-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zur Behandlung von Schüttgütern, insbesondere
zur thermo-chemischen Behandlung von Schüttgütern aus Polymermaterial wie
Polyester, Polyamide, Polycarbonate, oder von verarbeiteten Lebensmitteln bzw.
Futtermitteln.
-
Bei
der Behandlung von Schüttgütern in
Reaktoren ist man bestrebt, für
alle in dem Reaktor behandelten Schüttgutteilchen dieselben Behandlungsbedingungen
zu gewährleisten.
Dies bedeutet, dass entweder an jedem Ort innerhalb des Reaktors
dieselben Behandlungsbedingungen hergestellt werden und/oder dass
man das Schüttgut
innerhalb des Reaktors derart durchmischt, dass alle Schüttgutteilchen
während
ihres Aufenthaltes kumuliert dasselbe Behandlungsergebnis erfahren.
-
Um
eine solche Vergleichmässigung
der Behandlung der einzelnen Schüttgutpartikel
zu erzielen, werden die Teilchen z.B. auf einem Band und mit geringer
Schütthöhe durch
einen Behandlungsraum bewegt und/oder das Schüttgut wird durch mechanische
Mischwerkzeuge oder durch ein Fluid durchmischt.
-
Die
Verwendung mechanischer Mischwerkzeuge kann bei Schüttgütern zu
starkem Abrieb und somit zur Staubbildung führen, während die Verwendung eines
Fluids zur Durchmischung apparativ aufwändig ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zur Behandlung
eines Schüttgutes
bereitzustellen, der einerseits eine schonende, d.h. möglichst
abrieb- und somit staubarme, und andererseits eine apparativ wenig
aufwändige
und dennoch weitgehend gleichmässige
Behandlung aller Partikel des Schüttgutes ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Reaktor gemäss Anspruch 1 gelöst. Er eignet
sich zur Behandlung von Schüttgütern, insbesondere
zur thermo-chemischen Behandlung von Schüttgütern aus Polymermaterial wie
Polyester, Polyamide, Polycarbonate, oder von verarbeiteten Lebensmitteln
bzw. Futtermitteln.
-
Dieser
erfindungsgemässe
Reaktor enthält mindestens
eine um eine Drehkammer-Drehachse mittels
einer Antriebseinheit drehbare Drehkammer mit einem Einlass für das zu
behandelnde Schüttgut und
einem Auslass für
das behandelte Schüttgut.
Der Auslass ist in einer Wand der Drehkammer derart angeordnet,
dass er sich unabhängig
von der Drehstellung der Drehkammer um die Drehkammer-Drehachse
stets um mehr als eine vorbestimmte Mindesthöhe über dem tiefsten Punkt des
Drehkammer-Volumens befindet. Ausserdem enthält der erfindungsgemässe Reaktor
mindestens ein um eine Hubelement-Drehachse drehbares Schüttgut-Hubelement.
Dieses Schüttgut-Hubelement
erreicht während
seiner Drehbewegung um die Hubelement-Drehachse den tiefsten Bereich
des Drehkammer-Volumens, in welchem es sich in einer Aufnahmestellung
befindet und in der Drehkammer enthaltenes Schüttgut aus dem tiefsten Bereich
aufnimmt. Im weiteren Verlauf seiner Drehbewegung bewegt sich dieses
Schüttgut-Hubelement zusammen
mit dem aufgenommenen Schüttgut zumindest
bis auf die vorbestimmte Mindesthöhe nach oben, auf welcher es
sich in einer Abgabestellung befindet und das aufgenommene Schüttgut in den
Auslass abgibt. Dieser Zyklus wiederholt sich beim Betrieb des erfindungsgemässen Reaktors,
so dass das Schüttgut
nach und nach entlang einer Schüttgut-Förderrichtung
von dem Einlass zu dem Auslass des Reaktors befördert wird.
-
Durch
das im Innern des Reaktors umlaufende Schüttgut-Hubelement wird das Schüttgut der Reihe
nach schonend aufgenommen, innerhalb des Reaktors angehoben und
durch den Auslass abgegeben. Durch die Drehkammerbewegung wird eine schonende
Durchmischung des Schüttgutes
erreicht. Das Schüttgut-Hubelement
nimmt einen Teil des am Boden der Drehkammer angesammelten Schüttgutes
auf. Dieses Aufnehmen des Schüttgutes
stellt eine rein zufällige
Probennahme eines Teiles der Partikel aus der Gesamtheit der Partikel
dar und trägt
somit ebenfalls zur Vergleichmässigung
der Schüttgut-Behandlung
in dem erfindungsgemässen
Reaktor bei.
-
Vorzugsweise
ist bei dem erfindungsgemässen
Reaktor das Schüttgut-Hubelement
in dem Drehkammer-Volumen von dem Einlass axial beabstandet und
an den Auslass angrenzend angeordnet, so dass es während seiner
Drehbewegung nur das vom Einlass abgewandte und an den Auslass angrenzende Teilvolumen
des Drehkammer-Volumens durchläuft. Auf
diese Weise erreicht man, dass durch den Einlass in das Drehkammer-Volumen
eintretendes Schüttgut
nicht sofort von dem Schüttgut-Hubelement
erfasst wird. Dadurch wird beim kontinuierlichen Betrieb des erfindungsgemässen Reaktors
eine Mindestverweilzeit der einzelnen Schüttgut-Partikel im Reaktor gewährleistet.
