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EP0039039A1 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Trocknen, von feinteiligen Schüttgütern - Google Patents

Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Trocknen, von feinteiligen Schüttgütern Download PDF

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Publication number
EP0039039A1
EP0039039A1 EP81103003A EP81103003A EP0039039A1 EP 0039039 A1 EP0039039 A1 EP 0039039A1 EP 81103003 A EP81103003 A EP 81103003A EP 81103003 A EP81103003 A EP 81103003A EP 0039039 A1 EP0039039 A1 EP 0039039A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidized bed
bulk material
heat
reactor
bed reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP81103003A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0039039B1 (de
Inventor
Günther Ing. grad. Gappa
Josef Dipl.-Ing. Degel
Harald Prof. Dipl.-Chem. Jüntgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bergwerksverband GmbH
Original Assignee
Bergwerksverband GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bergwerksverband GmbH filed Critical Bergwerksverband GmbH
Priority to AT81103003T priority Critical patent/ATE8532T1/de
Publication of EP0039039A1 publication Critical patent/EP0039039A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0039039B1 publication Critical patent/EP0039039B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/06—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried
    • F26B3/08—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed
    • F26B3/084—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed with heat exchange taking place in the fluidised bed, e.g. combined direct and indirect heat exchange
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/04—Agitating, stirring, or scraping devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/06—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried
    • F26B3/08—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed
    • F26B3/092—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed agitating the fluidised bed, e.g. by vibrating or pulsating

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method, consisting of a fluidized bed reactor with a feed device and a discharge device for bulk material, a feed device and a discharge device for fluidized gas and a heat source connected to the fluidized bed reactor.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device of the type mentioned at the outset which ensure uniform heat treatment, in particular drying, of powders, powders, fine dusts and similar fine-particle bulk materials, with the lowest possible energy consumption and education of hot spots and caking should be avoided so that the overall treatment results are very even.
  • the heat treatments in question can in principle be endothermic or exothermic processes, i. H. that heat is supplied or removed by the heat exchange medium.
  • the fluidizing gas can only be used to maintain fluidizing conditions, but it can also be a reaction partner of a chemical reaction that may take place and finally - and preferably - the heat treatment is supported by the fluidizing gas, i. H. Dissipated heat or - particularly preferably - supplied heat to z. B. to dry the finely divided bulk material in a targeted manner. Drying in the sense of the invention means increasing the moisture content of the bulk material. reduce and thereby bring about the desired residual moisture.
  • finely divided means that the bulk goods have an average grain diameter of generally less than 1 mm, but usually less than 0.1 mm and even less.
  • Fluid bed in the sense of the invention is understood to mean the state of the bulk material particles in which they behave like a liquid in a container.
  • the heat exchange medium according to the invention can be of a recuperative or regenerative type; the latter would be a solid as a heat carrier, which is introduced into the fluidized bed reactor and which is separated from the bulk material again after the heat treatment has taken place.
  • a recuperative heat exchanger is preferred, that of a heat transfer medium fluid is flowing through;
  • the method according to the invention is not subject to any fundamental restrictions. The latter also applies to the fluidizing gas and in particular also to the stirring arm, the design of which relates to the heat treatment problem and the shape of the fluid; Bel Mrsreactor can be freely adjusted.
  • the introduction of the required amount of heat means both the supply and the removal of heat into and from the fluidized bed.
  • the required amount of heat is provided by about 1-50% by the fluidizing gas and by about 50-99% by the heat exchange medium; preferably the major part of the heat transport should take place through the heat exchange medium.
  • the feed device for the bulk material includes all of the usual and known device parts for such processes, such as. B. a storage bunker, a metering device, a deagglomerator, a lock; the same applies to the discharge device, which, for. B. can consist of a weir and a lock.
  • the equipment known for this purpose can also be used for the supply and discharge for fluidizing gas, a suitable device for applying the Stirring arm with vortex gas may be provided.
  • a separator for bulk material particles that have been discharged with the fluidizing gas from the fluidized bed reactor is recommended.
