DE2119463C3

DE2119463C3 - Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen zwei Gasen

Info

Publication number: DE2119463C3
Application number: DE2119463A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kono; Atsushi Kuribayashi; Shigeyuki Nakai; Kohei Ninomiya; Yuichi Suzukawa
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1980-12-04
Also published as: NL168717B; GB1340951A; CA1094782A; BE766050A; FR2090010A5; JPS4918543B1; ES415938A1; NL168717C; DE2119463A1; US3735498A; ES390428A1; SE365724B; DE2119463B2; NL7105217A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art.

Es ist aus der DE-OS 14 42 783 eine eingangs vorausgesetzte Vorrichtung bekannt, in deren erstem Behälter das durch die entsprechenden Leitungen gleichen Innendurchmessers strömende Gas einen Zirkulationsstrom der fluidisicrien Feststoffteilchen durch die Leitungen und die beiden Kammern erzeugt und einzelne Leitungen zum Abwärtstransport tiefer in den oberen Abschnitt der unteren Kammer hineinreichen, während abwechselnd damit andere Leitungen zum Aufwärtstransport über den ebenen Boden der oberen Kammer hinausragen. Die Menge der zirkulierenden Feststoffteilchen ist dabei begrenzt, und die Erzeugung eines Stroms der Feststoffteilchen in einem vollständig fluidisierten Zustand ist noch nicht gesichert, so daß der Wärmeaustausch zwischen den Gasen noch nicht optimal ist

Andererseits offenbart die GB-PS 8 68 368 einen entsprechenden ersten Behälter, worin das durch die Leitungen strömende Gas nur einen aufwärtsstrom der fluidisierten Feststoffteilchen durch die Leitungen von der unteren Kammer zur oberen Kammer erzeugt, d. h. eine stehende Fließbettschicht der Feststoffteilchen in jeder Leitung schafft.

Aus der GB-PS 7 63 469 ist es an sich bekannt, zum Trennen von Gas und Feststoffteilchen einen Zyklon anzuordnen.

Schließlich beschreibt die US-PS 27 88 311 für eine Wärmeaustauschvorrichtung die Anordnung einer oberen Kammer mit konusförmigem Bodsn, doch lehrt sie nur einen einsinnig gerichteten Durchlauf fester Teilchen, wobei der Konus eine Einschnürung des Durchlaufstroms bedeutet Ein Zirkulationsstrom fluidisierter Teilchen durch den eingeschnürten Teil ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art so zu gestalten, daß eine verbesserte Fluidisierung der Feststoffteilchen, eine vergrößerte Menge der zirkulierenden Feststoffteilchen und so ein erhöhter Wärmeaustausch zwischen dem ersten Gas im ersten Behälter und dem zweiten Gas in dem wenigstens einen Teil der Leitungen umgebenden zweiten Behälter erhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungsind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Ausbildung des Bodens der oberen Kammer als nach unten vorspringender Konus und der Anschluß einer einzigen Abwärtstransport-Leitung mit größerem Innendurchmesser als dem der Aufwärtstransport-Leitungen an den Mittelteil des Konus, von wo sie tiefer in den oberen Abschnitt der unteren Kammer als die sie umgebenden anderen Leitungen reicht führen bei Einhaltung des beanspruchten Querschnittsflächenverhältnisses aller Leitungen zur Querschnittsfläche der unteren Kammer zu einer verbesserten Fluidisierung und zu einer verstärkten Zirkulationsmenge der Feststoffteilchen, so daß sich eine erhöhte Frequenz der die Oberfläche der Leitungen kontaktierenden Feststoffteilchen und damit ein erhöhter Wärmeaustausch zwischen den beiden Gasen mittels der Feststoffteilchen als Wärmeübertragungsmedium ergeben.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen anhand von Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Fiießbettbehälter,

F i g. 2 einen anderen Fließbettbehälter, der in F i g. 1 gezeigten Art,

Fig.3 einen Längsschnitt durch einen weiteren Fließbettbehälter,

Fig.4 und 5 Abänderungen der Leitragsanschlüsse im Fließbettbehälter (siehe gestrichelte Kreise in F i g. 1 und 3) in vergrößerter Form,

Fig.6 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Fließbettbehälter gemäß F i g. 1,

Fig.7 eine weitere Ausführungsart der Vorrichtung mit dem Fließbettbehälter gemäß F i g. 3,

F i g. 8 und 9 Abwandlungen der Vorrichtung gemäß Fig. 6,

F i g. 10 eine weitere Ausführungsart der Vorrichtung gemäß F i g. 6, bei der ein Zyklon in der oberen Kammer mit (umgekehrt) konischem Boden angeordnet ist,

F i g. 11 eine Abwandlung des Fließbettbehälters gemäß Fig.2, bei der spiral- oder schraubenförmige I eitungen als aufwärtsführende Leitungen vorgesehen sind,

F i g. 12 einen Querschnitt durch die in F i g. 11 gezeigte Ausführungsart längs der Linie XII-XII,

Fig. 13 eine Abwandlung des Fließbettbehälters gemäß F i g. 11 mit einen Zyklon als obere Kammer, und

F i g. 14 eine Oberansicht des Fließbettbehälters gemäß F ig. 13.