-
Gemäss einer
vorteilhaften Weiterentwicklung weist der erfindungsgemässe Reaktor
mehrere Drehkammern in Serie auf, wobei zwischen benachbarten Drehkammern
der Auslass einer Drehkammer mit dem Einlass der benachbarten Kammer
verbunden ist, wobei vorzugsweise jeweils zwei aneinandergrenzende
Drehkammern durch eine Trennwand voneinander abgegrenzt sind, in
der sich jeweils eine Öffnung
befindet, die den Auslass der einen und den Einlass der anderen
der beiden aneinandergrenzenden Drehkammern bildet. Durch die mehreren
Kammern wird eine Vergleichmässigung
der Behandlungszeit der einzelnen Schüttgutpartikel, d.h. ein sehr
enges Verweilzeitspektrum erreicht.
-
Es
sind verschiedene Geometrien und Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Reaktors möglich.
-
Die
Drehkammer-Drehachse kann mit einer Körperachse, insbesondere der
Symmetrieachse und/oder der Schwerpunktachse, der Drehkammer bzw.
der Drehkammern identisch sein. Auf diese Weise erhält man einen
besonders produktschonend arbeitenden "Drehreaktor".
-
Wenn
die Drehkammer-Drehachse mit einer Körperachse, insbesondere der
Symmetrieachse und/oder der Schwerpunktachse, der Drehkammer bzw.
der Drehkammern nicht identisch ist, erhält man eine "Taumelreaktor", der zwar etwas
weniger produktschonend arbeitet, dafür aber eine intensivere Durchmischung
des Produktes als der "Drehreaktor"-Typ erreicht.
-
Zweckmässigerweise
erstreckt sich die Drehkammer-Drehachse durch die jeweiligen Öffnungen.
Dadurch können
ein mit dem Einlass verbundener Schüttgut-Einlasskanal und ein
mit dem Auslass verbundener Schüttgut-Auslasskanal
konzentrisch um die Drehachse angeordnet werden. Dies erleichtert
die Abdichtung zwischen der drehbaren Drehkammer und dem feststehenden
Einlass- und Auslasskanal.
-
Zweckmässigerweise
sind auch die Drehkammer-Drehachse und die Hubelement-Drehachse identisch.
Dies erleichtert den gemeinsamen Drehantrieb der Drehkammer und
des in ihr enthaltenen Schüttgut-Hubelements über ein
einzige Drehachse, wobei zwischen dem Drehkammer-Drehantrieb und dem
Hubelement-Drehantrieb ggf. eine Übersetzung geschaltet ist,
so dass die Drehkammer und das Hubelement mit unterschiedlichen
Drehzahlen angetrieben werden können.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Schüttgut-Hubelement
mit der Drehkammer-Innenwand
starr verbunden ist. Dadurch werden Relativbewegungen zwischen der
Drehkammer und dem Hubelement und somit jegliche Gefahr einer übermässigen Beanspruchung
des Produktes ausgeschlossen.
-
Das
Schüttgut-Hubelement
kann mit der Drehkammer-Innenwand abschnittsweise starr verbunden
sein, so dass zwischen der am Schüttgut angreifenden Fläche des
Hubelements und der Drehkammer-Innenwand Durchtritte vorhanden sind.
Somit kann ein Teil des vom Hubelement erfassten Schüttgutes
durch diese Durchtritte hindurchrieseln, was ebenfalls zur Durchmischung
und Vergleichmässigung
der Schüttgutbehandlung
beiträgt.
-
Vorzugsweise
weist das Schüttgut-Hubelement
eine Ladefläche
auf, die in der Aufnahmestellung des Schüttgut-Hubelements mit Schüttgut beladen
werden kann und von der in der Abgabestellung des Schüttgut-Hubelements
Schüttgut
in den Auslass abgeladen werden kann. Dadurch lässt sich eine definierte Teilmenge
des gesamten Schüttgutes
in der Drehkammer erfassen und weiterbefördern.
-
Zweckmässigerweise
stellen die mehreren aneinandergrenzenden Drehkammern ein prismenförmiges oder
zylinderförmiges
Gebilde mit einer Mantelwand dar, wobei die Prismenachse bzw. die Zylinderachse
mit den Drehkammer-Drehachsen identisch ist. Das Schüttgut-Hubelement
ist dabei ein blattartiges oder schaufelartiges Gebilde, das jeweils an
einer Trennwand, welche eine radial innen angeordnete Öffnung aufweist,
angebracht ist und sich in axialer Richtung entgegengesetzt zur
Produkt-Förderrichtung
von der Trennwand weg in das Drehkammer-Volumen hinein und in radialer
Richtung von der Mantelwand entlang der Trennwand durchgehend bis zum
Bereich der Öffnung
erstreckt. Somit kann das Hubelement auch Partikel vom untersten
Teil der Schüttung
aufnehmen.
-
Besonders
vorteilhaft, insbesondere für
kleine Schüttgutpartikel,
ist es, wenn das Schüttgut-Hubelement
sowohl mit der Mantelwand als auch mit der Trennwand abdichtend
bzw. spaltfrei verbunden ist. Dadurch wird vermieden, dass Partikel
in Spalten eindringen, was besonders bei Ausführungen mit einer Relativbewegung
zwischen Drehkammer und Hubelement zu einer ungewollten Vermahlung
von Produkt und somit zur Staubbildung führen könnte.
-
Der
Verbindungsbereich des Schüttgut-Hubelements
mit der Mantelwand und mit der Trennwand kann Spalte und/oder Löcher aufweisen.
Somit fällt
während
der Drehbewegung ein Teil des vom Hubelement mitgeführten Schüttgutes
wieder zurück
in die Schüttgut-Schüttung am
Boden der Drehkammer, was neben einer Rückvermischung auch zu einer Verbesserung
des Kontaktes einzelner Partikel mit einem Behandlungsgas in der
Drehkammer beiträgt.