  • the agents according to the invention for solids distribution on the agitator arm represent a further advantageous measure for avoiding agglomerate formation in the area of the agitator arm and possibly in the area of the fluidized bed reactor under the agitator arm. It goes without saying that the design of these agents for solids comminution as well as the design of the stirring arm can be realized in different ways, wherein the stirring arm can also have multiple branches, so to speak multi-arm.
  • the means for retaining the bulk material particles immersed in the fluidized bed according to the invention can be weirs, walls and other internals which, in the general direction of transport of the bulk material particles through the fluidized bed reactor from its inlet to its outlet side, form bottlenecks which reduce backmixing (backmixing) of the bulk material particles and so the lingering time spectrum even.
  • those heat exchangers which are designed as a means of retaining the bulk material particles are particularly advantageous and effective, since the heat transfer between bulk material particles and the heat exchanger is improved in the region of the constrictions.
  • An inventive lamellar structure of the heat exchanger for this purpose, for. B. in the manner of radiator fins, is particularly suitable.
  • the height adjustment according to the invention of an overflow device for the bulk material on the fluidized bed reactor facilitates operation in the part-load range and the setting of the residence time of the bulk material particles in the fluidized bed reactor.
  • the objectives according to the invention are achieved particularly well by the cascade-shaped structure of the fluidized bed reactor according to the invention.
  • the connection of individual treatment zones in series is considered, which must be traversed by all bulk material particles.
  • such cascades can be formed by lamellar heat exchangers placed one behind the other in the direction of travel of the bulk material particles.
  • the device according to the invention thus enables a continuous and automated mode of operation, with as much heat-treated material being discharged automatically as untreated material being added.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, in addition to the avoidance of malfunctions due to overheating and caking, in the lower heat requirement due to the happy combination of fluidizing gas and heat exchange medium, with only extremely little energy being required for the transport of the bulk material particles.
  • Another advantage is the minimization of the reactor volume made possible by the invention, the reduction in size of the downstream cyclones for the separation of / fluidizing gas and bulk material particles and the relatively small surface area of the heat exchange medium to be used.
  • the bulk material to be treated is submitted to the original 1; Via a discharge aid 2 it passes through a metering device 3, if necessary with the interposition of a deagglomerator 4, to a lock 5 and from there into the fluidized bed reactor 6. In the latter there are a double-sided stirring arm 7, a means 8 designed as a partition wall for retaining the bulk material particles and a heat exchanger 9 housed.
  • the treated bulk material can leave the fluidized bed reactor 6 via a lock 10.
  • Fluidizing gas for the fluidized bed reactor 6 is drawn in by means of a blower 11 and supplied to a heat energy source 12 leads.
  • the vortex gas heated in this way passes through a rotating union 13 into the agitator arm 7, which is rotated by the drive 14.
  • the fluidizing gas leaving the fluidized bed reactor 6 is freed of entrained bulk material particles in a separator 15 and discharged for further use, while the separated bulk material particles are fed via the lock 16 to the material flow leaving the lock 10.
  • the system parts of the reference numerals 1-5 are, if not absolutely necessary, components of the feed device 17.
  • the lock 10 is part of the discharge device for bulk material.
  • the blower 11 and the rotary union 13 are components of the feed device for fluidizing gas, while the separator 15 is a component of the discharge device for this.
  • the heat energy source 12 can also be used alternatively or additionally for the heat transfer fluid in the heat exchanger 9.
  • the stirring device 18 comprises the drive 14, the rotary union 13, the stirrer shaft 19 and the stirrer arm 7.
  • the stirrer shaft can, for. B. be made hollow, as well as the stirring arm, which is provided with outlet openings 20 for fluidizing gas.
  • the stirring arm 7 is arranged in the lowermost region 21 of the fluidized bed reactor 6.
  • the outlet openings 20 are essentially downward with a directional component aligned against the direction of rotation of the agitator arm.
  • the means 8 designed as a partition for retaining bulk material particles is oriented transversely to the general direction of travel of the solid particles of the fluidized bed 23 in the fluidized bed reactor 6 and leaves an opening 24 in the lowermost region 21 for the stirring arm 7 and the bulk material passage as well as in the uppermost region 25 of the fluidized bed reactor 6 an opening 26 for gas passage.
