DE8708906U1

DE8708906U1 - Shaft reactor

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Publication number: DE8708906U1
Application number: DE8708906U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1988-10-20

Description

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Karl von Wedel, Amselstrafle 5, 3057 Neustadt 1 SchachtiieaktörKarl von Wedel, Amselstrasse 5, 3057 Neustadt 1 Schachtiieaktör

Die Erfindung betrifft eine als Schächtreaktor aufgebaute Vorrichtung zur Wärmebehandlung von heißem, rieselfähigem, in dem Söhächtreaktor mittels Schwerkraft gefordertem ächüttgut, mit einer Schüttgutaufgabe und einem Schüttgutaustlfag, wobei in dem SchaGhtreaktör ein Rohr^ und/oder Kanalsystem zum Zuführen von Kühlgas an bzw« in das Schüttgut sowie zum Abführen des Kühlgases aus dem Schüttgutbereich im wesentlichen quer zur Schachthauptrichtung und damit zur Schüttgutförderrichtung angeordnet ist und die Rohr- und/oder Kanalelemente dieses Systems gegebenenfalls zumindest teilweise nach unten, d.h* in SchüttgutfÖrderrichtung offen sind.The invention relates to a device designed as a shaft reactor for the heat treatment of hot, free-flowing bulk material conveyed in the shaft reactor by means of gravity, with a bulk material feed and a bulk material outlet, wherein in the shaft reactor a pipe and/or channel system for supplying cooling gas to or into the bulk material and for discharging the cooling gas from the bulk material area is arranged essentially transversely to the main shaft direction and thus to the bulk material conveying direction and the pipe and/or channel elements of this system are optionally at least partially open downwards, i.e. in the bulk material conveying direction.

Während schachtförmiga Silos in aller Regel als Vorratsbehälter dienen, spricht man dann, wenn bestimmte Veränderungen im Schüttgut (Reaktionen) gewünscht werden, auch von Silo- oder Schachtreaktoren. Je nach der Art der Förderung des Schüttgutes infolge Schwerkraft werden Kernfluß, Massenfluß und Kolbenfluß unterschieden. Bei Kolbenfluß bewegt sich die Schüttgutsäule im Schacht gleichförmig; die Verweilzeit aller Schüttgutteilchen ist gleich. Diese Art der Förderung ist Voraussetzung für Reaktoren. Das wesentliche Mittel zur Erzielung von Kolbenfluß in einem Silo ist die Austragsvorrichtung. Feine und möglicherweise heiße Schüttgüter werden bisher überwiegend unter Zuhilfenahme von pneumatischen Auflockerungen ausgetragen. Kolbenfluß ist dadurch nicht zu erzielen. Die technische Entwicklung hat jedoch neuere Geräte zur Verfugung gestellt wie einen rotationssymmetrischen Schwingtrichter (DE-PS 1 266 231). Mit einer solchen Austragsvorrichtung können auch große Austragsquerschnitte von Silos bzw. Schächten so bedient werden, daß sich selbst bei feinem Schüttgut und gegebenenfalls unterWhile shaft-shaped silos generally serve as storage containers, when certain changes in the bulk material (reactions) are desired, they are also referred to as silo or shaft reactors. Depending on the type of bulk material conveyed by gravity, a distinction is made between core flow, mass flow and piston flow. With piston flow, the bulk material column moves uniformly in the shaft; the residence time of all bulk material particles is the same. This type of conveying is a prerequisite for reactors. The main means of achieving piston flow in a silo is the discharge device. Fine and possibly hot bulk materials have so far been discharged mainly with the aid of pneumatic loosening. Piston flow cannot be achieved in this way. However, technical developments have made newer devices available, such as a rotationally symmetrical vibrating hopper (DE-PS 1 266 231). With such a discharge device, even large discharge cross-sections of silos or shafts can be served in such a way that even with fine bulk material and possibly under

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Beachtung der inzwischen mit diesem Üetät erworbenen Erfahrungen nahezu Kölbenflüß einstellt!Considering the experience gained in the meantime with this activity, Kölbenflüß is almost complete!