-
Das
Schüttgut-Hubelement
kann auf der in die Drehkammer-Drehrichtung weisenden Seite unter
einem Winkel von weniger als 90° an
die Trennwand angestellt sein. Durch den so gebildeten V-förmigen Aufnahmebereich
zwischen dem Hubelement und der Trennwand lässt sich die während einer
Umdrehung des Schüttgut-Hubelements
aufnehmbare und anhebbare Schüttgutmenge
erhöhen.
-
Vorzugsweise
besitzt das Schüttgut-Hubelement
in der Ladefläche
auf der in die Drehkammer-Drehrichtung weisenden Seite Vertiefungen,
deren Form zur Form der Schüttgut-Partikel
komplementär
ist. Dadurch kann ein Wegrutschen der von dem Schüttgut-Hubelement aufgenommenen
und mitgeführten
Partikel verhindert werden, und es lässt sich pro Umdrehung eine
bestimmte Anzahl von Schüttgut-Partikeln
durch das Hubelement nach oben zu dem Auslass anheben.
-
Anstatt
oder ergänzend
zu den Vertiefungen kann das Schüttgut-Hubelement
Lochungen aufweisen. Diese habe eine ähnliche Funktion wie die erwähnten Vertiefungen,
verringern aber im Vergleich mit den Vertiefungen die Gefahr des
Anbackens von Schüttgut-Partikeln
an dem Hubelement.
-
Bei
dem Schüttgut-Hubelement
bzw. den Schüttgut-Hubelementen
mindestens eines Teils der Drehkammern ist das Schüttgut-Hubelement
siebartig ausgebildet. Dies verringert ebenfalls die Gefahr des
Anbackens von Schüttgut-Partikeln
an dem Hubelement und kann darüber
hinaus noch zu einer Klassierung von Schüttgut-Partikeln verwendet werden,
wenn in aufeinanderfolgenden Drehkammern zunehmend engmaschige Siebe
verwendet werden.
-
Vorzugsweise
nimmt die sich in axialer Richtung erstreckende Abmessung des Schüttgut-Hubelements
von seinem radial äusseren
Ende an der Mantelwand bis zu seinem radial inneren Ende im Bereich
des Auslasses zu. Dadurch wird gewährleistet, dass bei zunehmendem
Füllstand
der Drehkammer zunehmend mehr Schüttgut durch das Hubelement
entnommen und abgeführt
wird, so dass eine Überfüllung der
Drehkammer verhindert wird.
-
In
etwas abgewandelter Form kann die sich in axialer Richtung erstreckende
Abmessung des Schüttgut-Hubelements
so ausgestaltet sein, dass diese Abmessung vom radial äusseren
Ende des Hubelements an der Mantelwand bis zum radial inneren Ende
im Bereich des Auslasses ein Minimum durchläuft. Dadurch lässt sich
ein Drehkammer-Füllstand "auf halber Höhe" stabilisieren, dessen
Füllhöhe etwa dem
radialen Abstand zwischen der radialen Position dieser minimalen
Hubelement-Axialabmessung und der radialen Position der Mantelwand
(Drehkammer-Radius) entspricht.
-
So
kann sich das Minimum der axialen Abmessung des Schüttgut-Hubelements
an einem radialen Ort des Schüttgut-Hubelements
befinden, der grösser
als die maximale radiale Ausdehnung des Auslasses und kleiner als
90% des maximalen Innenradius des Drehkammer-Volumens ist. Insbesondere kann
das Minimum der axialen Abmessung des Schüttgut-Hubelements an einem
radialen Ort des Schüttgut-Hubelements
angeordnet sein, der zwischen der maximalen radialen Ausdehnung
des Auslasses und mindestens 5cm vom maximalen Innenradius des Drehkammer-Volumens
entfernt liegt.
-
Zweckmässigerweise
ist die sich in axialer Richtung erstreckende Abmessung des Schüttgut-Hubelements
kleiner als die axiale Länge
des jeweiligen Drehkammer-Volumens. Ähnlich wie weiter oben erwähnt, wird
dadurch vermieden, dass ein in die jeweilige Drehkammer eintretendes
Schüttgut-Partikel
von dem Hubelement sofort erfasst und aus dieser Drehkammer ohne
nennenswerte Verweilzeit herausgeführt wird.
-
Als
weiteres Einbau-Element kann jede der mehreren aneinandergrenzenden
Drehkammern jeweils mindestens ein an der Mantelwand befestigtes Mischelement
aufweisen. Ein solches Mischelement trägt zu einer zusätzlichen
Vermischung der Partikel bei. Vorzugsweise ist das Mischelement
ein blattartiges oder schaufelartiges Gebilde, das sich zwischen den
beiden Trennwänden
einer Drehkammer über deren
gesamte axiale Ausdehnung erstreckt und mit den Trennwänden sowie
der Mantelwand der Drehkammer spaltfrei bzw. abdichtend verbunden
ist. Dadurch werden beim Umlauf der Drehkammer sämtliche tiefstgelegenen Schüttgut-Partikel
innerhalb der Schüttgut-Schüttung der
Drehkammer erfasst und neu verteilt. Somit kann verhindert werden,
dass einige Schüttgut-Partikel,
die sich ganz am Boden der Drehkammer befinden, in dieser Kammer
zu lange verweilen (Verhindern eines "Versumpfens" von Schüttgut-Partikeln).