  • the fluidized bed reactor 6 is round and the stirring device 18 is designed as in FIG. 1.
  • the feed point 27 and the discharge point 28 for the bulk material are arranged close to one another with respect to the circumference of the fluidized bed reactor 6. Between them extends from the reactor wall to the stirrer shaft 19, a means 8 designed as a partition for retaining solid particles, which, as in FIG. 1, leaves openings 26 and 24 exposed. This results in a general transport direction of the bulk material particles, for example in the rotation, within the fluidized bed reactor direction 29 of the agitator arm 7.
  • a plurality of heat exchangers 9 are immersed in the fluidized bed, which span a surface in the axial direction of the fluidized bed reactor and leave constrictions 30 for the bulk material to pass through; due to this design, the heat exchangers also serve as a means of retaining bulk material particles, and due to the special arrangement there is at the same time a cascade-shaped structure of the fluidized bed reactor 6.
  • the heat exchangers designed in this way have a lamellar structure in the most general form.
  • FIG. 3 as a modification of Figures 1 and 2, an elongated fluidized bed reactor 6 is shown, in which the feed point 27 and the discharge point 28 are arranged on the narrow sides and several, here two, complete stirring devices work in series and separately from one another.
  • the heat exchangers 9 are designed as in FIG. 2 and, because of suitable perforations, enable the stirring arms 7 to rotate freely, which of course (as also in FIG. 2) can also be arranged at different heights in relation to the fluidized bed - also several above one another.
  • the arrangement of the heat exchangers transversely to the general direction of travel of the bulk material particles - further heat exchangers can also be provided - again results in a cascade-shaped structure of the fluidized bed reactor.
  • the bulk material is fed in by means of a screw conveyor 31 and the discharge is carried out by means of a height-adjustable overflow device 32.

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Abstract

Bein einem Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Trocknen, von feinteiligen Schüttgütern in einer Wirbelschicht wird die zur Wärmebehandlung benötigten Wärmemenge zumindest teilweise durch ein Wärmetausch-medium in die Wirbelschicht eingebracht und das Wirbelgas mittels eines sich in der Wirbelschicht drehenden Rührers dieser zugeführt, wobei das Wirbelgas aus einem Rührarm austritt. Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens weist einen Wirbelschichtreaktor 6 mit einer Einspeiseeinrichtung 17 und einer Austragseinrichtung für Schüttgut, eine Zuführ- und Abführeinrichtung für Wirbelgas sowie eine mit dem Wirbelschichtreaktor verbundene Wärmeenergiequelle 12 auf, wobei eine Rühreinrichtung 18 mit in die Wirbelschicht 23 eingetauchten, mit der Zuführeinrichtung verbundenen und mit Austrittsöffnungen 20 für das Wirbelgas versehenen, mindestens einem Rührarm 7 ausgerichtet ist und weiterhin ein mit der Wärmequelle 12 verbundener Wärmetauscher 9 in die Wirbelschicht 23 eingetaucht ist. Weiterhin können Mittel zum Zurückhalten der Schüttgutpartikel in die Wirbelschicht eingetaucht sein, hierzu können auch die Wärmetauscher, z.B. mit einem lamellenförmigen Aufbau, diesen. Dadurch ergibt sich insgesamt ein kaskadenförmiger Aufbau des Wirbelschichtreaktors.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, bestehend aus einem Wirbelschichtreaktor mit einer Einspeiseeinrichtung und einer Austragseinrichtung für Schüttgut, einer Zuführeinrichtung und einer Abführeinrichtung für Wirbelgas sowie einer mit dem Wirbelschichtreaktor verbundenen Wärmequelle.
  • Bei der Wärmebehandlung, insbesondere beim Trocknen, feinteiliger Schüttgüter, wie Pulver oder Puder, vor allem aus dem Bereich der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittelindustrie, ist im besonderen Maße die Gleichmäßigkeit der Behandlung und die Verhinderung von Agglomeratbildungen von größter Wichtigkeit.