Die wärmebehandlung rieselfahigei? Schüttgüter mittels Gasen erfolgt nach dem Stand der iechnik in Schächten, auf Rösten; in Wifbeibetten oder in Schwebegaswärmetauschern. Die Reihenfolge entspricht der Eignung für feiner werdendes Schüttgut* Weitere Auswahlkriterien sinds Art und intensität des Wärmeübergangs, Art der Stoffströme: Gegen-, Gleich- oder Querstroni; Art der wärmebehandlung: Aufheizen, Temperaturhalten oder Kühlen.The heat treatment of free-flowing bulk materials using gases is carried out according to the state of the art in shafts, on roasting racks; in evaporating beds or in suspended gas heat exchangers. The order corresponds to the suitability for finer bulk materials.* Further selection criteria are the type and intensity of the heat transfer, the type of material flow: countercurrent, cocurrent or crosscurrent; the type of heat treatment: heating, temperature maintenance or cooling.

Schächte eignen sich vorzugsweise für grobes Korn, Gegenstrom, Aufheizen, Temperaturhalten und Kühlen, Bei einem bekannten Schacht (DE-ÜS 20 10 601) erfolgt die Wärmebehandlung auch feiner Schüttgüter mittels Gasen im Schacht indirekt unter Zuhilfenahme einer Vielzahl quer zur Förderrichtung der Schüttung angeordneter, vom Kühlgas durchströmter Rohre. In einer Weiterentwicklung dieser Anordnung wird das Gas bei mittlerer Kornfeinheit mittels nach unten offener Kanäle direkt durch die Schüttung geführt. Ein Teil der Rohre dient der Einleitung der Gase, ein anderer der Abführung. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei Schüttschichtfiltern und Absorbern angewendet.Shafts are preferably suitable for coarse grain, countercurrent, heating, temperature maintenance and cooling. In a known shaft (DE-ÜS 20 10 601), the heat treatment of fine bulk materials is carried out indirectly using gases in the shaft with the aid of a large number of pipes arranged transversely to the conveying direction of the bulk material and through which the cooling gas flows. In a further development of this arrangement, the gas is guided directly through the bulk material in the case of medium grain fineness using channels that are open at the bottom. Some of the pipes are used to introduce the gases, others to remove them. This principle is used, for example, in packed bed filters and absorbers.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung feiner, rieselfähiger Schüttgüter zu schaffen, die sich für das Halten einer hohen Temperatur ohne Wärmezufuhr zum Ausgleich von Verlusten oder endothermen Reaktionen (Tempern durch Verweilzeit) und ein unmittelbar nachgeschältetes Kühlen besonders eignet, um ggf. ils Verbund mit Wirbelbetten oder Schwebegas wärmetauschern arbeiten zu können, die sich einerseits nicht zur Kühlung eignen und andererseits Temperaturen in extrem kurzer Zeit einstellen.The invention is based on the object of creating a device for the heat treatment of fine, free-flowing bulk materials, which is particularly suitable for maintaining a high temperature without the addition of heat to compensate for losses or endothermic reactions (tempering by means of a residence time) and for immediate subsequent cooling, in order to be able to work in conjunction with fluidized beds or suspended gas heat exchangers, which on the one hand are not suitable for cooling and on the other hand set temperatures in an extremely short time.