-
Das
blatt- oder schaufelartige Mischelement kann zur Drehkammer-Längsrichtung
schräg
angeordnet sein, so dass es in der Produkt-Förderrichtung fördernd wirkt.
-
Insgesamt
kann der erfindungsgemäss
Reaktor so ausgelegt sein, dass mindestens ein Teil der Drehkammern
jeweils mehrere Schüttgut-Hubelemente
aufweist, wobei die mehreren Schüttgut-Hubelemente
einer Drehkammer entlang der Umfangsrichtung beabstandet, insbesondere
in gleichen Winkelabständen
beabstandet, um die Drehachse herum angeordnet sind. Dadurch lässt sich
die mittlere Verweilzeit der Partikel in dieser Kammer verringern
und neben der Hubwirkung mehr Bewegung in das Schüttgut bringen.
-
Ähnlich kann
mindestens ein Teil der Drehkammern jeweils mehrere Mischelemente
aufweisen, wobei die mehreren Mischelemente einer Drehkammer wiederum
vorzugsweise in gleichen Winkelabständen um die Drehachse herum
angeordnet sind. Dies ist besonders sinnvoll in den am weitesten
förderaufseitig
gelegenen Drehkammern des Reaktors, wenn Partikel aus Polyester,
Polyamid oder Polycarbonat einer Festphasen-Polymerisation unterzogen werden. Diese
Partikel neigen nach ihrer Bildung aus der Schmelze zum Verkleben.
Deshalb ist es vorteilhaft, diese Partikel in diesen Drehkammern
durch mehrere Mischelemente pro Drehkammer intensiver zu bewegen
als dies mit nur einem Mischelement pro Drehkammer der Fall wäre. In den
weiter förderabseitig
gelegenen Drehkammern reicht dann ein Mischelement pro Drehkammer
aus, oder man kann insbesondere bei den am weitesten förderabseitig
gelegenen Drehkammern sogar auf Mischelemente ganz verzichten.
-
Zweckmässigerweise
sind die Schüttgut-Hubelemente
und/oder die Mischelemente verschiedener Drehkammern winkelmässig gleichmässig verteilt
um die Drehachse angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der leere
Reaktor keine Unwucht aufweist.
-
Weiterhin
kann bei gegebener Geometrie und Ausgestaltung der Drehkammer bzw.
der Drehkammern die Drehachse verschieden angeordnet sein.
-
Die
Drehkammer oder die Drehkammern kann bzw. können derart drehbar gelagert
sein, dass ihre Prismenachse bzw. Zylinderachse und ihre Drehachse
horizontal, nach unten geneigt oder nach oben geneigt verlaufen.
-
Vorzugsweise
weist die Drehkammer-Wand Kanäle
auf, die von einem Wärmeträgerfluid
durchströmbar
sind. Dadurch kann die Drehkammer-Wand oder jede der Drehkammer-Wände gezielt
temperiert werden.
-
Der
erfindungsgemässe
Reaktor ist vorzugsweise begasbar. Die Begasung kann im Gleichstrom zur
Produktförderrichtung,
im Gegenstrom zur Produktförderrichtung
oder entlang der Schüttgut-Förderrichtung
mäandrierend
erfolgen.
-
Vorzugsweise
ist bei dem erfindungsgemässen
Reaktor von dem Einlass in axialer Richtung beabstandet eine Prallplatte
angeordnet, die sich über die
gesamte radiale Ausdehnung des Einlasses erstreckt. Dadurch wird
einerseits gewährleistet,
dass über
den Einlass in die Drehkammer gelangende Schüttgut-Partikel axial in unmittelbarer
Nähe von Einlass
auf den Boden der Drehkammer oder auf die Schüttung in der Drehkammer fallen.
Dadurch ist es sehr unwahrscheinlich, dass ein Partikel, das soeben in
die Drehkammer eingetreten ist, in den Einzugsbereich des Schüttgut-Hubelements
dieser Drehkammer gelangt und aus dieser sofort wieder herausbefördert wird.
Die Prallplatte trägt
somit ebenfalls dazu bei, für
eine minimale Verweilzeit der Partikel in der Drehkammer zu sorgen.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Reaktors
sind die zwischen zwei benachbarten prismenförmigen oder zylinderförmigen Drehkammern
angeordneten polygonförmigen
bzw. kreisförmigen
Trennwände
in einem radial aussen gelegenen und sich über einen Teil entlang der
Umfangsrichtung der jeweiligen Trennkammer erstreckenden Trennwand-Bereich netzartig
oder gitterartig oder als Lochblech ausgebildet. Die Öffnung der
jeweiligen Trennkammer weist dabei ein Verschlusselement auf, dessen
Freigabe- und Schliessbewegung mit der Drehung der Drehkammern gekoppelt
ist. Die Öffnung
der Trennkammer ist freigegeben, wenn sich der netzartig oder gitterartig
ausgebildete Trennwand-Bereich der jeweiligen Trennwand in der am
höchsten
gelegenen Drehstellung befindet und wenn sich das Schüttgut-Hubelement
in der Abgabestellung befindet. Ansonsten ist die Öffnung der
Trennwand durch das Verschlusselement blockiert. Genauer gesagt,
erfolgt abwechselnd ein Freigeben der Öffnung, wenn der netzartig
oder gitterartig ausgebildete Trennwand-Bereich während der
Drehung in die höchste
Drehstellung gelangt, und ein Schliessen der Öffnung, wenn der netzartig
oder gitterartig ausgebildete Trennwand-Bereich die höchste Drehstellung
verlässt.
