DE2320614C3

DE2320614C3 - FlieBbettreaktor

Info

Publication number: DE2320614C3
Application number: DE2320614A
Authority: DE
Inventors: Vasile Anescu; Ion Dumitru; Victor Grigoras; Doina Ecaterina Stanciu; Mircea Turtureanu
Original assignee: INSTITUTUL DE PROIECTARI PENTRU INDUSTRIA CHIMICA ANORGANICA SI A INGRASAMINTELOR BUKAREST
Current assignee: INSTITUTUL DE PROIECTARI PENTRU INDUSTRIA CHIMICA ANORGANICA SI A INGRASAMINTELOR BUKAREST
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1973-04-24
Publication date: 1975-06-05
Also published as: US3851406A; DE2320614A1; RO58713A2; FR2182009A1; DE2320614B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fließbettreaktor mit gasdurchlässigem Boden, der von einem Horizontalstrom fluidisierten Gutes durchflossen wird, wobei über innerhalb des Fließbettes angeordnete Heizelemente eine indirekte Beheizung erfolgt, der oberhalb eines sich über dem Fließbett befindlichen Beruhigungsraumes einen weiteren gasdurchlässigen Boden enthält und Gasableitungsstutzen oberhalb dieses Bodens.

Die in letzter Zeit entwickelten Fließbettreaktoren ergaben höhere Leistungen, namentlich infolge der erhöhten thermischen Übertragung, ihrer Wirtschaftlichkeit und Einfachheit. In den Fällen, wo der thermische Beitrag seitens der Luft oder einem anderen Gas — als Fluidisiermittel — nicht in ausreichendem Maß geliefert werden konnte, wurden Apparate mit Elementen zur indirekten thermischen Übertragung ausgestattet, die im Fluidisierraum untergebracht wurden. Die Fließ bcttreaktoren sind am unteren Teil mit einem gasdurchlässigen Boden versehen, durch welchen das Fluidisiermittel des pulverförmigen Gutes eingeblasen wird, das durch eine Seitenöffnung oberhalb desselben eingeführt wird. Diese Böden sind gewöhnlich als poröse Platten oder aus Lochblech ausgeführt, die jedem Reaktor und den Fließbettbedingungen nur schwer aneenaßt werden; sie bieten auch keine bequemen Einstellungsmöglichkeiten zur Sicherung eines guten Wirbelschicht-Zustandes. Bei den Fließbettreaktoren mit offenem System, gewöhnlich vertikal, ermangelt das Fliebbett gewöhnlich der Zirkulation; das behandelte Gut überfließt fortwährend seitlich an seinem oberen Teil, während das Fluidisiermittel in Fortsetzung zur Abführung am oberen Teil des Reaktors zirkuliert. Diese Reaktoren haben oberhalb des Fließbettes einen Beruhigungsraum, oberhalb dessen ebene gasdurchlässige

ίο Böden zur Homogenisierung der Strömung der abzuführenden Gase angebracht sind. An der Rückseite dieser Böden bleibt jedoch noch mitgerissenes pulverförmiges Gut haften, welches die öffnungen verstopft und den Arbeitsvorgang stört.

Bei Schachtfließbeitreaktoren zirkuliert das vertikale Fließbett aufwärts, wie das Fluidisiermittel, indem sie am oberen Teil des Reaktors zusammen abgeführt werden. Eine erhöhte thermische Wirksamkeit und breitere Anwendungsgebiete, wie z. B. bei chemischen Reaktionen, wurden in mehrstufigen Schachtreaktoren erzielt, bei denen das Gut von oben nach unten strömt.

Bekannt sind auch Fließbettreaktoren mit waagerechter Zirkulation des pulverförmigen Gutes, bei welchen das Fluidisiermittel schräg von unten nach oben strömt. Bei diesen Reaktoren wurden auch Elemente zur thermischen Übertragung im Fluidisierraum vorgeschlagen, innerhalb des Fließbettes. Es sind ferner aus der US-PS 3 166 383 solche Reaktoren bekannt, die mit einer einzigen waagerechten Röhrenreihe, in der Strömungsrichtung des Fließbettes verteilt, ausgerüstet sind.