Gemäß F i g. 1 hat ein Fließbettbehälter einer ersten Ausführungsart eine untere Kammer 1, eine obere Kammer 2 und einen mittleren Teil 3. In der unteren Kammer 1 ist eine perforierte Platte 11 in üblicher Anordnung vorgesehen, welche die Kammer 1 in zwei Abschnitte 1 a und 1 b unterteilt Der untere Abschniu 1 a ist trichterförmig und dient der Zufuhr von Fluidisierungsgas durch den Gaseinlaß 12. Der obere Abschnitt Xb ist eine zylindrische Kammer zur Aufnahme der Feststoffteilchen und Bildung eines Fließ- oder Wirbelbetts. Durch den Auslaß 13 werden die Feststoffteilchen je nach Bedarf an eine weitere Verarbeitung abgegeben.

Die obere Kammer 2 ist an der Oberseite mit einem Teilcheneinlaß 21 für das Einspeisen von Feststoffteilchen und nahe der Oberseite mit einem Gasauslaß 22 versehen.

Der mittlere Teil 3 besteht aus einer Mehrzahl von Leitungen, wie dünnen Rohren, von praktisch gleichen Abmessungen und verbindet die untere Kammer 1 strömungsmäßig mit der oberen Kammer 2 (in F i g. 1 sind zur Vereinfachung lediglich zwei Leitungen dargestellt). Die senkrechten Leitungen 31 und 32 enden an der flachen oberen Seite der unteren Kammer 1 und an der flachen unteren Seite der oberen Kammer 2 mit öffnung zu beiden Kammern hin.

Bei der Anordnung gelangt ein durch den Gaseinlaß 12 in den unteren Abschnitt la der unteren Kammer 1 eingespeistes Fluidisierungsgas durch die perforierte Platte 11 aufwärts in den oberen Abschnitt 16, strömt von diesem aus nach oben durch die vertikalen Rohrleitungen 31 und 32 in die obere Kammer 2 und wird schließlich aus der oberen Kammer durch den Gasauslaß 22 nach außen abgegeben. Bei Liner solchen Arbeitsweise bewirkt das Gas eine Fluidisierung einer gewissen Menge von Festste fHlchen, die durch den Teilcheneinlaß 21 in den uciiaher eingegeben werden, und es wird so ein Fließ- oder Wirbelbett im oberen Abschniu Xb der unteren Kammer 1 gebildet.

Die Teilchen werden in einem solchen Fließ- oder b5 Wirbelbett zu einer Aufwärtsbewegung veranlaßt und gelangen im Fließzustand vom oberen Abschnitt Xb durch die vertikalen Rohre 31 und 32 in die obere Kammer 2. Die aufwärts bewegten Teilchen bewirken eine Fluidisierung der Feststoffteilchen innerhalb der oberen Kammer 2 unter Bildung eines Sprudel- oder Quellbetts innerhalb derselben und sinken dann im Fließzustand von der oberen Kammer 2 durch die Leitung 32 oder 31, d. h. auf einem gegenüber der Aufwärtsbewegung unterschiedlichen Leitungsweg abwärts unter Rückkehr zur unteren Kammer 1.

Demgemäß entsteht zwischen beiden Kammern ein eine gewisse Teilchenmenge enthaltender Zirkulationsstrom.

Der zur Entwicklung einer Zirkulation führende Prozeß wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben:

Zu Beginn des Verfahrens strömt das durch die Leitungen 31 und 32 hindurchtretende Gas zusammen mit Feststoffteilchen des Fließbetts F der unteren Kummer 1 aufwärts. Bedingt durch eine Differenz zwischen den Strömungswiderständen für das Gas in beiden Leitungen wird jedoch eine Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeiten in diesen beiden Leitungen erzeugt. Insbesondere zu Beginn wird trotz der praktisch gleichen Abmessungen der Leitungen eine wenn auch leichte Differenz zwischen den Gasgeschwindigkeiten spontan erzeugt

Nimmt man an, daß die Gasströmung durch die Leitung 31 im Anfangsstadium etwas schneller ist als in der anderen Leitung 32, so strömen die Feststoffteilchen durch die Leitung 31 mit höherer Geschwindigkeit aufwärts, wogegen die Geschwindigkeit des Teilchenstroms durch die andere Leitung 32 geringer ist. Auf diese Art wird ein »Transportstrom von Feststoffteilchen« in der Leitung 31 erzeugt, wogegen in der anderen Leitung 32 die Tendenz besteht, eine solche Erscheinung zu hemmen. Folglich nimmt die Differenz zwischen den Strömungswiderständen zwischen beiden Leitungen zu, so daß sich schließlich in der Leitung 31 ein deutlicher Aufwärtstransport der Teilchen im Fließbettzustand von der unteren Kammer 1 zur oberen Kammer 2 ausbildet, wogegen in der anderen Leitung 32 fluidisierte Teilchen von der oberen Kammer 2 zur unteren Kammer 1 abwärtssinken. Auf diese Weise sind die Feststoffteilchen in beiden Kammern im Fließzustand, wobei gleichzeitig ein Austausch durch den Zirkulationsstrom von Teilchen im Fließzustand über die beiden Leitungen stattfindet.