Dies gewährleistet, dass
der Begasungsstrom während
eines Grossteils der Drehbewegung der Drehkammer nur über den netzartig
oder gitterartig ausgebildeten Trennwand-Bereich von einer Drehkammer
zur nächsten gelangen
kann, so dass das als Schüttung
am Boden der Drehkammer angesammelte Schüttgut von dem Begasungsgas
aus wirklich durchströmt
wird.
-
Bei
dem netzartigen oder gitterartigen Bereich bzw. dem Lochblech-Bereich
der Trennwand kann die kleinste Lochabmessung, d.h. Maschenweite,
Gitterstababstand oder kleinster Lochdurchmesser, kleiner als 2mm
und vorzugsweise kleiner als 1 mm sein. Diese Ausgestaltung eignet
sich besonders gut für
Schüttgut-Partikel
im Grössenbereich
von etwa 3mm bis 5mm, wie z.B. typische Polyester-Pellets, die durch
Extrusion gewonnen wurden.
-
Alternativ
kann diese kleinste Lochabmessung kleiner als 0,2mm und vorzugsweise
kleiner als 0,1mm sein. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders
gut für
Schüttgut-Partikel im Grössenbereich von
etwa 0,2mm bis 1 mm, wie z.B. typische Polyester-Kügelchen,
die durch Vertröpfelung
aus der Schmelze gewonnen wurden.
-
Zweckmässigerweise
ist der netzartige oder gitterartige Bereich bzw. der Lochblech-Bereich der Trennwand
ein radial aussen liegender Teilbereich der polygon- bzw. kreisförmigen Trennwand,
der zwischen 1/10 und 1/3 der Wandfläche der Trennwand darstellt.
Insbesondere ist der netzartige oder gitterartige Bereich bzw. der
Lochblech-Bereich
der Trennwand ein Bereich zwischen einer Sekante und eines Teils
der Umfangslinie entlang der Trennwand-Ebene, wobei die Länge der
Sekante zwischen 1/3 und 2/3 der Länge des Polygon- bzw. Kreisdurchmessers ist.
Dadurch wird gewährleistet,
dass bei einer üblichen
Schüttgut-Schüttung in
der Drehkammer praktisch der gesamte Begasungsstrom durch das Schüttgut geleitet
wird.
-
Bei
dem Verschlusselement kann es sich um einen in der Trennwand gelagerten
Gleitschieber oder Drehschieber handeln, der während der Drehbewegung der
Drehkammer durch die Schwerkraft in eine die Öffnung freigebende Stellung
gleitet oder verschwenkt wird, bevor sich der netzartig oder gitterartig
ausgebildete Trennwand-Bereich der jeweiligen Trennwand in der am
höchsten
gelegenen Drehstellung befindet und bevor sich das Schüttgut-Hubelement
in der Abgabestellung befindet, und der während der Drehbewegung der
Drehkammer durch die Schwerkraft in eine die Öffnung verschliessende Stellung
gleitet oder verschwenkt wird, bevor sich der netzartig oder gitterartig
ausgebildete Trennwand-Bereich der jeweiligen Trennwand in der am tiefsten
gelegenen Drehstellung befindet und bevor sich das Schüttgut-Hubelement
in der Aufnahmestellung befindet.
-
Zur
Füllstandsüberwachung
können
an dem erfindungsgemässen
Reaktor eines oder mehrere der folgenden Elemente vorgesehen sein:
- – Anordnen
einer Strahlquelle vor dem Einlass und eines Strahlsensor hinter
dem Auslass oder umgekehrt, zwischen denen eine Sichtverbindung durch
den Einlass und den Auslass bzw. durch sämtliche Öffnungen des Reaktors besteht.
Als "Strahlen" können z.B.
Ultraschall oder optische Strahlung verwendet werden.
- – Die
Antriebseinheit kann eine Drehmoment-Erfassungsvorrichtung aufweisen.
- – Es
kann eine Alpha-Strahlenquelle und ein Alpha-Strahlensensor zur
Durchstrahlung des Reaktorinnenraums vorgesehen sein.
- – Es
kann ein Berührungssensor
in der Mantelinnenwand vorgesehen sein.
-
Vorzugsweise
weist der Reaktor neben dem Schüttgut-Auslass
einen Vakuumanschluss auf. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn
der Reaktor aus mehreren Drehkammern besteht und er vorzugsweise neben
dem Schüttgut-Auslass
der in Produkt-Förderrichtung
letzten Drehkammer einen Vakuumanschluss aufweist. Dadurch wird
bei zu entgasenden Schüttgütern in
der letzten Drehkammer ein gründliches
Entgasen bzw. Dekontaminieren des Schüttgutes erzielt.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden
Ausführungsbeispiels, wobei:
-
1 eine
schematische Seitenansicht einer ersten Ausführung des erfindungsgemässen Reaktors
ist;
-
2 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführung des erfindungsgemässen Reaktors
ist;
-
3 eine
Schnittansicht eines Teils des in 2 dargestellten
Reaktors ist;
-
4 eine
Trennwand einer dritten Ausführung
des erfindungsgemässen
Reaktors zeigt;
-
5 eine
weitere Besonderheit der dritten Ausführung von 4 zeigt;
und
-
6 eine
vierte Ausführung
des erfindungsgemässen
Reaktors in einer ähnlichen
Schnittansicht wie 3 zeigt.
-
1 ist
eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführung des
erfindungsgemässen Reaktors.
