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Vorrichtung zum Trennen körnigen Gutes, z. B. Fein- oder Feinstkohle,
mit Bestandteilen verschiedener Wichte im Wirbelschichtverfahren Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Trennen körnigen Gutes, z. B. Fein- oder Feinstkohle, mit Bestandteilen
verschiedener Wichte im Wirbelschichtverfahren.
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Es sind Vorrichtungen zum Behandeln, z. B. zum Trocknen und Sichten
feinverteilter fester Teilchen im Wirbelschichtverfahren bekannt. Solche bekannten
Vorrichtungen weisen, wenn beispielsweise körniges Aufgabegut in zwei Korngrößenklassen
zu trennen sind, einen waagerechten Wirbelschichtträger oder Gasverteiler in einer
Wirbelschichtkammer auf, wobei diese Wirbelschichtkammer durch eine lotrechte Trennwand
in eine Teilkammer zur Eingangsbehandlung und eine Teilkammer zur weiteren Behandlung
unterteilt ist, von denen jede einen Überlauf besitzt, der oberhalb des Wirbelschichtträgers
zum Austragen der behandelten Teilchen von der Wirbelschichtoberfläche und Festlegen
eines gleichbleibenden Spiegels für jede Wirbelschicht angeordnet ist. Der Wirbelschichtträger
ist mit einer größeren Zahl verhältnismäßig kleiner Löcher versehen. Bei derartigen
bekannten Vorrichtungen können in normalem Betrieb keine festen Teilchen ausgetragen
werden, außer auf dem Niveau der Wirbelschichtoberfläche.
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Derartige bekannte Vorrichtungen weisen, wenn sie zum Trennen körnigen
Gutes, z. B. von Fein- oder Feinstkohle, verwendet werden, verschiedene bemerkenswerte
Nachteile auf. Für eine wirksame Durchführung der Trennung ist die Herstellung und
Aufrechterhaltung einer Wirbelschicht ausreichender Homogenität von größter Bedeutung.
Eine derartige Wirbelschicht kann aber in einer solchen bekannten Vorrichtung nicht
erzeugt werden, da einerseits die mit einer Mehrzahl von kleinen Löchern versehene,
als waagerechter Wirbelschichtträger bzw. Gasverteiler dienende Platte hierzu nicht
geeignet ist und innerhalb der Wirbelschicht bzw. des Wirbelschichtträgers mechanische
Einrichtungen (Staubleche oder Trennwände u. a. m.) vorgesehen sind, wobei mit erheblich
unterschiedlicher Massendurchflußgeschwindigkeit von gasförmig strömendem Mittel
gearbeitet werden muß.
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Andere bekannte Vorrichtungen zum Behandeln feinverteilter fester
Teilchen im Wirbelschichtverfahren bestehen aus einem aufrechten, oben und unten
geschlossenen Metallzylinder, einem in dessen Innerem angeordneten perforierten
Wirbelschichtträger, einem unterhalb dieses Wirbelschichtträgers angeordneten Einlaß
für ein gasförmig unter Druck strömendes Mittel zur Erzeugung und Aufrechterhaltung
einer Wirbelschicht und einem Einlaß im oberen Teil des Metallzylinders für zu trennendes
Aufgabegut sowie je einem Auslaß zum Abführen abgetrennter Bestandteile mit verhältnismäßig
hoher bzw. niedriger Wichte aus dem Metallzylinder. Auch derartige bekannte Einrichtungen
weisen im wesentlichen die vorstehend genannten Nachteile auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trennen
körnigen Gutes, z. B. Fein-oder Feinstkohle, mit Bestandteilen verschiedener Wichte
im Wirbelschichtverfahren zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet, dabei
aber insbesondere eine gedrängte Bauart hat und mit größtmöglicher Wirtschaftlichkeit
arbeitet sowie leichte Regelung der spezifischen Gewichte beim Trennungsvorgang
ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
bei einer Vorrichtung der genannten Art der Wirbelschichtträger aus einem porösen
Stoff, z. B. Keramik, besteht, dessen Poren die Perforation des Wirbelschichtträgers
bilden, daß ferner dieser Wirbelschichtträger die Form eines mit seiner Spitze nach
unten gerichteten Kegels und in seiner Spitze einen Auslaß für Bestandteile verhältnismäßig
hoher Wichte hat, wobei mit diesem Kegel eine nach oben sich erstreckende Seitenwand
verbunden ist, die die Wirbelschicht seitlich begrenzt, und daß schließlich der
Auslaß von Bestandteilen verhältnismäßig geringer Wichte im oberen Teil dieser Seitenwand
vorgesehen ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung
wird nicht nur die Herstellung einer Wirbelschicht ausreichender Homogenität erreicht,
die ducrh keinerlei mechanische Einbauten oder Einrichtungen gestört bzw. geteilt