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Diese Aufgäbe wird nach der !Erfindung bei einem Schächtreaktor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöste, daß der Schachtreaktor in Schüttgutförderrichtung eine Temperstrecke zum Halten der Temperatur des durch die Schüttgutaufgabe eintretenden Schüttgutes, einen das Rohr- und/oder Kanalsystem aufweisenden Kühlschachtteil sowie den mit einem Schwingtrichter ausgebildeten Schüttgutatistrag umfaßt.This task is solved according to the invention in a shaft reactor of the type described above in that the shaft reactor comprises a tempering section in the bulk material conveying direction for maintaining the temperature of the bulk material entering through the bulk material feed, a cooling shaft part having the pipe and/or channel system and the bulk material feeder formed with a vibrating funnel.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere in folgendem: Für mineralogische Umwandlungen ist eine Temperstrecke vorgesehen, was einen erheblichen Vorzug im Vergleich mit beheizbaren Rostbändern ergibt, sowie eine Kühlstrecke. Auf diese Weise ergibt sich ein Temperaturausgleich zwischen mehreren Schüttgutkomponenten durch die Verweilzeit, dadurch bewirkte Reaktionen, und die anschließende Kühlung der Schüttung. Der eine Verweilzeit erfordernde Verfahrensschritt der Temperung läßt sich besonders wirtschaftlich in einem Siloraum erzielen. Der durch die Schüttung befüllte Siloraum stellt die kleinste zu isolierende Fläche dar und macht es möglich, die Abstrahlungsverluste geringer als bei allen anderen Vorrichtungen zu halten. Die in der gleichen Schüttgutsäule nachgeschaltete Kühlstrecke stellt baulich eine so deutliche Vereinfachung dar, daß der Aufwand für die Kühlung indirekt mittels Rohren oder direkt mittels Kanälen, die quer in den Schacht eingezogen sind, insgesamt wesentlich wirtschaftlicher als bei herkömmlichen Anlagen für diese Zwecke ist.The advantages that can be achieved with the invention are in particular the following: A tempering section is provided for mineralogical transformations, which is a significant advantage in comparison with heated grate belts, as well as a cooling section. In this way, a temperature equalization is achieved between several bulk material components through the residence time, reactions caused by this, and the subsequent cooling of the bulk material. The tempering process step, which requires a residence time, can be achieved particularly economically in a silo room. The silo room filled with the bulk material represents the smallest area to be insulated and makes it possible to keep the radiation losses lower than with all other devices. The cooling section downstream in the same bulk material column represents such a significant structural simplification that the effort for cooling indirectly by means of pipes or directly by means of channels that are drawn transversely into the shaft is overall much more economical than with conventional systems for these purposes.

Voraussetzung für die Wirksamkeit der Wärmebehandlung im Schachtreaktor ist ein ausreichend gleichmäßiges Absinken der Schüttgutsäule. Deshalb sollte der Austrag vorteilhaft über einen großflächig arbeitenden und vorzugsweise peripher austrägenden Schwingtrichter vorgenommen werden. Die Rohre werden dadurch statisch in der Silomitte weniger belastet.A prerequisite for the effectiveness of the heat treatment in the shaft reactor is a sufficiently uniform sinking of the bulk material column. For this reason, the discharge should preferably be carried out via a vibrating hopper that operates over a large area and preferably discharges peripherally. This means that the pipes are subjected to less static load in the middle of the silo.

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Zur weiteren Verbesserung des gleichmäßigen Absinkens der Schüttgütsäüle kann der Querschnitt des Schachtreäktörs i5üm Austrag hin konisch erweitert sein. Ferner kann mit ä€S Anordnung der Rohre die Sinkgeschwindigkeit über dem Schachtquerschnitt beeinflußt werden, und zwar können die Rohie zu diesem Zweck in besonderer Ausbildung der Erfindung im Zentralbereich des Sehachtquerschnittes enger als im Randbereich angeordnet sein. Gleichzeitig wird das Masseiistroiii verhältnis von Schüttgut zu Kühlgas vergieichmäßig-t. Sowohl der Schwingtrichter als auch die Rohre dienen zur Einstellung von Kolbenfluö in der Temperstrecke.To further improve the uniform sinking of the bulk material column, the cross section of the shaft reactor can be conically widened towards the discharge . Furthermore, the sinking speed over the shaft cross section can be influenced by the arrangement of the pipes. For this purpose, in a special embodiment of the invention, the pipes can be arranged more closely in the central area of the shaft cross section than in the edge area. At the same time, the mass flow ratio of bulk material to cooling gas is made uniform. Both the vibrating funnel and the pipes serve to adjust the piston flow in the tempering section.

