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Reaktoren für heterogene Reaktionen

Wirbelschichtzustände

Homogene Wirbelschicht

Technische Wirbelschichtreaktoren werden meist bei niedrigen Anströmgeschwindigkeiten betrieben, so dass eine niedrig expandierende Wirbelschicht vorliegt. Der Feststoff verbleibt unter diesen Bedingungen, abgesehen vom Feinkornanteil, im Reaktor.

Hochexpandierte Wirbelschicht

Mit zunehmender Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit wird schließlich das Gebiet der pneumatischen Förderung erreicht, das durch relativ niedrige Feststoffkonzentration im Reaktor und kurze Verweilzeiten von Gas und Feststoff gekennzeichnet ist. Bevor dieser Zustand erreicht ist, befindet sich die Wirbelschicht in einem Zwischenzustand, der so genannten hochexpandierten Wirbelschicht. Für die hochexpandierte Wirbelschicht ist kennzeichnend:

  • Gasgeschwindigkeit liegt oberhalb der Sinkgeschwindigkeit der Einzelteilchen
  • Partikel beeinflussen sich gegenseitig und fallen teilweise in den Reaktor zurück
  • relativ niedrige Feststoffkonzentrationen
  • schwer beschreibbare Strömungsformen
  • Ausbildung von Gaskanälen und Feststoffsträhnen

Zirkulierende Wirbelschicht

In der hochexpandierten Wirbelschicht wird der Feststoff in hohem Maße aus dem Reaktor getragen. Dabei wird er über Zyklone (zylinderförmige Abscheider) abgeschieden und wieder in den Reaktor zurückgeführt. Es entsteht die zirkulierende Wirbelschicht, die wegen des hohen Stoff- und Wärmetransports und des Einsatzes feinkörnigen Materials ( d p <300 μm) gerade für Reaktionen geeignet ist, die mit hohen Geschwindigkeiten ablaufen.

Abb.1
Zirkulierende hochexpandierte Wirbelschicht zur Calcinierung von Tonerdehydrat
aus Baerns/Hofmann/Renken, Chemische Reaktionstechnik - Lehrbuch der Technischen Chemie Band 1, 2. Auflage, 1992, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Abb. 8.15, S. 255

mit freundlicher Genehmigung des Georg Thieme Verlags

Anschauliches: Machen Sie sich den Aufbau und die Wirkungsweise von Zyklonen anhand einer Abbildung deutlich.

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