Was ist Wirbelschicht?
A Wirbelbett ist ein Prozess, bei dem feste Partikel in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand suspendiert werden, normalerweise durch Einblasen von Luft oder Gas durch den Boden eines Behälters. Dadurch entsteht ein Bett aus Partikeln, die sich in ständiger Bewegung befinden und sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases haben. Fließbetten werden üblicherweise in industriellen Prozessen wie der chemischen Produktion, der Ölraffination und der Stromerzeugung verwendet.
Das Konzept der Fluidisierung wurde erstmals in den 1930er Jahren von einem britischen Ingenieur namens Lewis Fry Richardson entdeckt, der feststellte, dass sich Sand wie eine Flüssigkeit verhält, wenn er vom Wind verweht wird. In den 1940er Jahren entwickelte der deutsche Wissenschaftler Fritz Winkler den ersten Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von synthetischem Benzin.
Fließbetten haben viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Festbettreaktoren, einschließlich verbesserter Wärme- und Stoffübertragung, erhöhter Reaktionsgeschwindigkeiten und besserer Kontrolle von Temperatur und Druck. Das flüssigkeitsähnliche Verhalten der Partikel verringert auch das Risiko von Hot Spots oder Totzonen, die zu ineffizienten oder unvollständigen Reaktionen führen können.
Die Grundkonstruktion einer Wirbelschicht besteht aus einem Behälter oder Gefäß, das mit einem festen Material gefüllt ist, typischerweise einer körnigen Substanz wie Sand, Kalkstein oder Katalysatorpartikeln. Luft oder Gas wird dann vom Boden des Behälters eingeführt, wodurch ein Flüssigkeitsstrom entsteht, der die Partikel anhebt und in der Luft suspendiert.
Wenn die Flüssigkeit durch das Bett fließt, bewirkt sie, dass sich die Partikel bewegen und miteinander kollidieren, wodurch ein dynamischer Misch- und Mischungseffekt entsteht. Diese Bewegung setzt die Partikel auch einem größeren Oberflächenbereich aus, was eine effizientere Wärme- und Stoffübertragung zwischen den Partikeln und dem umgebenden Fluid ermöglicht.
Einer der Hauptvorteile von Fließbetten ist ihre Fähigkeit, die Temperatur der Reaktion zu steuern. Durch die Anpassung der Durchflussrate und Temperatur der Flüssigkeit können Bediener eine konstante Temperatur im gesamten Bett aufrechterhalten, Hot Spots vermeiden und sicherstellen, dass die Reaktion mit optimaler Geschwindigkeit abläuft.
Fließbetten werden üblicherweise bei der Herstellung von Chemikalien verwendet, wie z. B. bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol und anderen Petrochemikalien. Sie werden auch bei der Verarbeitung von Lebensmitteln und Arzneimitteln sowie bei der Behandlung von Abwasser und anderen Industrieabwässern eingesetzt.
In der Stromerzeugungsindustrie werden Wirbelschichten bei der Verbrennung von Kohle und anderen fossilen Brennstoffen verwendet. Dabei wird der Brennstoff in einer Wirbelschicht aus Kalkstein verbrannt, der mit dem bei der Verbrennung entstehenden Schwefeldioxid zu Calciumsulfat (Gips) reagiert. Dieser als Wirbelschichtfeuerung bekannte Prozess reduziert den Ausstoß von Schwefeldioxid und anderen Schadstoffen, die mit herkömmlichen Kohlekraftwerken verbunden sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wirbelschichten eine innovative und vielseitige Technologie sind, die viele industrielle Anwendungen hat. Sie bieten eine verbesserte Wärme- und Stoffübertragung, erhöhte Reaktionsgeschwindigkeiten und eine bessere Kontrolle von Temperatur und Druck. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter in der chemischen Produktion, Energieerzeugung, Lebensmittelverarbeitung und Abwasserbehandlung.