Bezugnehmend auf F i g. 1 wurde ein Behälter mit nur zwei Leitungen beschrieben. Derartige Behälter haben jedoch für die praktische Anwendung vorzugsweise fünf oder mehr Leitungen. Bei diesen dient dann zumindest eine Leitung als Leitung für die Aufwärtsbewegung, während die restlichen Leitungen als abwärtsführende Leitungen wirken.

»Durchblaserscheinungen« oder »Mitnahmephänomene« bei den Teilchen, mit Tendenz zum Austrag von Teilchen aus der oberen Kammer durch den Abgasauslaß 22 können mit Hilfe allgemein bekannter Prall- oder Staueinsätze oder einen Zyklon vom Einsetztyp (siehe Daizo Kunii u. Octane Levenspiel; Fluidization Engineering (1969) Seite 408) verhindert werden, der etwa in der in Fig. 10 gezeigten Art in der oberen Kammer 2 angeordnet ist.

Der Boden der oberen Kammer 2 kann umgekehrt konisch sein, wie es beispielsweise in Fig.2 gezeigt wird. Weiter kann der Behälter hinsichtlich des Fluidisierungszustandes durch eine zusätzliche perforierte Platte in der oberen Kammer 2 für eine zusätzliche Gaszufuhr in diese obere Kammer hinein und durch die perforierte Platte hindurch noch mehr

verbessert werden.

Gemäß F i g. 3 hat der Behälter eine untere Kammer 1, eine obere Kammer 2 und einen mittleren Teil 3, der aus einer Mehrzahl von Leitungen besteht (ähnlich den Teilchen des Behälters gemäß Fig. 1). Die in Fig.3 gezeigte Ausführungsart hat jedoch gegenüber der Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 einige wesentliche Unterschiede.

So wird die obere Kammer 2 gemäß F i g. 3 durch eine zweite perforierte Platte 23 in zwei Abschnitte 2a und 26 unterteilt, und sie hat in Nähe ihres Bodens einen weiteren Gaseinlaß 24 für die Zufuhr eines zweiten Fluidisierungsgases, das durch die perforierte Platte 23 aufwärtsströmt.

Außerdem ist ein Teüchenzulaß 15 für Feststoffteile chen im oberen Abschnitt Xb der unteren Kammer 1 nahe ihrem oberen Ende vorgesehen, wogegen bei dem Behälter gemäß Fig. 1 ein Teilcheneinlaß 21 in der oberen Kammer angeordnet ist. Eine Mehrzahl von vertikalen Leitungen 31 und 32 (des mittleren Teils 3) erstrecken sich nach oben durch den Boden der oberen Kammer 2 und enden an der zweiten perforierten Platte 23 mit Öffnung in den oberen Abschnitt 2b.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Anordnung des Behälters wird ein erstes Gas durch den ersten Gaseinlaß 12 in den unteren Abschnitt la der unteren Kammer 1 eingespeist und strömt aufwärts durch die erste perforierte Platte 11 in den oberen Abschnitt Xb. Bei dieser Verfahrensweise bewirkt dieses erste Gas eine Fluidisierung einer großen Menge von Feststoffteilchen, die durch den Teilcheneinlaß 15 im oberen Abschnitt Xb in den Behälter gelangen. Auf diese Weise wird ein erstes Fließ- oder Wirbelbett (F-X) innerhalb des oberen Abschnitts IZ? der unteren Kammer gebildet und das erste Gas strömt kontinuierlich durch die vertikalen Leitungen 31 und 32 aufwärts zum oberen Abschnitt 2b der oberen Kammer 2.

Gleichzeitig wird ein zweites Gas durch den Gaseinlaß 24 in den unteren Abschnitt 2a der oberen Kammer 2 eingeführt das dann durch die zweite perforierte Platte 23 nach oben in den oberen Abschnitt 20 strömt. Die innerhalb des oberen Abschnitts 2Ό resultierende Mischung von erstem und zweitem Gas wird aus der oberen Kammer 2 durch den Gasauslaß 22 nach außen abgegeben.

In einem Anfangsstadium (bei dem noch kein stationärer Zustand erreicht ist) werden gewisse Anteile der Teilchen im Fließ- oder Wirbelbett (F-ί) dazu veranlaßt, durch eine der vertikalen Leitungen 31 oder 32 aufwärtszuwandern und werden in den oberen Abschnitt 2b getragen. Folglich bewirken der Aufwärtsstrom des e^ten Gases und der durch die zweite perforierte Platte 23 hinzutretende Aufwärtsstrom des zweiten Gases die Bildung eines zweiten Fließ- oder Wirbelbetts (F-2) innerhalb des oberen Abschnitts 2b der oberen Kammer 2. Gleichzeitig sinkt ein Teil der Teilchen des zweiten Fließbetts (F-2) im Fließzustand abwärts durch eine andere der Leitungen 32 oder 31 unter Rückkehr zum ersten Bett (F-I), und nach Einstellung eines Gleichgewichtszustandes wird so ein Zirkulationsstrom von Feststoffteilchen mit konstantem Durchsatz zwischen den beiden Kammern 1 und 2 erzeugt. Im einzelnen zirkuliert eine große Menge von Feststoffteilchen innerhalb des Behälters durch den oberen Abschnitt Xb der unteren Kammer, die sich als Aufwärtsführung einstellende Leitung 31, 32, den oberen Abschnitt 2b der oberen Kammer und die sich als Abwärtsführung einstellende Leitung 31, 32 in angegebener Reihenfolge, während das erste Fließoder Wirbelbett Fl und das zweite Fließ- und Wirbelbett F2 in den jeweiligen Kammern 1 bzw. 2 aufrechterhalten bleiben.