  • Es ist bekannt, vor allem solche feinstkörnigen Stoffe in Kontakttrocknern zu trocknen. Bei einem Kontakttrockner ("Das Trocknen", F. Kneule, Verlag Sauerländer (Aarau und Frankfurt/Main) 1975, - im folgenden kurz "Kneule" genannt - Seiten 419 bis 444) wird das zu trocknende Gut mittels einer Schnecke transportiert und die zur Trocknung benötigte Wärme wird indirekt über eine Mantelheizung zugeführt. - Beim Schneckentransport bildet ein Pulver leicht eine Isolationsschicht an der Rohrwand und behindert so den Wärmedurchgang. Dies verursacht einen relativ hohen Wärmebedarf und höhere Trocknungstemperaturen, die wiederum die Bildung von Wärmenestern verursachen können. Bei einem Stromtrockner (Kneule, Seiten 355 bis 370) erfolgt der Guttransport mittels eines Warmluftstromes, der durch ein Kanalsystem geleitet wird. Hierbei wird die Wärme direkt zwischen Warmluft und Puder ausgetauscht. Zur Abscheidung des Puders und der Transportluft ist beim Stromtrockner ein Zyklon nachgeschaltet. - Bei dieser Trocknungsart ist die Verweilzeit des Puders in der Trocknungsphase sehr gering. Dies erfordert hohe Lufteintrittstemperaturen, so daß auch bei diesem Verfahren ein relativ großer Wärmebedarf besteht. Außerdem ist der Energieaufwand für den Transport von Luft und Trockengut hoch. Beim Wirbelschichttrockner (Kneule, Seiten 331 bis 335 und "Trockner und Trocknungsverfahren", K. Kröll, Verlag Springer (Berlin), zweite Auflage, 1978, Seiten 238 bis 246) wird schließlich mit einem Warmluftstrom,der durch einen Anströmboden in das zu trocknende Gut geleitet wird, ein Fließbett erzeugt, das sich im fluidisierten Zustand wie eine Flüssigkeit verhält. Der Wärmeaustausch erfolgt auch hier direkt zwischen Warmluft und Pulver. Zur Feinreinigung des Wirbelluftstromes ist ein Zyklon oder Filter nachgeschlatet. - Beim Wirbelschichttrockner besteht zwar keine Gefahr einer lokalen Überhitzung, jedoch sind die Ergebnisse der bekannten Wirbelschichtverfahren wenig befriedigend, weil die praktischen Trocknungsergebnisse unterschiedlich gut und häufig auch ungleichmäßig sind.
  • Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gleichmäßige Wärmebehandlung, insbesondere Trocknung, von Pulvern, Pudern, feinen Stäuben und ähnlichen feinteiligen Schüttgütern gewährleisten, wobei ein geringstmöglicher Energieverbrauch angestrebt wird und die Bildung von Wärmenestern und Anbackungen vermieden werden sollen, so daß die Behandlungsergebnisse insgesamt sehr gleichmäßig sind.
  • Die Erfindung wird in bezug auf ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst und durch die Merkmale des. Anspruches 2 weiter verbessert. In bezug auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 gelöst. Die Ansprüche 4 bis 13 stellen weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
  • Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß überraschenderweise erst die erfindungsgemäße Merkmalskombination das anstehende Problem befriedigend löst, also eine Kombination, bei der die Wirbelschicht durch aus einem sich drehenden Rührarm entweichenden Wirbelgase aufrechterhalten und die Wärmebehandlung zumindest teilweise durch ein vom Wirbelgas unabhängiges Wärmetauschmedium erfolgt.
  • Bei den in Rede stehenden Wärmebehandlungen kann es sich prinzipiell um endotherme oder exotherme Prozesse handeln, d. h. daß durch das Wärmetauschmedium Wärme zu- oder abgeführt wird. Das Wirbelgas kann ausschließlich zur Aufrechterhaltung von Wirbelbedingungen verwendet werden, es kann aber auch Reaktionspartner einer eventuell stattfindenden chemischen Reaktion sein und schließlich - und zwar bevorzugt - wird durch das Wirbelgas die Wärmebehandlung unterstützt, d. h. Wärme abgeführt oder aber - insbesondere bevorzugt - Wärme zugeführt, um z. B. das feinteilige Schüttgut gezielt zu trocknen. Trocknen im Sinne der Erfindung heißt, den Feuchtigkeitsgehalt des Schüttgutes zu. vermindern und dadurch die gewünschte Restfeuchte herbeizuführen. Feinteilig im Sinne der Erfindung bedeutet, daß die Schüttgüter einen mittleren Korndurchmesser von in der Regel weniger als 1 mm, meist aber weniger als 0,1 mm und noch weniger, aufweisen. Unter Wirbelschicht im Sinne der Erfindung wird der Zustand der Schüttgutpartikel verstanden, bei dem sie sich wie eine Flüssigkeit in einem Behälter verhalten.