In Weiterbildung der Erfindung können vorteilhaft die das Gas eintragenden Rohre an ihrer Unterseite feine, gleichverteilte Öffnungen für den Gasaustritt aufweisen, während die das Gas austragenden Kanäle zum Absetzen von mitgerissenem Staub an ihrer Unterseite mit der größtmöglichen Querschnittsfläche offen bleiben können. Mit dieser Art der An-In a further development of the invention, the pipes that introduce the gas can advantageously have fine, evenly distributed openings on their underside for the gas to escape, while the channels that discharge the gas can remain open on their underside with the largest possible cross-sectional area for the settling of entrained dust. With this type of connection

Ordnung und Ausbildung des Rohr- und Kanalsystems ist einerseits eine wirksame und einfach zu erzielende direkte Kühlung von Schüttgütern mittlerer Feinheit wie beim Stand der Technik infolge deren Durchströmung mit dem Kühlgas möglich.The arrangement and design of the pipe and channel system makes it possible, on the one hand, to achieve effective and easy-to-achieve direct cooling of bulk materials of medium fineness as in the state of the art due to the cooling gas flowing through them.

! Auf der anderen Seite wird dabei aber auch dem Umstand Rechnung getragen, daß sich bei feinem Schüttgut leicht bevorzugte Luftwege ausbilden und daß deshalb das vorbeisinkende Gut besonders gleichmäßig von dem Kühlgas angeströmt und durchströmt werden muß. Dieses wird d»rch die beschrieben» Weiterbildung erreicht, indem das Kühlgas mittels eines mit feinteiligen Öffnungen versehenen, einen Widerstand aufweisenden Austritts aus den Kanälen gleichmäßig in das feine Schüttgut verteilt wird.! On the other hand, this also takes into account the fact that fine bulk material easily develops preferential air paths and that the material sinking past must therefore be flowed through and through by the cooling gas particularly evenly. This is achieved by the further development described, in that the cooling gas is evenly distributed into the fine bulk material by means of an outlet from the channels provided with finely divided openings and exhibiting resistance.

Vorzugsweise können Rohre und Kanäle wechselweise eta-Preferably, pipes and channels can be installed alternately

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genartig in dem Kühlschacht angeordnet sein, und nach einem anderen Weiterbildungsgedanken der Erfindung können zur Erzielung eines geringstmöglichen Strömungswiderstandes die Kühlluftrohre lanzettförmig ausgebildet sein- Durch die Etagenanordnung wird eine gleichmäßige Begasung des Schüttgutes bewirkt, während die Lanzettform einerseits eine optimale Oberfläche für die indirekte Schüttgutkühlung mittels des in dv2ii Rohren strömenden Gases bei andererseits minimalem Reibungswiderstand gegen das vorbeisinkende Schüttgut bietet.be arranged in a gen-like manner in the cooling shaft, and according to another further development of the invention, the cooling air pipes can be designed in a lancet shape in order to achieve the lowest possible flow resistance. The tiered arrangement ensures that the bulk material is evenly gassed, while the lancet shape offers an optimal surface for indirect bulk material cooling by means of the gas flowing in the dv2ii pipes and, on the other hand, minimal frictional resistance against the bulk material sinking past.

Zur Einstellung eines gleichmäßigen Absinkens trägt der Schwingtrichter bei, bei dem das Schüttgut gleichmäßig durch einen Ringspalt austritt. Eine periphere Anordnung desselben und der damit erzielbare periphere Austrag kompensieren je nach Schüttgut die Wandreibung. Soweit diese Maßnahme nicht ausreicht, kann der Schachtreaktor vorteilhaft nach unten konisch erweitert und/oder die Rohre können im Zentralbereich des Schachtquerschnitts enger als im Randbereich angeordnet werden.The vibrating funnel helps to ensure uniform sinking, with the bulk material evenly exiting through an annular gap. A peripheral arrangement of the funnel and the peripheral discharge that can be achieved thereby compensate for the wall friction depending on the bulk material. If this measure is not sufficient, the shaft reactor can advantageously be tapered downwards and/or the pipes can be arranged more closely in the central area of the shaft cross-section than in the edge area.