Wie bereits an Hand von F i g. 1 dargelegt wurde, bildet sich ein solcher Zirkulationsstrom von Feststoffteilchen innerhalb des Behälters im Gleichgewichtszustand dadurch aus, daß zunächst eine leichte Differenz zwischen den Strömungswiderständen bei der Aufwärtsbewegung des ersten, Feststoffteilchen mitführenden Gases durch die vertikalen Leitungen 31 und 32 existiert, die spontan auftritt, selbst wenn die Leitungen praktisch die gleichen Abmessungen haben, wonach sich sekundär durch Weiterentwicklung einer solchen Differenz ein Zustand ausbildet, bei dem zumindest eine Leitung sich durch eine «Transportphase vor. Feststoffteilchen« von den restlichen Leitungen unterscheidet, bei denen ein solches Phänomen verhindert wird.

Eine bevorzugte Zirkulation von Feststoffteilchen zwischen beiden Kammern 1 und 2 kann durch Einstellung einer mittleren Gasgeschwindigkeit in den Leitungen 31 und 32 erreicht werden, die ausreichend bis lOfach oder mehr relativ zur minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit ist. Das zweite, direkt in die obere Kammer 2 über den Gaseinlaß 24 eingeführte Gas bewirkt einen günstigeren Zustand des zweiten Fließbetts F2 in der oberen Kammer 2 im Vergleich zu Verfahren ohne Zweitgas, wie sie an Hand von F i g. 1 geschildert wurden.

Auch nach Fig. 3 werden aus Gründen der Vereinfachung lediglich zwei Leitungen 31, 32 gezeigt. Für den praktischen Gebrauch können jedoch vorzugsweise fünf oder mehr Leitungen benutzt werden. Eine Mehrzahl von Leitungen kann auf solche Weise vorgesehen werden, daß ein Verhältnis des Gesamtquerschnitts der Leitungen 31, 32 zum Horizontalquerschnitt der unteren Kammer 1 von V25 oder mehr entsteht.

Ein solches Verhältnis ergibt einen besonders bevorzugten Zustand in ersten Fließ- oder Wirbelbett ^F-I) in der unteren Kammer 1.

Bei den beiden beschriebenen Behälierarten wird der Zirkulationsstrom der Teilchen bei Leitungen mit gleichen Abmessungen erzeugt, die, wie es in F i g. 1 und 2 gezeigt ist, vom oberen Ende der unteren Kammer 1 her keine Verlängerungen nach unten zu aufweisen. Abweichend davon kann eine Verbesserung einer solchen Zirkulation durch eine Abwandlung insbesondere in dem durch gestrichelte Kreise markierten Bereich der Ausführungen gemäß F i g. 1 und 3 erreicht werden.

Gemäß einer solchen Abwandlung hat zumindest eine der Leitungen eine von der oberen Wand, d. h. der Decke der unteren Kammer 1 nach unten ragende Verlängerung 30 (F i g. 4) oder alle Leitungen erstrecken sich abwärts durch die obere Wand der unteren Kammern 1, und zwar mit unterschiedlichen Verlängerungen 30a und 30Z> (F i g. 5) oder aber zumindest eine der Leitungen 31,32 gegenüber den anderen Leitungen einen unterschiedlichen Durchmesser.

Durch eine solche Anordnung kann zwangsweise eine Differenz der Strömungswiderstände in den Leitungen verursacht werden. Weiter resultiert aus der vorstehenden Anordnung ein Durchgang größerer Gasmengen durch die Leitungen und mithin eine Zunahme des Ausmaßes der zirkulierenden Teilchen. In solchen Fällen kann die Differenz zwischen den Verlängerungen vom oberen Ende der unteren Kammer her etwa 50 mm oder mehr betragen. Etwa zwei Zehntel bis sieben Zehntel aller Leitungen können als Abwärtsführung für

die Aufnahme des nach unten wandernden Teilchenstroms vorgesehen werden.

Zusätzlich zu den oben angegebenen Abänderungen oder unabhängig davon können einige Abwandlungen des Behälters für eine intensive Unterstützung des Zirkulationsphänomens vorgesehen werden, um die Ausbildung eines besonders bevorzugten Fließ- oder Wirbelbettzustandes in dem resultierenden Behälter herbeizuführen:

Fig.2 zeigt im Vergleich zu Fig. 1 einige unterschiedliche Anordnungen des Behälters bezüglich der Leitungen und des Bodens der oberen Kammer 2.