wird, wodurch unter anderem beim Trennen eine leichte Regelung der spezifischen
Gewichte ermöglicht wird, sondern bei dieser wirkt sich auch besonders vorteilhaft
aus, daß die beiden bzw. mehreren Körnungsklassen, die durch die Schwerkraftklassierung
erhalten werden, auf verschiedenen Niveaus, nämlich der oberen Zylinderöffnung des
Wirbelschichtträgers und der Kegelspitze am unteren Teil desselben, ausgetragen
werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, innerhalb des Metallzylinders oberhalb
des ersten Wirbelschichtträgers einen weiteren durchlässigen Wirbelschichtträger
anzuordnen, derart, daß unterhalb dieses zweiten, aber oberhalb des ersten Wirbelschichtträgers
ein Einlaß für ein gasförmiges unter Druck strömendes Mittel zur Herstellung und
Aufrechterhaltung einer zweiten Wirbelschicht aus dem auf dem zweiten Wirbelschichtträger
befindlichen Material sowie ein Abflußkanal für das- aus der zweiten Wirbelschicht
auf dem oberen Wirbelschichtträger überlaufende Material vorgesehen ist, der außerhalb
des Metallzylinders verläuft und den oberen Wirbelschichtträger mit dem unteren
Wirbelschichtträger verbindet.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besitzt der Metallzylinder am oberen Ende einen seitlichen Auslaß für den Austritt
des gasförmig strömenden Mittels zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Wirbelschicht
zusammen mit den von ihr mitgeführten kleinen Substanzteilchen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist der Metallzylinder im oberen Teil einen kleineren Durchmesser
als in seinem unteren Teil auf, und der mit seiner Spitze nach unten gerichtete
kegelförmige Wirbelschichtträger zusammen mit seiner sich nach oben erstreckenden
Seitenwand ist so ausgebildet und angeordnet, daß sich wenigstens der Umfang der
Seitenwand im Abstand von der Innenwand des unteren Teiles des Metallzylinders befindet.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist durch eine Umgehungsleitung gekennzeichnet, die von einer für den Einlaß .gasförmigen
Mediums unter den unteren Wirbelschichtträger bestimmten Leitung zu einer über diesem
Wirbelschichtträger liegenden Stelle des Metallzylinders führt und Mittel zur Erzeugung
gesteuerter, periodisch pulsierender Strömung des in den Metallzylinder unterhalb
des unteren Wirbelschichtträgers eintretenden gasförmig strömenden Mittels enthält.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die senkrechte Seitenwand
des Wirbelschichtträgers zur Anpassung an verschiedene Wirbelschichttiefen mit einem
oberen senkrecht einstellbaren Abschnitt oder Schieber zu versehen.
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Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist im oberen Teil des Metallzylinders eine mit einem verstellbaren
Schieber od. dgl. versehene Öffnung vorgesehen.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnungen, in denen beispielsweise .einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ohne einscl-@ränkende Bedeutung dargestellt sind. Es zeigt F i g. 1
eine perspektivische Ansicht einer Bauart der Vorrichtung nach der Erfindung mit
der Darstellung wegen weggebrochenen Teilen, F i g. 2 und 3 senkrechte Teilschnitte
in größerem Maßstab als F i g. 1 mit der Darstellung von Abwandlungen, F i g. 4
ein Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3. Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung
enthält ein Gehäuse 10 von zylindrischer Form und ist zur Durchführung des Trocknens
und Entstaubens sowie nachfolgender Trockenreinigung von Kohle bestimmt. Ein oberer
Teil des Gehäuses von kleinerem Durchmesser als der untere Teil enthält eine flache
durchbrochene Metallunterlage 1 für eine Wirbelschicht aus Rohkohle. In dieser Wirbelschicht
werden Feuchtigkeit und Staub aus der Kohle entfernt, ehe diese in einem anderen,
auf einer weiteren durchbrochenen Unterlage 2 im unteren Teil des Gehäuses gebildeten
Wirbelschicht aus Festteilchen eines anderen Stoffs behandelt wird. Zwischen dem
oberen und dem unteren Teil des Gehäuses befindet sich ein waagerechter ringförmiger
Absatz 144.
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Das ursprünglich an seinen Enden offene Gehäuse ist am oberen Ende
und am Boden mit nach außen gerichteten Flanschen versehen oder in anderer Weise
für das Aufpassen eines Deckels 144 a bzw. 144 b auf jedes Ende ausgebildet.