Er weist einen zylinderförmigen
Mantel 30 auf, der durch acht kreisförmige Wände bzw. Trennwände 11, 12,
..., 18 in sieben Drehkammern mit einem zylindrischen Drehkammer-Volumen
unterteilt ist. Der Mantel 30 wird für die hier relevanten Darstellungszwecke
als durchsichtig betrachtete, damit die "Einbauten" des Reaktors sichtbar sind. Die Wände bzw.
Trennwände 11, 12,
..., 18 sind mit dem Mantel 30 drehfest verbunden.
Der Reaktor ist um eine horizontale Achse A drehbar, die gleichzeitig
die geometrische Zylinderachse des Mantels 30 ist. Jede
der Wände 11, 12,
..., 18 hat eine mittige Öffnung 11a, 12a,
..., 18a. Die erste Öffnung 11a ist
mit einem Einlass 4 verbunden, über den ein zu behandelndes Schüttgut (nicht
gezeigt) in den Reaktor eingespeist wird. Die letzte Öffnung 18a ist
mit einem Auslass 6 verbunden, über den das in den Reaktor
eingespeiste Schüttgut
nach seiner Behandlung aus dem Reaktor herausgefördert wird. Mit Ausnahme der
ersten Wand 11 weist jede der folgenden Wände 12, 13,
..., 18 ein Schüttgut-Hubelement 22, 23,
..., 28 auf, das jeweils mit der ihm zugeordneten Wand 12, 13,
..., 18 drehfest verbunden ist und sich in axialer Richtung von
der ihm zugeordneten Wand in das Drehkammer-Volumen erstreckt. Die
Schüttgut-Hubelemente 22, 23,
..., 28 erstrecken sich jeweils über die gesamte radiale Entfernung
von der Mantelwand 30 bis zum der jeweiligen Öffnung 12a, 13a,
..., 18a in den kreisförmigen
Wänden 12, 13,
..., 18. Ausserdem weist jede Drehkammer jeweils zwei Mischelemente 42, 52, 43, 52,
..., 48, 58 auf, die mit der Innenfläche des Zylindermantels 30 drehfest
verbunden sind. Die Mischelemente jeder Drehkammer sind diametral
zueinander angeordnet. Jede Drehkammer besitzt ein Mischelement 42, 43,
..., 48, das sich über
die gesamte axiale Ausdehnung der jeweiligen Drehkammer von einer
Trennwand zur nächsten
erstreckt, sowie ein Mischelement 52, 53, ..., 58,
das sich nur über einen
Teil der axialen Ausdehnung der jeweiligen Drehkammer axial erstreckt,
so dass zwischen dem Mischelement und seinen beiden benachbarten Trennwänden jeweils
ein radialer Spalt vorhanden ist. Der gesamte Reaktor ist an der
Aussenfläche
seines Zylindermantels 30 auf Rollenlagern 31, 32 drehbar
gelagert, wobei am Rollenlager 32 auch eine Antriebseinheit
M für den
Drehantrieb des Reaktors um seine horizontale Drehachse A vorgesehen
ist. Ausserdem ist an einer der Kammern ein Probennehmer 33 am
Mantel 30 angeordnet, über
den während
der Behandlung Schüttgut-Proben
aus dem Reaktor entnommen werden können.
-
Die
Pfeile P und P' zeigen
schematisch den Produktstrom (Schüttgut) in den Reaktor hinein
bzw. aus dem Reaktor heraus, d.h. unbehandeltes Produkt bzw. behandeltes
Produkt.
-
Die
Pfeile G und G' zeigen
schematisch einen Gasstrom (Behandlungsgas) in den Reaktor hinein
bzw. aus dem Reaktor heraus, d.h. "unbeladener" Gasstrom bzw. "beladener" Gasstrom.
-
Die
Pfeile H/K und H'/K' zeigen schematisch einen
Heiz/Kühl-Strom
(Wärmeträgerfluid),
der in die Reaktorwände
hineingeführt
bzw. aus den Reaktorwänden
herausgeführt
wird. Vorzugsweise wird zumindest die Mantelwand 30 mit
einem Wärmeträgerfluid
temperiert.
-
Der
soeben beschriebene Reaktor arbeitet folgendermassen:
Wenn
in den um die Achse A rotierenden Reaktor durch den Einlass 4 und
durch die Öffnung 11a Schüttgut in
die erste Drehkammer gelangt, fällt
dieses nach unten und bedeckt den Boden der Drehkammer. Wegen der
Rotation des Reaktors wird dieses Schüttgut abwechselnd von den Mischelementen 42 und 52 ergriffen,
von diesen in Umfangsrichtung über
eine gewisse Strecke mitgeführt
und dann wieder fallen gelassen. Dadurch erfolgt eine Durchmischung
des Schüttgutes
in der ersten Drehkammer. Während
der Rotation des Reaktors wird auch stets ein Teil des in der ersten
Drehkammer enthaltenen Schüttgutes
von dem blattartigen bzw. schaufelartigen Schüttgut-Hubelement 22 ergriffen, wenn
dieses in das am Boden der Drehkammer angehäufte Schüttgut eintaucht, und wird dann ähnlich wie
bei den Mischelementen 42 und 52 in Umfangsrichtung mitgenommen,
wenn sich das Hubelement 22 im Verlaufe seiner Drehung
nach oben bewegt. Dabei gelangt ein Teil des so hochgeschaufelten
Schüttgutes über die Öffnung 12a in
die zweite Drehkammer. Dort wiederholt sich der geschilderte Ablauf
mit den Mischelementen 43 und 53 sowie mit dem
Schüttgut-Hubelement 23 über die Öffnung 13a.