Die abgewandelte obere Kammer 2 hat an Stelle des flachen Bodens gemäß F i g. 1 einen nach unten zu konisch vorspringenden Boden. Alle Leitungen 31, 32 und 33 sind strömungsmäßig mit der oberen Kammer 2 und der unteren Kammer 1 verbunden und ragen zusätzlich nach unten in den oberen Abschnitt Ib der unteren Kammer hinein. Eine der Leitungen (31) ist dabei am untersten Ende oder Mittelteil 23a eines Konus 23' unter Trichterbildung angeordnet, während die anderen Leitungen (32 und 33) symmetrisch dazu an den geneigten Teilen 236 des Konus 23' angeordnet sind. Die zentrale Leitung 31 hat nach unten zu von der oberen flachen Wand 16 der unteren Kammer 1 her die längste Verlängerung. Die symmetrischen Leitungen 32 und 33 haben untereinander gleich lange Verlängerungen nach unten zu.

Es ist ein zusätzlicher Gasauslaß 17 im oberen Bereich der unteren Kammer 1 zum Entfernen eines Teils des in die untere Kammer 1 eingelassenen Gases vorgesehen.

Das Entfernen von Gas durch diesen zusätzlichen Auslaß 17 sorgt für eine Abnahme der Gasgeschwindigkeit in den Leitungen 31, 32, 33, so daß relativ kleine Teilchengrößen verwendet werden können und verlangsamt ebenfalls die Teilchengeschwindigkeit in den aufwärtsführenden Leitungen. Damit kann auch ein Abrieb sowohl bei den Teilchen als auch der inneren Oberfläche der Leitungen verhindert werden.

Bei der Anordnung nach F i g. 2 dient die zentrale Leitung 31 als abwärtsführende Leitung für einen intensiven Abwärtstransport von Teilchen und die anderen Leitungen 32, 33 dienen für eine wirksame Aufwärtsbewegung. Durch die konische Gestalt der oberen Kammer haben die Teilchen im Quell- oder Sprudelbett (S) innerhalb der oberen Kammer 2 eine Tendenz Bewegung in Richtung auf den Mittelteil 23a, wodurch die Zirkulationsbewegung der Teilchen innerhalb der oberen Kammer 2 unterstützt wird.

In F i g. 2 sind aus Vereinfachungsgründen lediglich drei Leitungen gezeigt, von denen sich eine, nämlich die Leitung 3J, vom untersten Ende des Konus 23' nach unten erstreckt Die Anwendung von fünf oder mehr Leitungen, von denen einige in der Umgebung nahe dem untersten Ende des Konus 23' angeordnet sind und als abwärtsführende Leitungen dienen, wird jedoch für den praktischen Gebrauch bevorzugt Alternativ kann eine Leitung mit größerem Durchmesser am Mittelteil 23a des Konus 23' angeordnet sein und als einzige für die Abwärtsbewegung (an Stelle der vorstehend angedeu- eo teten Anordnung in unmittelbarer Umgebung des untersten Endes) dienen.

Zum Erzeugen einer solchen erzwungenen Zirkulationsströmung können an Stelle der (gestreckten) vertikalen Leitungen auch gekrümmte Leitungen für b5 Abwärts- oder Aufwärtsbewegung vorgesehen werden.

Abgeänderte Ausführungsformen mit solchen gekrümmten Leitungen werden durch die Fig. 11, 12, 13 und 14 veranschaulicht.

Gemäß F i g. 11 bestehen die strömungsmäßig mit der unteren und oberen Kammer (die jeweils ähnlich wie in F i g. 2 von umgekehrt konischer Gestalt sind) verbundenen Leitungen aus einer (gestreckt) vertikalen Leitung 31 und gekrümmten Leitungen 32 und 33.

Die senkrechte Leitung 31 reicht vom Mittelteil 23a der oberen Kammer 2 bis zur Mitte der oberen Wand der unteren Kammer 1 und durch eine zusätzliche Verlängerung 30a über diese obere Wand hinaus in die untere Kammer 1 hinein. Die gekrümmten Leitungen 32 und 33 umschlingen die vertikale Zentralleitung 31 in symmetrischer Schraubenanordnung und haben zusätzlich von der oberen Wand der unteren Kammer in diese hineinragende Verlängerungen 306 und 30c. Diese beiden Verlängerungen der schraubenförmigen Leitungen nach unten zu sind gleich lang aber kürzer als diejenige der Zentralleitung. Bei dieser Anordnung sind die schraubenförmigen Leitungen 32 und 33 aufwärtsführende Leitungen, wogegen die vertikale Leitung 31 als abwärtsführende Leitung dient.

Was die Gestalt der Leitungen betrifft, so hängt die Funktion der Leitung von den physikalischen Eigenschaften der Feststoffteilchen, wie Teilchengröße und Schüttwinkel ab und die abwärtsführendeh Leitungen können so gestaltet werden, daß sie eine spontane Abwärtsbewegung der Feststoffteilchen unter der Wirkung der eigenen Schwere gestatten.

Die abgewandelte Ausführungsform gemäß Fig. 13 hat Leitungen ähnlichen Typs wie in F i g. 11 und einen Zyklon, der als obere Kammer 2 dient. Der Zyklon verhindert ein Entweichen von Feststoffteilchen zusammen mit dem abzugebenden Fluidisierungsgas in der Weise, daß entweichende Teilchen wieder eingefangen und rückgewoiinen werden.