Um der Gefahr von Verletzungen besonders bei höheren Schüttguttemperaturen vorzubeugen, kann der Mantel des Kühlschachtteils mit einem Berührungsschutz ausgebildet sein.In order to prevent the risk of injury, especially at higher bulk material temperatures, the casing of the cooling shaft section can be designed with contact protection.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigtFurther advantages and embodiments or possibilities of the invention will become apparent from the following description of the embodiments shown in the schematic drawing. It shows

Fig. 1 einen Schachtreaktor nach der Erfindung im Vertikalschnitt undFig. 1 a shaft reactor according to the invention in vertical section and

Fig. 2 einen Ausschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Rohr- und Kanalsystem im Schächtireaktoif«Fig. 2 shows a section through a pipe and channel system designed according to the invention in the shaft reactor.

Ein für eine intensive Schüttgutkühlung geeigneter Schachtreaktor mit erfindungsgemäßen Aufbau weist, in Fließrichtung des in ihm zu behandelnden Schüttgutes gesehen, nacheinander eine Temperstrecke 1 zum Halten des durch eine Schüttgut-Aufgabeöffnung 10 zugeführten Schüttgutes, beispielsweise Gipszement, daran anschließend einen Kühlschacht 2 und in dessen unterem Bereich einen Schwingtrichter 3 auf, der ein gleichmäßiges Absinken der Schüttgutsäule bewirkt.A shaft reactor suitable for intensive bulk material cooling with a structure according to the invention has, viewed in the flow direction of the bulk material to be treated in it, a tempering section 1 for holding the bulk material fed through a bulk material feed opening 10, for example gypsum cement, followed by a cooling shaft 2 and in the lower area of the latter a vibrating funnel 3 which causes the bulk material column to sink evenly.

Der Aufgabeöffnung 10 ist ein Füllstandswächter 4 zugeordnet. Bei besonders heißem Schüttgut handelt es sich um einen Gammastrahler mit einem Empfänger. Die Füllstandsüberwachung kann auch durch das Gewicht des Schachtreaktors mittels einer Druckmeßdose 5 erfolgen. Die Füllstandwächter 4 und 5 betätigen den Schwingtrichter 3 so, daß der Schachtreaktor gefüllt bleibt.A level monitor 4 is assigned to the feed opening 10. For particularly hot bulk material, this is a gamma emitter with a receiver. The level can also be monitored by the weight of the shaft reactor using a pressure cell 5. The level monitors 4 and 5 actuate the vibrating hopper 3 so that the shaft reactor remains full.

Die Temperstrecke 1 ist so bemessen, daß sich bei dem gewünschten Durchsatz die gewünschte Verweilzeit ergibt. Eine isolierung 11 hält die Temperatur des eintretenden Schüttgutes nahezu konstant. In dem Kühlschacht 2 sind Rohre 6 quer eingezogen. Die Rohre 6 sind lanzettförmig, so daß sie eine große Oberfläche für den Wärmeübergang an das Schüttgut bieten und diesem gleichzeitig wenig Reibungswiderstand entgegensetzen. Der Kühlschacht 2 ist bei höhren Temperaturen mit einem Berührungsschutz 12 versehen.The tempering section 1 is dimensioned so that the desired dwell time is achieved at the desired throughput. An insulation 11 keeps the temperature of the incoming bulk material almost constant. Pipes 6 are inserted transversely in the cooling shaft 2. The pipes 6 are lancet-shaped so that they offer a large surface for the heat transfer to the bulk material and at the same time offer little frictional resistance. The cooling shaft 2 is provided with a contact protection 12 at higher temperatures.