In den sich anschliessenden Drehkammern erfolgt derselbe Misch-
und Transportvorgang wie in den ersten beiden Drehkammern. Auf diese
Weise wird das Schüttgut
in einer Schüttgut-Förderrichtung
F durch den Reaktor transportiert.
-
Bei
der Behandlung des Schüttgutes
werden diesem in der Regel sowohl Energie als auch Substanzen zugeführt oder
von ihm abgeführt.
So kann der erfindungsgemässe
Reaktor z.B. zur Entgasung und/oder Begasung eines Schüttgutes
verwendet werden, wobei über
das Gas sowohl der Energie- als auch der Substanztransport erfolgt.
Bevorzugte Anwendungen des Reaktors sind das Trocknen von körnigen Lebensmittel-
oder Futterprodukten mit einem warmen und trockenen Luftstrom oder
die thermo-chemische Behandlung von Polyesterpartikeln in einem
heissen Stickstoffstrom (Kristallisation und/oder Festphasen-Nachkondensation)
wobei in beiden Fällen
Wasserdampf entzogen und abtransportiert wird. Die Begasung erfolgt
dann vorzugsweise im Gegenstrom zur Produkt-Förderrichtung F.
-
2 ist
eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführung des
erfindungsgemässen Reaktors.
Elemente dieses Reaktors, die zu den Elementen des Reaktors der 1 identisch
sind oder ihnen entsprechen, tragen hier dieselben Bezugszeichen.
Auch dieser Reaktor weist einen um zylinderförmigen Mantel 30 auf,
der durch acht kreisförmige Wände bzw.
Trennwände 11, 12,
..., 18 in sieben Drehkammern mit einem zylindrischen Drehkammer-Volumen
unterteilt ist.
-
Der
Reaktor der 2 unterscheidet sich von dem
Reaktor der 1 dadurch, dass die Schüttgut-Hubelemente 22, 23,
..., 28 aufeinanderfolgender Drehkammern diametral entgegengesetzt
angeordnet sind und jeweils einen Schaufelbereich 22a, 23a,
..., 28a sowie eine zusätzliche
Ablenkplatte 22b, 23b, ..., 28b aufweisen.
Diese zusätzliche
Ablenkplatte 22b, 23b, ..., 28b sorgt
dafür,
dass ein Grossteil des vom Schaufelbereich 22a, 23a,
..., 28a eines jeweiligen Schüttgut-Hubelements mitgeführten Schüttgutes über die
jeweilige Öffnung 12a, 13a, ..., 28a in
die nächste
Drehkammer gelangt.
-
Ausserdem
unterscheidet sich der Reaktor der 2 von dem
Reaktor der 1 auch noch dadurch, dass jede
Drehkammer jeweils nur ein Mischelement 42, 43,
..., 48 besitzt, und dass zwischen dem Mischelement und
der Innenfläche
des Zylindermantels 30 jeweils ein Spalt 42a, 43a,
..., 48a vorhanden ist.
-
3 ist
eine Schnittansicht eines Teils des in 2 dargestellten
Reaktors entlang einer durch die Zylinderachse bzw. die Drehachse
A und durch zwei diametrale Schüttgut-Hubelemente 22, 23 verlaufenden
Schnittebene in 2. Man erkennt den Zylindermantel 30 sowie
die beiden kreisförmigen Wände 12 und 13 mit
jeweils einer mittigen Öffnung 12a bzw. 13a.
Man erkennt auch, dass sich die Schüttgut-Hubelemente 22, 23 über die
gesamte radiale Ausdehnung des Reaktors von der Innenwand des Zylindermantels 30 bis
zur jeweiligen Öffnung 12a bzw. 13a und über deren
gesamten Durchmesser erstrecken. Ausserdem sieht man, dass die beiden
diametralen Mischelemente 42, 43 der aufeinanderfolgenden
Drehkammern gitterartig und mit Spalten 42a, 42b, 42c bzw. 43a, 43b, 43c zwischen
der Mantelwand 30 und den Trennwänden 12 und 13 ausgebildet
sind.
-
4 zeigt
eine Trennwand 12 einer dritten Ausführung des erfindungsgemässen Reaktors
mit Blickrichtung entlang der Produkt-Förderrichtung F (siehe 1 oder 2).
Bei dieser Ausführung
enthält
ein Teil der Drehkammern, wie auch die hier gezeigte, vier Mischelemente 42, 42', 52, 52', die in Umfangsrichtung
gleichmässig
an der Innenwand des Zylindermantels 30 verteilt sind.
Das sich vom Zylindermantel 30 bis zu der Öffnung 12a und
an dieser vorbei erstreckende Schüttgut-Hubelement 22 ist ebenfalls
angedeutet. Ausserdem ist eine Schüttgutfüllung (Produkt) P angedeutet.
Bei dem hier schematisch gezeigten Schüttgut handelt es sich um Kügelchen
aus Polyester mit einem Durchmesser von 0,2mm bis 0,8mm.
-
Eine
Besonderheit dieser Ausführung
besteht darin, dass die Trennwand 12 sowie die anderen
(nicht gezeigten) Trennwände
jeweils einen für das
Schüttgut
undurchlässigen
und für
Behandlungsgas durchlässigen
Bereich in Form eines Lochblechs oder Gitters 12b aufweist,
der sich in einem radial aussen liegenden Bereich der Trennwand 12 befindet
und durch eine Sekante sowie einen Kreisbogenabschnitt begrenzt
wird. Dieser Lochblechbereich 12b ist an den Füllgrad der
Drehkammern angepasst und ermöglicht
einen Durchtritt der Begasung zwischen benachbarten Drehkammern
durch das Schüttgut
P hindurch, wenn sich der Lochblechbereich 12b in der unteren
Stellung während
der Rotation des Reaktors befindet. Dabei wird die Öffnung 12a immer
dann geschlossen gehalten (siehe 5), wenn
sich der Lochblechbereich 12b in seiner unteren Stellung
befindet, bei der das Schüttgut P
an ihm anliegt. Dadurch wird verhindert, dass der Begasungsstrom
zu einem Grossteil über
die Öffnung 12a an
der Produktschüttung
P vorbeiströmt und
einen "Kurzschluss" über den Weg des geringsten
Widerstandes bildet.