Die Fig. 11 bis 14 zeigen Ausführungsformen mit zwei aufwärtsführenden und einer abwärtsführenden Leitung. Es sind jedoch auch Anordnungen mit drei oder mehr aufwärtsführenden Leitungen und einer abwärtsführenden Leitung möglich.

Bei der in Fig. 14 gezeigten Vorrichtung kann die Querschnittsumme aller Leitungen so festgelegt werden, daß sie größer ist als der Querschnitt der oberen Kammer 2, wogegen bei den anderen Vorrichtungen gemäß den Fig. 1, 2, 3 und 4 keine solche Festlegung existiert

Bei den beiden dargelegten Arten von Behältern zirkuliert ein großer Anteil von Teilchen durch die dünnen Leitungen im Fließzustand. Demgemäß können die Oberflächen solcher Leitungen als Heizflächen verwendet werden.

Eine Vorrichtung für den Wärmetransport zum oder vom Fließ- oder Wirbelbett mit solchen Behältern ermöglicht einen Wärmeübergangsbetrieb, ohne daß Schwierigkeiten in bezug auf die Leitungsanordnung hinsichtlich von Zahl, Durchmesser, Länge und Material bestünden.

Eine solche Vorrichtung wird bezugnehmend auf die Fig.6, 7, 8, 9 und 10 beschrieben. Dabei sind ähnliche Behälter wie in F i g. 1 und 3 bei den Vorrichtungen gemäß Fig.6 und 7 vorgesehen. Ein der Fig.2 ähnlicher Behälter mit zusätzlich eingesetztem Zyklon 5 in der konischen oberen Kammer 2 ist bei der Vorrichtung gemäß Fi g. 10 vorgesehen.

Jede dieser Vorrichtungen hat einen zusätzlichen mit einer perforierten Platte 41 versehenen Behälter II für den Wärmetransport der dem Hauptbehälter (nachfolgend als Hauptbehälter 1) so zugeordnet ist, daß der

Behälter II die Mehrzahl der Leitungen 31 und 32 des Hauptbehälters I umschließt und die Leitungen durch Boden, perforierte Platte 41 und Oberseite des umschließenden Behälters II hindurchgehen (Fig.6, 7 und 10).

Außer der perforierten Platte 41 hat der umschließende Behälter II einen Gaseinlaß 42 nahe dem Boden und einen Gasauslaß 43 nahe seinem oberen Ende und dient als weiterer Behälter zum Erzeugen eines Fließ- oder Wirbelbetts anderer Feststoffteilchen oberhalb der ι ο perforierten Platte 41 durch Gas, das über den Gaseinlaß 42 zugeführt wird.

Der Wärmetransport durch eine unterschiedliche Wirbelschichten voneinander trennende Wand ist besonders hoch. Es kann aber auch in dem Fall, wenn ein Fließ- oder Wirbelbett nur im Hauptbehälter I gebildet wird, im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen eine höhere Wärmetransportrate erreicht werden.

Der umschließende Behälter II kann so angeordnet werden, daß er nur den durch die Leitungen 31, 32 gebildeten mittleren Teil des Hauptbehälters I umschließt, wie es in den Fig.6, 7 oder 10 gezeigt wird. Alternativ kann eine nicht nur diese Leitungen, sondern auch die obere Kammer 2 (Fig.8) oder sogar den gesamten Hauptbehälterkörper (F i g. 9) einschließende Anordnung zur möglichst weitgehenden Verringerung von Wärmeverlusten vorgesehen werden.

Im Falle einer vergleichsweise großen Temperaturdifferenz zwischen den eingeschlossenen Leitungen und dem umschließenden Behälter II treten infolge der Differenz der thermischen Ausdehnungen beider Behälter I und II Spannungen oder Verformungen auf. Derartige Wärmespannungen sollten dann insbesondere durch Mittel wie sog. Dehnungsringe aufgenommen werden, die an der Seitenwand des umschließenden Behälters II oder bei den Leitungen des Hauptbehälters I vorgesehen werden. Mit der Absorption von Wärmespannungen verbundene ernsthafte Probleme bestehen jedoch in einer gewissen Schwäche solcher Mittel gegenüber hoher Wärme wie auch mechanischen Kräften und in den hohen Kosten, die solche zusätzlichen Mittel zur Aufnahme von Wärmespannungen verursachen.

Unter diesen Umständen sind Vorrichtungen, wie sie in den Fig.8 und 9 gezeigt werden und dem »Wanderkopftyp« (travelling head typ) ähneln, vorzuziehen. In diesem Falle wird das Problem der Obergangsdichtung zwischen dem umschließenden Behälter II und dem Abgasauslaß 22 des Hauptbehälters I, der oben durch das obere Ende des umschließenden Behälters II hindurchtritt, durch Verwendung einer Labyrinth-Dichtung leicht gelöst. Fine solche Vorrichtung ist vorteilhaft da unkompliziert und die möglichen Wärmespannungen innerhalb der Vorrichtung wirksam aufgenommen werden.

Insbesondere für den Fall, daß Fluidisierungsgas von hoher Temperatur durch den Gaseinlaß 12 eingeführt wird, ist die Vorrichtung gemäß Fig.8 wirtschaftlich vorzuziehen wie auch hinsichtlich der Wärmeresistenz der Ausrüstung in Anbetracht der Tatsache, daß die untere Kammer 1 des Hauptbehälters I aus feuerfesten Ziegeln hergestellt werden und weiter von kompakter Bauart sein muß.

