In der Technik gibt es eine Vielzahl von Prozessen, die in Schilttungen ablaufen. Neben den Hochtemperatur-Schachtofen, z.B. Hochofen, Kupolofen, Kalkschachtofen, kennt man in der chemischen Verfahrenstechnik zahlreiche Apparaturen, die allgemein als Schilttkorpersaulen bezeichnet werden konnen. Ihre Ausfilhrungsformen sind sehr mannigfaltig, da derartige Schilttkorpersaulen ein- oder auch mehrphasig betrieben werden. Sie konnen z.B. zur Gasbefeuchtung, Gaswasche, Rektifikation, Desorption und Absorption sowie als Katalysatorschtittungen zur Abwicklung von chemischen Prozessen oder als Ionenaus tauscher zur wasseraufbereitung angewendet werden. Je nach Anwendungsart verwendet man die Festbett-, die FlieB bett- oder die Wirbelbettschilttung. Wah rend sich bei der Fest bettschilttung die einzelnen Schlittungsteilchen in ihrer Lage untereinander nicht verandern und somit die Schilttung ihren mittleren Lilckengrad behalt, ist bei Nirbelbettschilttungen dieser mittlere Luckengrad nur schwer zu definieren, da alle Schilttgutteilchen fortwahrend ihre Lage und ihren Abstand von einander andern. In Schachtofen oder im Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktor [1] sinkt bei kontinuierlicher Beschickung das Schilttgut langsam nach unten; daher kann dieses jeweils als Festbettschilttung be trachtet werden, da die Sinkgeschwindigkeit des Schuttgutes gegenuber den in der Schilttung vorherrschenden Stromungsgeschwin digkeiten vernachlassigbar ist. Innerhalb von Schilttungen sind die Stromungsvorgange neben den Diff~sionsvorgangen von groBer Bedeutung; denn es lassen sich daraus bereits Aussagen ilber die Stoffverteilung in Schutt gtitern ableiten, da eine Kopplung zwischen Stromungs- und Stoff transportvorgangen vorliegt.

Autorentext
Hans Kremer, geb. 1954, besuchte die Hochschule für Musik und Theater in Hannover und spielte anschließend in Köln, München und Hamburg Theater. Auch in zahlreichen Kino- und Fernsehfilmen ist er zu sehen, zu seinen ersten Arbeiten gehörte 1986 'Stammheim', für die Darstellung des Jan-Carl Raspe wurde er mit dem Goldenen Bären ausgezeichnet.