  • Das erfindungsgemäße Wärmetauschmedium kann rekuperativer oder regenerativer Art sein; letzteres wäre ein Feststoff als Wärmeträger, der in den Wirbelschichtreaktor eingetragen wird und welcher nach erfolgter Wärmebehandlung vom Schüttgut wieder getrennt wird. Bevorzugt wird aber ein rekuperativer Wärmetauscher, der von einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird; in bezug auf das Wärmeträgerfluid ist das erfindungsgemäße Verfahren keinenprinzipiellen Beschränkungen unterworfen.Letzteres gilt auch in bezug auf das Wirbelgas und insbesondere auch auf den Rührarm, dessen Gestaltung dem Wärmebehandlungsproblem und der Form des Wir-; belschichtreaktors frei angepaßt werden kann.
  • Schließlich wird unter dem Einbringen der benötigten Wärmemenge sowohl die Zufuhr als auch die Abfuhr von Wärme in bzw. aus der Wirbelschicht verstanden.
  • Es ist erfindungsgemäß möglich und je nach Wärmebehandlungsprozeß auch erwünscht, dasselbe Gas als Wirbelgas und als Wärmeträgerfluid zu verwenden; dabei ist Parallel- oder Serienschaltung möglich. - Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäß die benötigte Wärmemenge zu etwa 1 - 50 % durch das Wirbelgas und zu etwa 50 - 99 % durch das Wärmetauschmedium bereitgestellt wird; bevorzugt soll also der überwiegende Teil des Wärmetransportes durch das Wärmetauschmedium erfolgen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Einspeiseeinrichtung für das Schüttgut alle für solche Vorgänge üblichen und an sich bekannten Geräteteile, wie z. B. einen Vorratsbunker, eine Dosiereinrichtung, einen Desagglomerator, eine Schleuse; das gleiche gilt für die Austragseinrichtung, die z. B. aus einem Wehr und einer Schleuse bestehen kann. Auch für die Zu- und Abführung für Wirbelgas können die hierfür bekannten Gerätschaften verwendet werden, dabei muß eine geeignete Vorrichtung zur Beaufschlagung des Rührarmes mit Wirbelgas vorgesehen sein. Weiterhin empfiehlt sich eine Abscheideeinrichtung für Schüttgutpartikel, die mit dem Wirbelgas aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragen worden sind.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Rührarmes im untersten Bereich des Wirbelschichtreaktors verhindert ein Absetzen von Schüttgutpartikeln am Reaktorboden; dies wird durch die Maßnahmen der Ansprüche 5 und 6 weiter unterstützt, insbesondere werden eventuelle gebildete Agglomerate zerstört und eine Fluidisierung auch in diesem Reaktorbereich erzielt.
  • Die erfindungsgemäßen Mittel zur Feststoffzerteilung am Rührarm stellen eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Vermeidung von Agglomeratbildungen im Bereich des Rührarmes und ggf. in dem unter dem Rüharm liegenden Bereich des Wirbelschichtreaktors dar. - Es versteht sich, daß die Ausgestaltung dieser Mittel zur Feststoffzerkleinerung ebenso wie die Gestaltung des Rührarmes auf verschiedene Weise realisiert werden kann, wobei der Rührarm auch mehrfach verzweigt, sozusagen mehrarmig, sein kann.
  • Die erfindungsgemäß in die Wirbelschicht eingetauchten Mittel zur Rückhaltung der Schüttgutpartikel können Wehre, Wände und andere Einbauten sein, die in der allgemeinen Transportrichtung der Schüttgutpartikel durch den Wirbelschichtreaktor von dessen Eingangs- zu dessen Ausgansseite Engstellen bilden, die ein Zurückvermischen (backmixing) der Schüttgutpartikel vermindern und damit das Verweilzeitspektrum vergleichmäßigen.