Der obere Deckel 144 a hat einen Einlaßstutzen 123 auf einer Seite seiner Mitte
für das Einbringen der etwa auf die Korngröße zwischen 0,5" und 0 (13 bis 0 mm)
klassierten Rohkohle zur oberen durchbrochenen Unterlage. An der dem Einlaßstutzen
gegenüberliegenden Seite des oberen Gehäuseteils hat das Gehäuse 10 eine Auslaßöffnung
8 mit einem in seitliche senkrecht genutete Führungsschienen 8" eingepaßten Schieber
oder Leistenstapel 8', der ein überlaufwehr für das Ausbringen getrockneter und
entstaubter Kohle aus der daraus auf der oberen durchbrochenen Unterlage 1 gebildeten
Wirbelschicht darstellt. Das Wehr ist durch den Schieber oder durch die Leisten
in der Höhe einstellbar, so daß es der Tiefe der Wirbelschicht auf jener Unterlage
entspricht.
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Die untere durchbrochene Unterlage 2 besteht zweckmäßig aus porösem
keramischen Material oder aus Sintermetall und hat umgekehrte Kegelform; sie ist
für die Trockenreinigung der ganz oder teilweise getrockneten und entstaubten, aus
der oberen Wirbelschicht 1 austretenden Kohle bestimmt. Der Umfang der Unterlage
2 hat vom unteren Teil des Gehäuses 10 Abstand und ist mit einer aufwärts ragenden
zylindrischen Seitenwand 140, zweckmäßig aus Metall, versehen, die allseitig eine
Wirbelschicht aus Teilchen von Magnetit, Ferro-Silicium, Bleiglanz, Sand oder anderem
geeigneten Stoff, die hier alle der Einfachheit halber mit dem Ausdruck »Magnetit«
bezeichnet werden, umfaßt. Diese Wirbelschicht hat ein spezifisches Gewicht zwischen
denen der verhältnismäßig schweren und leichten Bestandteile der in dieser Wirbelschicht
trocken zu reinigenden getrockneten und entstaubten Kohle. Um sich verschiedener
Tiefe dieser Wirbelschicht anzupassen, hat die Seitenkonstruktion oder Wand der
durchbrochenen Unterlage einen oberen, senkrecht verstellbaren zylindrischen Abschnitt
oder Schieber 141. Die Verstellung kann mittels senkrechter Stangen 143 erfolgen,
die in dem Gehäuse 10 von seitlichen Vorsprüngen
142 an gegenüberliegenden
Seiten jenes Abschnitts aufwärts ragen und Stopfbüchsen in dem obenerwähnten waagerechten
Absatz 144 durchsetzen. An den oberen Enden tragen die Stangen Schraubengewinde
im Eingriff mit einem sich auf ein Widerlager 345 an dem Gehäuseabsatz 144 stützenden
und das zugehörige Muttergewinde tragenden Handrad 146, oder die Stangen können
drehbar und mit den zugehörigen Handrädern 146 fest verbunden sein, während die
zugehörigen. Muttergewinde sich in den bügelartigen Widerlagern 145 befinden.
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Die aus der oberen Wirbelschicht überlaufende Kohle wird der unteren,
zur Reinigung dienenden Wirbelschicht durch einen Auslaßstutzen 134' zugeführt,
der an die Auslaßöffnung 8 des Gehäuses angeschlossen ist. Dieser Auslaßstutzen
ist als abfallender Kanal 134 gegen eine drehschieberartige gasdichte Schleuse 135
verlängert, von wo ein als Speiserohr dienender Teil von 134 mit Abwärtsneigung
zu einem senkrechten, zentral über der unteren durchbrochenen Unterlage 2 angeordneten
Endteil 134 a führt. Ein Rohr 136 für die Zufuhr getrennter Magnetitteilchen zur
Bildung der unteren Wirbelschicht kann mit Gefälle in den erwähnten Speiserohrabschnitt
von 134 an einer Stelle zwischen der drehbaren gasdichten Schleuse 135 und der Außenseite
des Gehäuses 10 führen. Um den Einlaß aus dem Speiserohr 134 der Einstellung des
senkrecht verschiebbaren Randteils 141 an der unteren durchbrochenen Unterlage 2
der Tiefe jener Wirbelschicht anzupassen, ist der erwähnte senkrechte Endteil 134
a des Speiserohrs so ausgebildet, daß er in eine darauf gleitende Hülse 137 endet.
Die Einstellung der Höhenlage der Speiserohrmündung gegenüber der Wirbelschicht
erfolgt zweckmäßig mittels einer Zahnstange auf der Hülse 137 und eines in sie eingreifenden
Ritzels 138 auf einer waagerechten Achse 139, die sich durch eine Gasdichtung hindurch
zur Außenseite des Gehäuses 10 erstreckt und dort mit einem (nicht dargestellten)
Handrad versehen ist. Vorzugsweise läßt man das untere Ende der Hülse 137 während
der Kohlereinigung in der Wirbelschicht in dieses eintauchen.
