden können und die

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Umwälzung nur einer geringen Menge nichtverbrauchten Methylchlorids bzw. Chlorbenzols erforderlich ist.

Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung zur Versetzung von pulverigen Massen in den Schwebezustand gemäß der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine selbständig in einem Lager befestigte und drehbar mit einem Drehantrieb (nicht gezeigt) verbundene Einheit zur Gaszufuhr;

Fig. 2 den Grundriß eines asymmetrischen Systems von Düsen gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 und 4 die Zusammenstellung einer mit einem Rührer versehenen Einheit zur Gaszufuhr.

In Fig. 1 ist eine am Boden eines Gefäßes 1 befestigte Einheit 2 zur Gaszufuhr gezeigt, deren Längsachse senkrecht zur Ebene des Bodens des Gefäßes 1 steht. In der in einem oberen Lager 3 und einem unteren Lager 3¹ gelagerten Einheit 2 sind koaxial zwei gleichlaufende Kanäle 4, 4' ausgeführt, die in ungleichen Entfernungen unterhalb des Bodens des Gefäßes 1 im rechten Winkel abbiegen und aus der Einheit 2 seitlich durch ein System von Stopfbuchsen 8, 8', 8" austreten. In dem Kopf der Einheit 2, der über die Ebene des Bodens des Gefäßes 1 hinausreicht, münden die oberen Enden der Kanäle 4, 4¹, aus welchen im rechten Winkel seitwärts aus dem Kopf der Einheit 2 Öffnungen führen, an denen Aufsätze 5, 5¹ angeschlossen sind, die durch Düsen 6, 6¹ enden. Die Aufsätze 5, 5' sind von verschiedener Länge, wobei deren Enden in der'Achsenebene um 50 in Richtung zum Gefäßboden abweichen. Die Einheit 2 zur Gaszufuhr wird im Boden des Gefäßes 1 durch eine Stopfbuchse 9 abgedichtet.

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Pig. 2 zeigt das asymmetrische System zweier Düsen, die auf den Aufsätzen 5, 5* befestigt sind, die an der Einheit 2 angebracht sind, wobei sich die Längen der Aufsätze 5* 5' voneinander unterscheiden und in verschiedenen Teilen der Einheit abgebogen sind, so daß die sich an ihren Enden befindenden Düsen 6, 6' in der Grundrißebene von der Radialrichtung um 45 ° in Drehrichtung abweichen.

Fig. 5 veranschaulicht neuerlich eine in dem Boden des Gefäßes 1 durch die Lager 3> 3' fixierte Einheit 2 zur Gaszufuhr. Die Einheit 2 ist mit nur einem Kanal 4 zur Gaszufuhr, mit einem einzigen Aufsatz 5 ^und einer einzigen Düse 6 ausgestattet. Am drehbaren Kopf der Einheit 2 zur Gaszufuhr sind Blätter J, 7' eines RUhrers befestigt, die fast bis zum Gefäßboden reichen.

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Claims

Patentansprüche

(l\ Vorrichtung zur Versetzung pulveriger Massen in einen Schwebezustand bestehend aus einem vertikalen Gefäß mit zumindest einem Gaseinlaß, vorzugsweise mit einem Rührer; mit einer Einrichtung zur Wärmeab- und -zufuhr und mit einem Füll- und einem Entleerrohr für Schüttgut, dadurch gekennzeich net, daß jede selbständig in Lagern (5, J5¹) am Gefäßboden befestigte und mit einem Drehantrieb verbundene Einheit (2) zur Gaszufuhr mit zumindest einem Kanal (4, 4') für die Gaszufuhr, der selbständig an eine Gasquelle angeschlossen ist, sowie mit zumindest einem Aufsatz (5* 5') und einer Düse (6, 6¹) versehen ist, deren Längsachse mit der durch die Mündung der Düse (6, 6') hindurchgehenden Radialrichtung einen Winkel (ß) (in Drehrichtung) von O bis + l8O °, vorzugsweise von O bis +90 * einschließt, und daß die Entfernungen der Mündungen der einzelnen Düsen (6, 6¹) jeder Einheit zur Gaszufuhr von deren Drehachse untereinander verschieden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Düse (6, 6') auch in Richtung zum Boden des Gefäßes (1) mit der durch die Mündung der Düse (,6 6') hindurchgehenden Radialrichtung einen Winkel (*S) von 0 bis + 60 °, vorzugsweise von 0+45 , einschließt.

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j5· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 in dem Gefäß (1) zumindest zwei oder Einheiten (2) zur Gaszufuhr untergebracht sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j>, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Einheiten (2) zur Gaszufuhr mit zumindest zwei Kanälen (4, 4') zur Gaszufuhr versehen ist, die selbständig an eine Gasquelle angeschlossen sind.

5· Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kanäle (4, 4') zur Gaszufuhr mit maximal drei Aufsätzen (5* 5¹) mit den Düsen (6, 6') versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß an der Einheit (2) zur Gaszufuhr ein Rührer (7) befestigt ist.

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