Aus der US-PS 3 609 874 sind noch Reaktoren mit Horizontalströmung des Fließbettes bekannt, bei denen der Innenraum durch senkrechte Überlaufrohre in parallele Zonen aufgeteilt ist, die jeweils über Rohrschlangen beheizt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, in solchen Reaktoren zuverlässig und mit einfachen Mitteln einen gleichförmigen Wirbelschichtzustand zu erzielen, sowohl auf der senkrechten, als auch in der Strömungsrichtung des Bettes, eine höhere thermische Übertragung zu bewirken und die Ausführung während des Verlaufs des Arbeitsprozesses von mehreren physikalischen, mechanischen Operationen, wie z. B. Mischung und eventuelle chemische Reaktionen zu gestatten.

Die Lösung besteht darin, daß der untere gasdurchlässige Boden des Fließreaktors aus einem Lochblech besteht, unter dem eine Mehrzahl von Filterschichten angebracht ist. Die Heizelemente erstrecken sich in mehreren Reihen durch das gesamte Fließbett. Der obere gasdurchlässige Boden ist nach oben in Richtung der Bettströmung gewölbt, und zwischen den horizontalen Seitenrändern des Bodens und den Wänden des Apparates ist ein Abstand eingehalten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Filtrierschichten aus Glas- oder Kunststoffgarngeweben. Die Glas- oder Kunststoffgarne der als Gewebe ausgebildeten Filterschichl sind wegen ihrer zufriedenstellenden Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Arbeitsmedium und dessen Temperatur bekannt. Die Schicht und das Blech sind durch einen gemeinsamen Rahmen gehalten, der durch Verschiebung aus dem Apparat entfernt werden kann. Das der Filterschicht angeschmiegte Lochblech hat die öffnungen gleichmäßig verteilt, durch die die aufgeteilten Strömungen des Huidisiermittels passieren. Die Größen der öffnungen des Lochblechs sind derart, daß sie, zu den Bedingungen des gasdurchlässigen Bodens, mit den dem Loch-

blech angeschmiegten Filtergeweben, den für das Verfahren festgelegten und dem Boden gehörigen Druckverlust einhalten. Die veränderliche Amahl von Filtergeweben, deren Gewebedichten und das Lochblech mit öffnungen von bestimmten Durchmessern bzw. Verteilung werden in der Weise gewählt, daß der Druckverlust des Fluidisiermittels im unteren gasdurchlässigen Boden 40 bis 50% vom Gesamtdruckverlust des Fluidisiermittels im Rahmen des im Reaktor stattfindenden Fließbettverfahrens erreicht.

Durch die Erstreckung der Heizelemente über die Gesamtlänge des fliiidisierten Bettes des Reaktors, in Vereinigung mit ihrer gestaffelten Aufstellung in den sukzessiven Querschnitten des Arbeitsraumes wird eine geregelte Strömung und eine erhöhte Homogenität des Fließbettes erzielt, durch Aufbrechen der Gasblasen, welcher Umstand auch — gegenüber der normalen Wärmeübertragung zwischen den Partikeln und den Heizelementen — zu einem zusätzlichen Ansteigen der Wärme-Übertragung führt.

Es wurde nun experimentell und rechnungsmäßig festgestellt, daß das Vorhandensein der waagerechten und gestaffelten Röhrenelemente innerhalb des Fließbettes die gebildeten Gasblasen tatkräftiger aufbricht bzw. beseitigt und die Homogenität des Bettes zusätzlich erhöht, so daß der Homogenäsierungsindex um 50 bis 70% gegenüber einem Fließbett ohne solche Elemente oder um 30 bis 40% gegenüber Fällen von nicht gestaffelten Elementen ansteigt. Dies beruht darauf, daß die im Fließbett aufsteigenden Strömungen beim Durchgang zwischen den Elementen infolge der Staffelung einer ausgesprochen wirbeligen Strömungswirkung unterworfen sind. Die Welligkeit der Elemente, ihrer Länge nach, erhöht die Wirksamkeit der wirbeligen Strömung sowie die Homogenität in senkrechter Ebene, quer zur waagerechten Strömungsrichtung, wodurch die Verweilzeit vergleichsmäßig und die Wirksamkeit des Reaktors bei verschiedenen sukzessiven Operationen erleichtert und verbessert werden.

Der obere gasdurchlässige Boden ist nach oben in Richtung der Bettströmung gewölbt, wobei zwischen den horizontalen Seitenrändern des Bodens und den Wänden des Apparates ein Abstand eingehalten ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsfo^rm der Erfindung besteht dtr gewölbte obere Boden aus Lochblech, wobei die Fläche der gleichmäßig verteilten öffnungen 30 bis 40% der Gesamtfläche des Bodens beträgt. Durch diese Gestaltung des oberen Bodens wird erreicht, daß die trotzdem mitgerissenen Partikeln des pulverförmigen Gutes zum Fließbett zurückgelangen; diese Partikeln sind durch den Beruhigungsraum hindurchgegangen und konnten nach ihrem Ansetzen auf der Rückseite des Bodens herabfließen.

