Wirbelschichtagglomeration

Der Übergang vom ruhenden Festbett zur Wirbelschicht beginnt, wenn der durchströmende Gasstrom den Gewichtskräften des Partikelbettes entspricht. Diese Mindestfluidisationsbedingung lässt sich vereinfacht durch das Gleichgewicht von Druckverlust und Gewichtskraft beschreiben:

Delta_p = (rho_s - rho_g) * g * H

Dabei ist Delta_p der Druckverlust über das Partikelbett, rho_s die Partikeldichte, rho_g die Gasdichte, g die Erdbeschleunigung und H die Bett- oder Schichthöhe. Dieser Zusammenhang beschreibt den physikalischen Startpunkt der Fluidisation.

Für die praktische Auslegung der Wirbelschichtagglomeration wird die Mindestfluidisationsgeschwindigkeit häufig mit der empirischen Wen-&-Yu-Korrelation bestimmt:

Re_mf = ( (33.7^2 + 0.0408 * Ar)^(1/2) ) - 33.7

Dabei ist Re_mf die Reynolds-Zahl bei Mindestfluidisation und Ar die Archimedes-Zahl des Partikel-Gas-Systems. Aus Re_mf lässt sich die notwendige Gasgeschwindigkeit berechnen, bei der eine stabile Wirbelschicht entsteht.

Während der Wirbelschichtagglomeration wird ein Bindemittel in die fluidisierte Partikelschicht eingesprüht. Die Partikel benetzen sich, haften aneinander und bilden Agglomerate. Gleichzeitig erfolgt die Trocknung durch den Gasstrom. Korngröße, Porosität und Festigkeit der Agglomerate lassen sich gezielt einstellen.

• Delta_p ist der Druckverlust über das Partikelbett (Pa)
• rho_s ist die Dichte der Feststoffpartikel (kg/m³)
• rho_g ist die Dichte des Gases (kg/m³)
• g ist die Erdbeschleunigung (m/s²)
• H ist die Höhe des Partikelbettes (m)
• Re_mf ist die Reynolds-Zahl bei Mindestfluidisation (–)
• Ar ist die Archimedes-Zahl (–)