Inhalt

Einleitung.- 2. Zielsetzung der Forschungsarbeit.- 3. Strömungstechnische Untersuchungen.- 3.1 Literatur über Strömung und Druckverlust in Schüttungen.- 3.1.1 Druckverlust bei eindimensionalen Strömungen für laminares und turbulentes Strömungsverhalten.- 3.1.2 Kennzeichnung der verwendeten Größen zur Beschreibung des Druckverlustes.- 3.1.3 Druckverlust in Analogie zur Rohrströmung.- 3.1.4 Druckverlust bei laminarer und turbulenter Strömung sowie im Ubergangsbereich.- 3.1.5 Beziehungen für den Druckverlust bei laminarer Strömung.- 3.1.6 Beziehungen für den Druckverlust bei turbulenter Strömung.- 3.1.7 Beziehungen für den Druckverlustunabhängig vom Strömungszustand.- 3.1.8 Übersicht über die verschiedenen Druckverlustbeziehungen.- 3.2 Dreidimensionale Strömung durch Schüttunge.- 3.2.1 Grundgleichungen zur Beschreibung des Strömungsverhaltens in Schüttungen.- 3.2.1.1 Kontinuitätsgleichung.- 3.2.1.2 Bewegungsgleichungen.- 3.2.1.2.1 Vereinfachende Ansätze zur Lösung der Navier-Stokes'sehen Gleichungen für die laminare Strömung.- 3.2.2 Inkompressible und kompressible laminare Strömung.- 3.2.3 Vereinfachte Bewegungsgleichung für turbulente Strömung.- 3.2.3.1 Allgemeine Schreibweise für drei dimensionale turbulente Strömungen.- 3.3 Vergleich der Beziehungen für die Strömung durch Schüttgüter mit den Beziehungen der Wärmeleitung in festen Körpern.- 3.3.1 Kontinuitätsgleichung für eine Schüttkörperströmung und den Vorgang der Wärmeleitung.- 3.3.2 Analogie zwischen der Bewegungsgleichung für die Schüttkörperströmung und der Wärmeleitungsgleichung nach Fourier.- 3.3.3 Gleichzeitige numerische Lösung von Bewegungsgleichung und Kontinuitätsgleichung.- 3.3.3.1 Übertragbarkeit von Lösungen vom Gebiet der Wärmeleitung auf das Gebiet der Schüttgutströmung.- 3.4 Ausbildung des Strömungs- und Druckfeldes als Variationsproblem.- 3.4.1 Das Strömungsfeld bei unterschiedlichen Randbedingungen.- 3.5 Ein Verfahren zur Berechnung stationärer Wärmeleit- und Strömungsvorgänge dreidimensionaler Felder in Schüttungen.- 3.5.1 Voraussetzungen zur Berechnung.- 3.5.2 Beschreibung des Berechnungsverfahrens.- 3.5.3 Genauigkeit des Berechnungsverfahrens.- 3.6 Verwendbare Randbedingungen.- 3.6.1 Druckfeld in Schüttungen.- 3.7 Durchführung der Rechnung.- 3.7.1 Rechnung zum Vergleich mit den ex-perimentellen Ergebnissen der Vorversuche.- 3.7.2 Überlagerungsströmung.- 3.7.3 Ergebnisse der Rechnung.- 3.7.4 Kritik an der Rechnung.- 3.8 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung.- 3.8.1 Versuchsaufbau zur Durchführung der Vorversuche.- 3.8.2 Versuchsaufbau zur Untersuchung der Überlagerungsströmung.- 3.8.3 Mengenmeßeinrichtungen.- 3.8.4 Ermittlung des mittleren Kugeldurchmessers und des Lückengrades.- 3.8.4.1 Kugeldurchmesser.- 3.8.4.2 Lückengrad.- 3.8.5 Geschwindigkeitsmessung.- 3.8.6 Versuchsdurchführung.- 3.8.6.1 Vorversuche.- 3.8.6.2 Überlagerungsströmung.- 3.9 Ergebnisse über Rechnung und Versuch.- 3.9.1 Vergleich von Berechnungs- und Meßergebnissen.- 3.9.1.1 Vorversuche.- 3.9.1.2 Überlagerungsströmung im Schüttrohr.- 3.9.1.3 Massenstromverhältnis ?S/?Gr = 0, 32 bei einem Einspeisedurchmesser von 20 mm.- 3.9.1.4 Massenstromverhältnis ?S/?Gr =1, 28 bei einem Einspeisedurchmesser von 40 mm.- 3.9.1.5 Genauigkeit der Versuche.- 3.9.1.6 Übertragbarkeit der Massenstromwerte auf unterschiedliche Stoffe.- 3.9.2 Berechnung einer Überlagerungsströmung bei unterschiedlichen Bedingungen.- 3.9.2.1 Räumlicher Strömungsverlauf.- 3.9.2.2 Einfluß der Schütthöhe, der Einspeisegeometrie und der Einspeisemengen auf das Strömungsfeld.- 3.9.2.2.1 Verlauf der Querströmung bei verschiedenen Schütthöhen.- 3.9.2.2.2 Extreme Versuchsbedingungen.- 3.9.3 Massenstromdichteverteilung.- 4. Untersuchung der Vermischung verschiedener Stoffströme in Schüttungen.- 4.1 Literatur über den Stofftransport in Schüttungen.- 4.2 Beschreibung der Diffusionsvorgänge in Schüttungen.- 4.3 Näherungstheorie für die Vermischung verschiedener Stoffströme in Schüttungen.- 4.4 Durchführung der Konzentrationsmessungen.- 4.5 Auswertung der Messungen.- 4.6 Schlußfolgerungen.- 5. Zusammenfassung.- 6. Literaturverzeichnis.- Abbildungen.