Die Kühlrohre 6 werden von Luft durchströmt und bewirken die indirekte Kühlung des Schüttguts an den Rohrflächen. Nicht dargestellt sind ein Ventilator und ein Sammelkanal für die Luftzuführung zu mehreren Rohren 6. Die Kühlluft kann mehrfach, vorzugsweise entgegen dem Schüttgutstrom, durch die Rohre 6 geführt werden.Air flows through the cooling pipes 6 and causes the bulk material to be indirectly cooled on the pipe surfaces. Not shown are a fan and a collecting duct for supplying air to several pipes 6. The cooling air can be guided through the pipes 6 several times, preferably against the flow of the bulk material.

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Bei dem in Fig. 2 gezeigten, von dem Aufbau der Fig. 1 abweichenden Kühlsystem sind Rohre 7 mit feinen, gleichmäßig verteilten, einen Widerstand gegen den Gasdurchtritt bewirkenden Löchern 9 an der Rohrunterseite sowie an ihrer Unterseite offene Kanäle 8 vorgesehen. Die Höhe des Widerstandes richtet sich nach der Feinheit und damit der gleichmäßigen Durchgasbarkeit des Schüttgutes. Die den Widerstand bewirkenden Löcher 9 können auch durch ein an der Unterseite der Rohre 7 angebrachtes Gitter oder Gewebe eventuell zusätzlich zu den Löchern 9 - gebildet werden. Die Rohre 7 und die Kanäle 8 sind dicht von dem Schüttgut umgeben. Die Luftzufuhr ist an dia Rohre 7 und die Luftabführung an die Kanäle 8 angeschlossen. Durch den Druckabfall der Luft beim Durchtritt durch die Löcher 9 infolge des erzeugten Widerstandes wird die Gleichverteilung der Luft beim Durchtritt durch das Schüttgut zu den Kanälen 8 bewirkt.In the cooling system shown in Fig. 2, which differs from the structure in Fig. 1, pipes 7 with fine, evenly distributed holes 9 on the underside of the pipes, which create resistance to the passage of gas, and open channels 8 on their underside are provided. The level of resistance depends on the fineness and thus the even gas permeability of the bulk material. The holes 9 which create the resistance can also be formed by a grid or fabric attached to the underside of the pipes 7, possibly in addition to the holes 9. The pipes 7 and the channels 8 are tightly surrounded by the bulk material. The air supply is connected to the pipes 7 and the air discharge to the channels 8. The pressure drop of the air when passing through the holes 9 as a result of the resistance generated causes the air to be evenly distributed when passing through the bulk material to the channels 8.

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Claims

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1. Device constructed as a shaft reactor for the heat treatment of hot, free-flowing bulk material conveyed in the shaft reactor by gravity, with a bulk material feed and a bulk material discharge, wherein a pipe and/or channel system for supplying cooling gas to or into the bulk material and for discharging the cooling gas from the bulk material area is arranged in the shaft reactor essentially transversely to the main shaft direction and thus to the bulk material conveying direction and the pipe and/or channel elements of this system are optionally at least partially open downwards, i.e. in the bulk material conveying direction, characterized in that the shaft reactor has a tempering section (1) in the bulk material conveying direction for cooling the temperature of the bulk material entering through the bulk material feed (10), a cooling shaft part (2) having the pipe and/or channel system (6, 7, 8) and the bulk material discharge formed with a vibrating funnel (3). includes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the cooling gas-introducing pipes (7) have fine, evenly distributed openings on their underside which cause a resistance,

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the channels (8) discharging the cooling gas are open on their underside.

4. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the pipes (7) and channels (8) are arranged alternately in tiers in the cooling shaft (2).

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5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling air pipes (6) are lancet-shaped.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the man-

\ tel of the cooling shaft part (2) with a contact protection

\ (12) is formed.

7. Device according to one of claims 1 to 6, d a jj characterized in that the

* Shaft reactor is conically expanded towards the bottom.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the

\ Pipes (6) in the central area of the shaft cross-section

I are arranged more closely than in the edge area.

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