Im Falle einer Vorrichtung, bei der der gesamte Körper oder die obere Kammer 2 und die Leitungen des Hauptbehälters I im umschließenden Behälter II enthalten sind, ist eine obere Kammer 2 mit einer oberen halbkugelähnlichen Form, wie sie in den F i g. 8 und 9 gezeigt wird, zur wirksameren Verstärkung der oberen Kammer bevorzugt.

Bei den in F i g. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ist kein besonderer Teilcheneinlaß zum Beschikken des Behälters vorgesehen und der Gasauslaß 22 der oberen Kammer dient sowohl dem Gasauslaß als auch dem Teilcheneinlaß.

Wenn die Vorrichtung für Verfahren angewendet wird, die mit einem Transport großer Wärmemengen verbunden sind, wie für Aufheizungen, Wärmerückgewinnung, katalytische Reaktionen, thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen, Sinterverfahren, Kühl- und Trockenprozesse, so werden ausgezeichnete Ergebnisse erzielt

In den nachfolgenden Beispielen werden Ausführungsformen der Fließ- oder Wirbelbettbehälter und Vorrichtungen mit solchen Behältern angegeben.

Beispiel 1

Feststoffteilchen wurden in einem Behältertyp ähnlich dem in F i g. 1 gezeigten aus durchsichtigem Kunststoff unter Anwendung der folgenden Bedingungen fluidisiert.

Behälterabmessungen und Verfahrensbedingungen:

Eine untere Kammer mit	(Durchmesser χ Höhe)
300 mm0 χ 150 mm
eine obere Kammer mit	(Durchmesser χ Höhe)
300 mm 0 χ 850 mm
vertikale Leitungen:	5
Anzahl	34mm0
Außendurchmesser	28mm0
I nnendurchmessser	3000 mm
Höhe
eine perforierte Platte:	60
Lochzahl	2mm0
Lochdurchmesser
feste Teilchen:	Borphosphat
Material	100-500 μ
Teilchengröße	12 kg
Menge
Minimale Fluidisie-	9 cm/s
rungsgeschwindigkeit
ein Fluidisierungsgas
(Luft) mit	44.2 mVh
Volumendurchsatz von

Als Ergebnis der Fluidisierung der Feststoffteilchen durch Luft wurde ein Zirkulationsstrom fester Teilchen zwischen der unteren und oberen Kammer durch die Behälterwand beobachtet, wobei vier der fünf Leitungen als aufwärtsführende Leitungen zum Herbeiführen eines Aufwärtstransportes fluidisierter Teilchen der unteren Kammer zur oberen Kammer hin dienten, wobei eine Fluidisierung der Teilchen in der oberen Kammer auftrat, während die verbleibende Leitung als abwärtsführende Leitung für den Abwärtstransport der resultierenden fluidisierten Teilchen der oberen Kammer zur unteren Kammer hin diente. Messungen zeigten ein Ausmaß von 420 kg/h an umgewälzten Teilchen und eine mittlere Geschwindigkeit der Luft von 4 m/s bezogen auf den Gesamtquerschnitt der Leitungen.

Beispiel 2

Ein ähnlicher Vorrichtungstyp, wie er in Fig.6 gezeigt wird, wurde für einen Wärmetransport zwischen einem Fließ- oder Wirbelbett im Hauptbehälter I und der äußeren Umgebung durch die als Heizflächen dienenden Wände der Leitungen angewandt Bei der

Vorrichtung wurde ein Verbrennungsabgas von hoher Tabelle Temperatur kontinuierlich durch den Gaseinlaß 12 in den Behälter I eingespeist und strömte durch die perforierte Platte 11 unter Fluidisierung eines Bettes fester Teilchen aufwärts und wurde durch den Abgasauslaß 22 aus dem Hauptbehälter abgegeben, während andere Feststoffteilchen im umschließenden Behälter II durch Luft fluidisiert wurden, die durch den Gaseinlaß 42 zugeleitet wurde, durch die perforierte Platte 41 aufwärtsströmte und schließlich nach Aufheizen während des Aufenthaltes im Behälter II durch den Abgasauslaß 43 aus dem Behälter Il abgegeben wurde.

Die Abmessungen der Vorrichtung und die Verfahrensbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben und die Ergebnisse in Tabelle 2.