-
5 zeigt
eine weitere Besonderheit der dritten Ausführung von 4.
Hier ist an der in 4 gezeigten Trennwand 12 ein
plattenartiges, sich parallel zur Trennwand 12 erstreckendes
Verschlusselement 60 in Form eines Drehschiebers ("Pendels") an einem Drehpunkt 61 angelenkt.
Die Schwenkbewegung des Drehschiebers wird durch einen ersten Anschlag 62 und
einen zweiten Anschlag 63 begrenzt.
-
Die
Darstellungen 5-1 bis 5-8 zeigen acht Drehstellungen
des Reaktors bzw. der Trennwand 12, anhand derer man die
Funktionsweise des Drehschiebers 60 durch das Zusammenspiel
von Reaktor-Drehung und Drehschieber-Schwerkraft erkennt. Die Drehstellungen 5-1 und 5-2 sind
identisch zu den Drehstellungen 5-7 und 5-8.
-
In
der Drehstellung 5-1 befindet sich das Schüttgut-Hubelement 22 in
einer Aufnahmestellung, in der es aus der Produktschüttung (nicht
gezeigt) einen Teil des Produktes P aufnimmt und durch seine Drehung
nach oben befördert,
d.h. anhebt, bis es in eine Drehstellung 5-2 gelangt, bei
der es sich in einer Abgabestellung befindet, in der das aufgenommene und
angehobene Produkt P durch die Wirkung der Schwerkraft zu der Öffnung 12a in
der Mitte der Drehkammer gleitet und/oder rollt. Bei den Drehstellungen 5-1 und 5-2 sowie
bei der nächsten
Drehstellung 5-3 ist die Öffnung 12a unverschlossen,
und der Drehschieber 60 liegt am Anschlag 62 an.
Erst beim Übergang
von der Drehstellung 5-3 zu der Drehstellung 5-4 pendelt
der Drehschieber 60 zur Mitte der Drehkammer und liegt
von nun an am Anschlag 63 an. Bei diesem Übergang
gelangt gleichzeitig der Lochblechbereich 12b der Trennwand 12 in
seine tiefstgelegene Stellung, in der die gesamte Produktschüttung (nicht
gezeigt) an ihm anliegt. Da nun die Öffnung 12a durch den
Drehschieber 60 verschlossen ist, wird das Begasungsgas
dazu gezwungen, seinen Weg von Drehkammer zu Drehkammer über den Lochblechbereich 12b und
durch die am Lochblechbereich anliegende Produktschüttung zu
suchen. In den Drehstellungen 5-5 und 5-6 bleibt
die Öffnung 12a durch
den Drehschieber 60 weiterhin verschlossen. Beim Übergang
von der Drehstellung 5-6 zu der Drehstellung 5-7 pendelt
der Drehschieber wieder zum Rand der Drehkammer zurück und liegt
von nun an wieder am Anschlag 62 an. Mit den Drehstellungen 5-7 (Aufnahmestellung)
und 5-8 (Abgabestellung) wiederholt sich der geschilderte
Zyklus.
-
Durch
das periodische Freigeben und Blockieren der Öffnung 12a sowie der
weiteren Öffnungen
in den anderen Drehkammern entsteht eine für den Stoffaustausch und den
Wärmeaustausch
mit dem Produkt vorteilhafte pulsierende Gasströmung durch die Produktschüttung, die
sogar zu einer Durchmischung der Produktschüttung bei ausreichend kleinen
Partikeln genutzt werden kann.
-
6 zeigt
eine vierte Ausführung
des erfindungsgemässen
Reaktors in einer ähnlichen
Schnittansicht wie 3, wobei die Schnittebene die
Zylinderachse bzw. die Drehachse A enthält und durch drei diametrale
Schüttgut-Hubelemente 22, 23, 24 verläuft.
-
Eine
Besonderheit dieser Ausführung
sind Prallplatten 72, 73 und 74, die
jeweils förderabseitig, d.h.
auf er von den jeweiligen Hubelementen 22, 23 und 24 abgewandten
Seite an den jeweiligen Trennwänden 12, 13 und 14 vor
den Öffnungen 12a, 13a und 14a angeordnet
sind. Diese Prallplatten verhindern, dass über die jeweiligen Öffnungen 12a, 13a und 14a in
die Drehkammern eintretenden Schüttgut-Partikel
zu weit in die jeweilige Drehkammer hineinspringen und dadurch eine
zu kurze Verweilzeit in dieser Drehkammer haben. Die Mischelemente 42, 43 sind
aus einem gitterartigen Material gefertigt und haben Spalte 42a, 42b und 42c bzw. 43a, 43b und 43c, ähnlich wie
dies in 3 gezeigt ist. Die Schüttgut-Hubelemente 22, 23, 24 weisen
jeweils einen Schaufelbereich 22a, 23a und 24a sowie
jeweils eine Ablenkplatte 22b, 23b und 24b auf, ähnlich wie
dies in 2 gezeigt ist.