  • Besonders vorteilhaft und effektiv wirken erfindungsgemäß solche Wärmetauscher, die als Mittel zum Zurückhalten der Schüttgutpartikel ausgebildet sind, da im Bereich der Engstellen der Wärmeübergang zwischen Schüttgutpartikeln und Wärmetauscher verbessert ist. - Ein erfindungsgemäß lamellenförmiger Aufbau des Wärmetauschers zu diesem Zweck, z. B. nach Art von Heizkörperrippen,eignet sich ganz besonders gut.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Einspeisestelle und der Austragsstelle für das Schüttgut in bzw. aus dem Wirbelschichtreaktor im Bereich der beiden höhenmäßigen Extrempositionen desselben wird gegenüber der allgemeinen horizontalen Wanderrichtung der Schüttgutpartikel eine vertikale Bewegungskomponente erzielt und eine besonders gleichmäßige und effektive Verteilung der Schüttgutpartikel bei ihrer Einspeisung bewirkt. Es versteht sich, daß der Weg der einzelnen Schüttgutpartikel durch den Wirbelschichtreaktor dann besonders groß ist, wenn sowohl die Einspeiseals auch die Austragsstelle die gleiche höhenmäßige Extremposition einnehmen und innerhalb des Wirbelschichtreaktors zwischen diesen beiden ein Wehr von den Schüttgutpartikeln über- oder unterflossen werden muß.
  • Die erfindungsgemäße Höhenverstellbarkeit einer Überlaufeinrichtung für.das Schüttgut am Wirbelschichtreaktor erleichtert den Betrieb im Teillastbereich und die Einstellung der Verweilzeit der Schüttgutpartikel im Wirbelschichtreaktor.
  • Besonders gut werden die erfindungsgemäßen Ziele durch den erfindungsgemäßen kaskadenförmigen Aufbau des Wirbelschichtreaktors erreicht. Hierbei wird an das Hintereinanderschalten einzelner Behandlungszonen gedacht, die von allen Schüttgutpartikeln durchlaufen werden müssen. Z. B. können solche Kaskaden durch in Wanderrichtung der Schüttgutpartikel hintereinander aufgestellte, lamellenförmige Wärmetauscher gebildet werden.
  • Insgesamt ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung also eine kontinuierliche und automatisierte Arbeitsweise möglich, wobei jeweils soviel wärmebehandeltes Material selbsttätig ausgetragen wie nicht behandeltes zugegeben wird.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere, neben der Vermeidung von Störungen durch Überhitzung und Anbackungen, in dem geringeren Wärmebedarf aufgrund der glücklichen Kombination von Wirbelgas und Wärmetauschmedium, wobei für den Transport der Schüttgutpartikel nur außerordentlich wenig Energie benötigt wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der durch die Erfindung möglich gewordenen Minimierung des Reaktorvolumens, der Verkleinerung der nachge-schalteten Zyklone für die Trennung von/Wirbelgas und Schüttgutpartikeln und die relativ geringe Oberfläche des einzusetzenden Wärmetauschmediums.
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiligenden Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüche oder deren Rückbeziehung.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, zum Teil im Längsschnitt,
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch einen runden Wirbelschichtreaktor,
    • Fig. 3 einen Querschnitt durch einen länglichen Wirbelschichtreaktor und
    • Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Reaktor von Fig. 2 entlang der Linie A-A.
  • Gemäß Fig. 1 wird das zu behandelnde Schüttgut der Vorlage 1 aufgegeben; über eine Austragshilfe 2 gelangt es über einen Dosierer 3, erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung eines Desagglomerators 4 zu einer Schleuse 5 und von dort in den Wirbelschichtreaktor 6. In letzterem sind ein doppelseitiger Rührarm 7, ein als Trennwand ausgebildetes Mittel 8 zum Zurückhalten der Schüttgutpartikel sowie ein Wärmetauscher 9 untergebracht.