Der Fließbettreaktor kann mit seinem Innenraum in Zonen quer zur Richtung der Strömung des fluidisierlen Gutes aufgeteilt sein; in jeder Zone ist der untere Boden, die Heizelemente und der obere Boden zur Vornahme von verschiedenen nacheinanderfolgenden Operationen entsprechend abgestimmt, wie z.B. Hei zung und Trocknung, Kühlung, Mischung oder chemische Reaktionen des pulverförmigen Gutes mit anderen gleichzeitig eingeführten Stoffen; einige der Zonen können der Heizelemente ünd/oder des oberen Bodens, wie auch des Fließbettes der Zwischenüberlaufwehre ermangeln, während der Raum oberhalb des Fließbettes Scheidewände zwischen den verschiedenen Zonen aufweist.

Bei diesen Reaktoren kann die Einblaskammer, die sich unterhalb des unteren Bodens befindet, durch Wände entsprechend aufgeteilt werden, um verschiedene Einblas- und Fluidisierbedingungen zu sichern.

Je nach den Anforderungen der durchgeführten Operation können gewisse Zonen mit Heizelementen versehen werden, jedoch ohne Anwendung des Wärmeträgers in denselben oder überhaupt ohne Heizelemente, sofern diese nicht nötig oder wenn der Wärmebeitrag durch das Fluidisiermittel geliefert wird und die Bedingungen zu einem gleichmäßigen Wirbeischicht-Zustand durch letzteres gesichert werden können.

Der Fließbettreaktor mit Arbeitszonen kann ohne Zwischenüberlaufwehre arbeiten, da die Wirbelschicht sich in einem homogenen Zustand befindet. Infolge der geschilderten Verbesserung des Arbeitsvorganges können die Apparate zweckentsprechend für größere Breiten des Fließbettes aufgebaut werden, so daß die Behandlung einer bestimmten Gutmasse auf einer kleineren Länge des Apparates vollzogen wird. Damit wird auch die Ausführung mehrerer verschiedener Behandlungen längs des Apparates möglich, ohne daß der Apparat zu lang wird.

Es werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt, in senkrechter Ebene, durch das Ausführungsbeispiel 1 und

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt, in senkrechter Ebene, durch den Apparat gemäß Ausführungsbeispiel 2.

Fig. 1; Beispiel 1

Es ist ein Fließbettreaktor zur Trocknung und Heizung auf 150⁰C von durch Fällung erhaltenen Kalziumkarbonats vorgesehen, das eine Feuchtigkeit von maximal etwa 1% und eine Körnung von 0,16 bis 0,05 mm hat. Das Gut stammt als Abfall aus anderen Verfahren. Der Reaktor gemäß F i g. 1 hat eine einzige Arbeitszone. Er besteht aus einer waagerechten parallelepipe- dischen Kammer 1, gegen den unteren Teil durch einen Einblasboden 2,9 abgeteilt; am Rand dieses Bodens befindet sich ein Überlaufwehr 3, mittels welcher die Höhe des Fließbettes und damit die Verweilzeit des Materials im Reaktor geregelt wird. Durch eine Decke 5 des Apparates ist ein Rohrbündel 4 hindurchgeführt, welches aus parallel zur Querebene gestaffelten Heizschlangen besteht. Der Deckel 5 ist aufgeteilt in Einlaßbzw. Auslaßkammer für das Heizmedium. Oberhalb der Heizschlangen im Abstand hiervon befindet sich ein nach oben gewölbter Boden 6 aus Lochblech. Zwischen den Seitenrändern des Bodens 6 und den Seitenwänden des Apparates wird ein kleiner Abstand eingehalten. Durch einen Stutzen a wird Luft als Fluidisiermittel eingeführt, die durch einen Stutzen b abgeleitet wird. Ein Stutzen c, für den Einlaß des Erwärmungsmittels sowie ein Stutzen d zum Auslaß des Kondenswassers bedienen die Heizelemente. Das pulverförmige Kalziumkarbonat wird in den Apparat durch einen Stutzen e eingeführt mit konstanter Durchgangsmenge und wird durch einen Stutzen /"abgeführt.

