Partikel- und Schüttgutmechanik - Lehrstuhl Mechanische ...

Im instabilen Übergangsbereich zur instationären Wirbelschicht können
bei genügend schlanken und hohen Wirbelschichtapparaten und nicht fein-
körnigem Gut Blasen auftreten, die sich über den gesamten Schichtquer-
schnitt erstrecken, Bild F 3.105. Dann ergeben sich stoßartige Auf- und Ab-
bewegungen (stoßende Wirbelschicht, slugging).
Weitere Inhomogenitäten können dadurch bedingt sein, daß das eintretende
Gas vom Anströmboden ungenügend verteilt wird, so daß dieses die Schicht
nur in begrenzten Bereichen durchbricht (durchbrochene Wirbelschicht,
channeling). Wirbelschichten, der zuletzt geschilderten Art werden als inhomogene
Wirbelschichten bezeichnet. In ihnen ist der Feststoff ungleichmäßig
verteilt, und die Porosität unterliegt starken örtlichen und zeitlichen
Schwankungen.
Besondere Schwierigkeiten hinsichtlich des Fluidisierens bereitet kohäsives
bis sehr kohäsives, feinstkörniges Schüttgut (sog. Gruppe C der GEL-
DART-Klassifizierung F 3.105. Auf Grund ihrer Feinheit ist der Durchströmungswiderstand
sehr hoch bei sehr geringer Gasdurchströmungsgeschwindigkeit,
siehe Gl.( 3.169). Infolge der hohen Partikelhaftkräfte ist die Strömungswiderstandskraft
nicht in der Lage die einzelnen Partikelkontakte abzulösen.
Es bleibt das schlecht durchströmbare Kontinuum weitstgehend
erhalten und nach Gasdurchbruch bilden sich größere Strömungskanäle mit
hoher Gasgeschwindigkeit. Das Gas „sucht“ sich folglich den Weg des geringsten
Strömungswiderstandes, Bild F 3.105.
Sämtliche bisher behandelten Wirbelschichtzustände kann man, wenn von
den Instabilitäten abgesehen wird, als stationäre Wirbelschichten bezeichnen.
Hierbei ist die obere Schichtbegrenzung gegenüber dem darüber befindlichen
Fluidraum noch deutlich ausgeprägt. Allerdings werden dabei
einzelne Partikeln schon nach oben herausgeschleudert und gegebenenfalls
auch mit der Fluidströmung abgeführt. Ob letztere vom Fluidstrom abtransportiert
werden oder nicht, hängt letztlich vom Verhältnis der Schwebegeschwindigkeit
der einzelnen Partikeln zur Fluidgeschwindigkeit ab. Solange
die erstere größer als die letztere ist, werden die ausgestoßenen Einzelkörner
wieder zurückfallen. Bei breiterer Partikelgrößenverteilung kann
dieser Umstand für Klassierprozesse ausgenutzt werden, wenn der abzutrennende
Feinkornanteil gering ist (klassierende Wirbelschicht).
Wird die Schwebegeschwindigkeit aller Partikeln überschritten, so verschwindet
die obere Schichtgrenze und das gesamte Gut wandert stark aufgelockert
mit dem Fluidstrom (instationäre Wirbelschicht). Führt man bei
sehr hohen Apparategrößen den ausgetragenen Feststoff wieder über eine
Bypass-Leitung in die Wirbelschicht zurück, so erhält man eine sog. zirkulierende
Wirbelschicht.
Schüttec_3 VO Partikelmechanik und Schüttguttechnik, Kontakt- und Kontinuumsmechanik
Prof. Dr. Jürgen Tomas, 16.04.2012
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