  • Über eine Schleuse 10 kann das behandelte Schüttgut den Wirbelschichtreaktor 6 verlassen.
  • Wirbelgas für den Wirbelschichtreaktor 6 wird mittels eines Gebläses 11 angesaugt und einer Wärmeenergiequelle 12 zugeführt. Das so aufgeheizte Wirbelgas gelangt über eine Drehdurchführung 13 in den Rührarm 7, der durch den Antrieb 14 gedreht wird.
  • Das den Wirbelschichtreaktor 6 verlassende Wirbelgas wird in einem Abscheider 15 von mitgerissenen Schüttgutpartikeln befreit und zurWeiterverwendung abgeführt, während über Schleuse 16 die abgeschiedenen Schüttgutpartikel dem die Schleuse 10 verlassenden Materialstrom zugeführt werden.
  • Die Anlagenteile der Bezugszeichen 1 - 5 sind insgesamt, wenn auch nicht zwingend notwendige, Bestandteile der Einspeiseeinrichtung 17. Die Schleuse 10 ist Bestandteil der Austragseinrichtung für Schüttgut. Das Gebläse 11 und die Drehdurchführung 13 sind Bestandteile der Zuführeinrichtung für Wirbelgas, während der Abscheider 15 Bestandteil der Abführeinrichtung hierfür ist. Die Wärmeenergiequelle 12 kann - wie hier nicht dargestellt - auch alternativ oder zusätzlich für das Wärmeträgerfluid im Wärmetauscher 9 verwendet werden.
  • Die Rühreinrichtung 18 umfaßt den Antrieb 14, die Drehdurchführung 13, den Rührerschaft 19 sowie den Rührarm 7. Der Rührerschaft kann z. B. hohl ausgeführt sein, ebenso wie der Rührarm, welcher mit Austrittsöffnungen 20 für Wirbelgas versehen ist.
  • Der Rührarm 7 ist im untersten Bereich 21 des Wirbelschichtreaktors 6 angeordnet. Die Austrittsöffnungen 20 sind im wesentlichen nach unten mit einer Richtungskomponente entgegen der Drehrichtung des Rührarmes ausgerichtet. Darüber hinaus befinden sich als Reinigungsschar ausgebildete Mittel 22 zur Feststoffzerteilung am Rührarm 7.
  • Das als Trennwand ausgebildete Mittel 8 zum Zurückhalten von Schüttgutpartikeln ist quer zur allgemeinen Wanderrichtung der Feststoffpartikel der Wirbelschicht 23 im Wirbelschichtreaktor 6 ausgerichtet und läßt in dessen untersten Bereich 21 eine Durchbrechung 24 für den Rührarm 7 und den Schüttgutdurchtritt frei sowie im obersten Bereich 25 des Wirbelschichtreaktors 6 eine Durchbrechung 26 für Gasdurchtritt.
  • Durch die besondere Anordnung des Wärmetauschers 9 im Wirbelschichtreaktor 6 in bezug auf das Mittel 8 und die Einspeiseeinrichtung 17 wird der Wärmeaustausch mit frisch aufgegebenen, zu behandelnden Schüttgutpartikeln besonders intensiv gestaltet.
  • In Fig. 2 ist der Wirbelschichtreaktor 6 rund ausgeführt und die Rühreinrichtung 18 wie in Fig. 1 ausgebildet. Die Einspeisestelle 27 und die Austragsstelle 28 für das Schüttgut sind in bezug auf den Umfang des Wirbelschichtreaktors 6 dicht beieinander angeordnet. Zwischen ihnen erstreckt sich von der Reaktorwand bis zum Rührerschaft 19 hin ein als Trennwand ausgebildetes Mittel 8 zum Zurückhalten von Feststoffpartikeln, welches, ebenso wie in Fig. 1, Durchbrechungen 26 und 24 freiläßt. Dadurch ergibt sich innerhalb des Wirbelschichtreaktors eine allgemeine Transportrichtung der Schüttgutpartikel, etwa in der Drehrichtung 29 des Rührarmes 7. In radialer Richtung sind in die Wirbelschicht mehrere Wärmetauscher 9 eingetaucht, die eine Fläche in axialer Richtung des Wirbelschichtreaktors aufspannen und Engstellen 30 für den Schüttgutdurchtritt freilassen; durch diese Gestaltung dienen die Wärmetauscher ebenfalls als Mittel zum Zurückhalten von Schüttgutpartikeln und es gibt sich durch die besondere Anordnung gleichzeitig ein kaskadenförmiger Aufbau des Wirbelschichtreaktors 6. Damit haben die so gestalteten Wärmetauscher in allgemeinster Form einen lamellenförmigen Aufbau.