Tabelle 1

Hauptbehälter (1)	300 mm 0 χ 600 mm
eine untere Kammer mit	(Durchmesser χ Höhe)
	300 mm 0 χ 1600 mm
eine obere Kammer mit	(Durchmesser χ Höhe)

vertikale Leitungen:	25 Cr-20 Ni-Stahl
Material	14
Anzahl	40 mm 0
Außendurchmesser	32 mm 0
Innendurchmesser
feste Teilchen:	Magnesiumoxid
Material	65 kg
Menge	0,3—1 mm 0
Teilchendurchmesser	32 cm/s
minimale Fluidisierungs-
geschwindigkeit
eine perforierte Platte:	9
Lochzahl	17,3 mm 0
Lochdurchmesser
Fluidisierungsgas
(Verbrennungsabgas):	127NmVh
Voiumendurchsatz
Umschließender Behälter (II)	300 mm 0 x3500 mm
ein Behälter mit	(Durchmesser χ Höhe)
feste Teilchen:	Mullit
Material	90 kg
Menge	1—2 mm 0
Teilchendurchmesser	85 cm/s
minimale Fluidisierungs-
geschwindigkeit
Fluidisierungsgas (Lufi):	153NmVh
Volumendurchsatz

20

25

30 Hauptbehälter (1)

Temperaturen der Verbrennungsabgase:

am Gaseinlaß 1300°C am Gasauslaß 630° C

in der unteren Kammer 770° C

Ausmaß umgewälzter Teilchen 870 kg/h

mittlere Geschwindigkeit des Ver- 10,3 m/s

brennungsgases bezogen auf den

Gesamtquerschnitt der Leitungen (630° C)

Umschließender Behälter (II)

Lufttemperatur:

am Lufteinlaß 20° C

am Luftauslaß , 58O⁰C

»Oberflächengasgeschwindigkeit in 2,5 m/s

einer Säule« im Fließbett (580° C)

Beispiel 3

Die gleiche Vorrichtung wie bei Beispiel 2 wurde für einen Gas-Wärmetransport unter Anwendung der gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 2 mit Ausnahme der folgenden verwendet:

Luft mit einem Volumendurchsatz von 100 Nm³/h wurde anstelle der Verbrennungsabgase (mit 127NmVh) für den Hauptbehälter I verwendet, während Verbrennungsabgas mit 160NmVh für den umschließenden Behälter II an Stelle von Luft (mit 153 NmVh) verwendet wurde, wobei im Gegensatz zu Beispiel 2 Luft im Hauptbehälter aufgeheizt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

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Tabelle 3

Hauptbehälter (I)	20° C
Lufttemperaturen:	430° C
⁴⁰ am Lufteinlaß	32O⁰C
am Luftauslaß	605 kg/h
in der unteren Kammer	6,33 m/s
Ausmaß umgewälzter Teilchen	(430° C)
₄₅ mittlere Geschwindigkeit der Luft
bezogen auf den Gesamtquerschnitt
der Leitungen
Umschließender Behälter (II)	700° C
_Μ Temperaturen des Verbrennungsabgases:	450° C
am Gaseinlaß	2,2 m/s
am Gasauslaß	(450° C)
»Gbernächengasgeschwindigxeit in
einer Säule« im Fließbett

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Gas durch eine Mehrzahl von eine Grenze zwischen den beiden Gasen bildenden Leitungen, die einen ersten Behälter mit einer durch eine perforierte Platte in einen unteren Abschnitt mit einem Gaseinlaß für das erste Gas und einen oberen Abschnitt unterteilten unteren Kammer, einer oberen Kammer mit einem Feststoffeinlaß für erste, im ersten Behälter zu fluidisierende Feststoffteilchen und einem Gasausiaß für das erste Gas und einem aus der Mehrzahl von die untere und die obere Kammer verbindenden Leitungen bestehenden mittleren Teil und einen zweiten Behälter aufweist, der wenigstens einen Teil des mittleren Teils des ersten Behälters unischließt und einen Gaseinlaß sowie einen Gasausiaß für das zweite Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (2) des ersten Behälters (I) einen nach unten vorspringenden Konus (23') als Boden aufweist, eine (31) der Leitungen (31, 32, 33) einen größeren Innendurchmesser als die anderen Leitungen (32,33) hat und an den untersten Mittelteil (23a) des Konus (23') der oberen Kammer (2) sowie an die Mitte der flachen Oberwand des oberen Abschnitts (Xb) der unteren Kammer (1) angeschlossen ist, wogegen die anderen Leitungen (32, 33) um die Leitung (31) größeren Durchmessers herum angeordnet sind, die Leitung (31) größeren Durchmessers abwärts bis in den oberen Abschnitt (linder unteren Kammer (1) tiefer reicht, als die anderen Leitungen (32,33), und daß das Verhältnis der gesamten Querschnittsflächen der Leitungen (31, 32, 33) zur Querschnittsfläche der unteren Kammer (1) mehr als '/25 ist, wobei die Leitung (31) größeren Durchmessers und größerer Reichweite einem Abwärtstransport der Feststoffteilchen dient und die anderen Leitungen (32, 33) einem Aufwärtstransporl der Feststoi'fteilchen derart dienen, daß Aufwärts- und Abwärtstransport einen Zirkulationsstrom der Feststoffteilchen im Wirbelschichtzustand durch die Leitungen (31, 32, 33) und die beiden Kammern (1,2) ergeben, während das erste Gas aufwärts durch den ersten Behälter (I) strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (II) eine perforierte Platte (41) aufweist und darüber zweite Feststoffteilchen zur Wirbelschichtbildung enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklon (5) zum Trennen des ersten Gases von den Feststoffteilchen in der oberen Kammer (2) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (32, 33) geringeren Durchmessers wendelförmig sind, wogegen die Leitung (31) größten Durchmessers gerade und von den wendeiförmigen Leitungen umgeben ist.