Der gasdurchlässige Einblasboden 2, 9 besteht aus einem Lochblech 2 mit runden öffnungen, gleichmäßig verteilt, und aus drei Reihen von unter dem Lochblech angebrachten Filtergeweben 9, aus Glasgarn. Die Luftströmung wird durch die Heizschlangen erwärmt und fluidisiert das Kalziumkarbonat, wonach sie den oberhalb der Heizschlangen befindlichen Beruhigungsraum durchströmt, passiert den gasdurchlässigen Homogeni-

sierboden 6 und wird durch Stutzen b abgeführt.

Der Druckverlust im Einblasboden entspricht etwa 40 bis 50% des Totaldruckverlustes im Apparat, je nach der effektiven Körnung im erwähnten Bereich. Der Apparat erzielt thermische Belastungen, die Werte von 100 000 kcal/m² Einblasboden erreichen, im Temperaturenbereich des Apparates aus dem Beispiel.

Fig.2; Beispiel 2

IO

Der Fließbettreaktor ist vorgesehen zur Trocknung und Abkühlung von durch Zentrifugieren erhaltenen Ammoniumsulphatkristallen, mit einer Feuchtigkeit von 2% und einer Durchschnittskörnung von 0,8 mm. Der Apparat umfaßt zwei Betriebszonen, entsprechend den zwei Trocknungs- und Kühlungsoperationen.

Vom Standpunkt der Bauart betrachtet, ist der Apparat ähnlich demjenigen aus Beispiel 1 aufgebaut, in allen Teilen, die den Kennziffern 1 bis 6 und 9 und den Kennbuchstaben a bis /entsprechen.

Die Trocknung erfolgt in der ersten Zone durch die mit Dampf beheizten röhrenförmigen Heizschlangen 40. Die röhrenförmigen Heizschlangen 7 in der Kühlzone sind in Fortsetzung des Röhrenbündels 4 angeordnet und verfügen über getrennten Stutzen zum Einlaß des Kühlmittels g und zum Auslaß des auf der gegenüberliegenden Seite des Reaktors. Eine Querwand 8 trennt den Beruhigungsraum in zwei Zonen. Der Homogenisierboden ist in einer Zone der Trocknungszone in dem Boden 6 fortgelassen; es wird dabei ein Rücklauf des aus dem Reaktor mitgerissenen Gutes über den Stutzen e vorgenommen. Die Ammoniumsulphatkristalle werden durch Stutzen /"bei einer Temperatur von etwa 40" C abgelassen.

Infolge der Verwendung der röhrenförmigen Heizschlangen in den beiden Zonen des Fließbettes wird die Fläche des Einblasbodens und dementsprechend die Aufstellfläche des Apparates um etwa 40% herabgesetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fließbettreaktor mit gasdurchlässigem Boden, der von einem Horizontalstrom fluidisierten Gutes durchflossen wird, wobei über innerhalb des Fließbettes angeordnete Heizelemente eine indirekte Beheizung erfolgt, der oberhalb eines sich über dem Fließbett befindlichen Beruhigungsraumes einen weiteren gasdurchlässigen Boden enthält und Gasableitungsstutzen oberhalb dieses Bodens, dadurch gekennzeichnet, daß der untere gasdurchlässige Boden des Fließbettreaktors aus einem Lochblech (2) besteht, unter dem eine Mehrzahl von Filterschichten (9) angebracht ist, daß die Heizelemente (4, 7) als rohrförmige Heizschlangen in mehreren Reihen sich durch das gesamte Fließbett erstrecken und daß der obere gasdurchlässige Boden (6) nach oben in Richtung der Bettströmung gewölbt ist, wobei zwischen den horizontalen Scitenrändern des Bodens (6) und den Wänden des Apparates ein Abstand eingehalten ist.

2. Fließbettreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschichten (9) aus Glasoder Kunststoffgarngeweben bestehen.

3. Fließbettreaktor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte obere Boden (6) aus Lochblech besteht, wobei die Fläche der öffnungen 30 bis 40% des Bodens (6) beträgt.

4. Fließbettreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Innenraum in Zonen quer in Richtung der Strömung des fluidisierten Gutes aufgeteilt ist, wobei mindestens eine Zone den unteren Boden (2), die Heizelemente (4, 7) und den oberen Boden (6). die anderen Zonen mindestens den unteren Boden (2) aufweist und daß der Raum oberhalb des Fließbettes Scheidewände (8) zwischen den verschiedenen Zonen aufweist.