  • In Fig. 3 ist in Abwandlung der Figuren 1 und 2 ein länglicher Wirbelschichtreaktor 6 dargestellt, bei dem die Einspeisestelle 27 und die Austragsstelle 28 an den Schmalseiten angeordnet sind und mehrere, hier zwei, komplette Rühreinrichtungen hintereinander und getrennt voneinander arbeiten. Die Wärmetauscher 9 sind wie in Fig. 2 ausgebildet und ermöglichen aufgrund geeigneter Durchbrechungen ein freies Drehen der Rührarme 7, die natürlich (wie auch in Fig. 2) auch in verschiedenen Höhen in bezug auf die Wirbelschicht - auch mehrere übereinander - angeordnet sein können. Durch die Anordnung der Wärmetauscher quer zur allgemeinen Wanderrichtung der Schüttgutpartikel - es können auch weitere Wärmetauscher vorgesehen sein - ist ebenfalls wieder ein kaskadenförmiger Aufbau des Wirbelschichtreaktors realisiert.
  • In Fig. 4 werden weitere Details der Figur 2 verdeutlicht. Dabei erfolgt die Schüttguteinspeisung mittels einer Förderschnecke 31 und der Austrag mittels einer höhenverstellbaren Überlaufeinrichtung 32.

Claims (13)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Trocknen, von feinteiligen Schüttgütern in einer Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die zur Wärmebehandlung benötigte Wärmemenge in die Wirbelschicht zumindest teilweise durch ein Wärmetauschmedium einbringt und
b) das Wirbelgas mittels eines sich in der Wirbelschicht drehenden Rührers dieser zuführt, wobei das Wirbelgas aus einem Rührarm austritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die benötigte Wärmemenge zu etwa 1 - 55 % durch das Wirbelgas und zu etwa 50 - 99 % durch das Wärmetauschmedium bereitstellt.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus
1. einem Wirbelschichtreaktor mit
1.1. einer Einspeiseeinrichtung und einer Austragseinrichtung für das Schüttgut,
1.2. einer Zuführeinrichtung und einer Abführeinrichtung für Wirbelgas sowie
2. einer mit dem Wirbelschichtreaktor verbundenen Wärmequelle, gekennzeichnet durch
3. eine Rühreinrichtung (18) mit
3.1. mindestens einem in die Wirbelschicht (23) eingetauchten, mit der Zuführeinrichtung für das Wirbelgas verbundenen und mit Austrittsöffnungen (20) für das Wirbelgas versehenen Rührarm (7) sowie
4. einen in die Wirbelschicht (23) eingetauchten, mit der Wärmequelle (12) verbundenen Wärmetauscher (9).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührarm (7) im untersten Bereich (21) des Wirbelschichtreaktors (6) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (20) im wesentlichen nach unten gerichtet sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (20) eine Richtungskomponente entgegen der Drehrichtung (29) des Rührarmes (7) aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel (22) zur Feststoffzerteilung am Rührarm (7).
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch in die Wirbelschicht (23) eingetauchte Mittel (8) zum Zurückhalten der Schüttgutpartikel.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9) als Mittel zum Zurückhalten der Schüttgutpartikel ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen lamellenförmigen Aufbau des Wärmetauschers (9).
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisestelle (27) und die Austragsstelle (28) für das Schüttgut sich bei den höhenmäßigen Extrempositionen der Wirbelschicht (23) befinden.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, gekennzeichnet durch eine höhenverstellbare Überlaufeinrichtung (32) für das Schüttgut am Wirbelschichtreaktor (6).
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, gekennzeichnet durch einen kaskadenförmigen Aufbau des Wirbelschichtreaktors (6).
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