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Die aufwärts ragende Seitenwand 140, 141 der unteren durchbrochenen
Unterlage 2 ist am Umfang von einer Abflußrinne 156 umgeben oder als solche ausgebildet,
und die (von etwas Magnetit begleitete) reine Kohle läuft aus der Wirbelschicht
in diese Rinne auf der ganzen Länge des oberen Umfangrandes 155 jener Seitenwand
über. Die äußere Wand der Rinne wird durch die Innenwand des Gehäuses 10 gebildet,
und der Boden der Rinne fällt schraubenförmig gegen einen Auslaßstutzen 157 für
die reine Kohle am unteren Teil des Gehäuses 10 ab. Der (ebenfalls von etwas Magnetit
begleitete) schwerere Bestandteil des Reinigungsgutes verläßt die untere Wirbelschicht
durch ein von der Spitze der umgekehrt kegelförmigen durchbrochenen Bettunterlage
2 ausgehendes Fallrohr 9. Das Fallrohr tritt aus dem Gehäuse durch einen Auslaßstutzen
9' am unteren Gehäusedeckel 144 b aus. Der Materialaustrag bei 157 und 9 wird normalerweise
einer Vorrichtung zur Beseitigung des Magnetits zugeführt.
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Zur Bildung und Aufrechterhaltung der Wirbelschichten erforderliches
gasförmiges Medium wird dem Gehäuse an einem Haupteinlaßstutzen 6 an einer seitlichen
Stelle des Gehäuses gerade unterhalb des erwähnten waagerechten Absatzes 144 und
ungefähr in der Mitte zwischen den beiden durchbrochenen Unterlagen sowie an einem
weiteren Einlaßstutzen 3 am Gehäuseunterteil gerade über dem unteren Gehäusedeckel
144 b zugeführt. Ein nicht dargestellter weiterer Einlaßstutzen kann in geringer
Entfernung unter der Spitze der umgekehrt kegelförmigen durchbrochenen Unterlage
vorgesehen sein, um dem Fallrohr gasförmiges Medium zuzuführen, oder um einen Schaum,
ein indifferentes Gas, z. B. Kohlendioxyd, oder irgendein anderes geeignetes Löschmittel
einzulassen. Außerdem kann ein anderer Einlaßstutzen 101' gerade unterhalb des Haupteinlasses
6 vorgesehen sein, sö daß ein veränderlicher, aber gesteuerter Anteil des in der
unterhalb des Niveaus der unteren durchbrochenen Unterlage 2 in das Gehäuse eintretenden
Leitung 3 strömenden gasförmigen Mediums, wie durch die strichpunktierte Linie bei
101 angedeutet, um die untere Wirbelschicht herumgeleitet werden und oberhalb dieses
Betts in das Gehäuse eintreten kann. Auf diese Weise kann das der unteren Wirbelschicht
zugeführte gasförmige Medium periodisch gesteuert in Pulsation versezt werden. Die
bei 101, 110, 111, 116 und 119 dargestellten Teile der Zeichnung stellen
ein Beispiel dieser Ausführungsart dar. Die Anordnung kann natürlich auch so getroffen
werden, daß umgeleitetes Gas in die am Haupteinlaß 6 in das Gehäuse eingeführte
Gasleitung eintritt, statt für das umgeleitete Medium einen besonderen Einlaßstutzen
101' am Gehäuse 10
anzubringen; geeignete, bei 116 zu verwendende Pulserzeugereinheiten
können an der Seitenwand des Gehäuses mittels entsprechender Befestigungsmittel
angeordnet werden.
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Am oberen Ende des Gehäuses 10 befindet sich ein Auslaßstutzen 12
für aus der Wirbelschicht aufsteigendes, staubbeladenes gasförmiges Medium, und
das Gehäuse kann an passenden Stellen seiner Seitenwand, wie bei 10", mit Konsolen
oder Klauen versehen sein, um es auf eine geeignete Tragkonstruktion abzustützen.
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Aus Sicherheitsgründen kann man im oberen Deckel 144 a des Gehäuses
10 eine Zerreißmembran 220 und an der Seite des Gehäuses Auslaßstutzen 221 und 222
für nachstehend angegebene Zwecke anbringen. Der eine dieser Stutzen 221 befindet
sich gerade oberhalb des Niveaus der oberen durchbrochenen Unterlage und ist vom
Gehäuse weg abwärts geneigt. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist er mit einem Schieber
223 für Steuerzwecke versehen. Statt dessen kann, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt,
ein Schieber 224 an einer öffnung 225 des Gehäuses 10 verwendet und von Hand mittels
eines Handrades 226 über eine Spindel 227, eine Schnecke 228 und eine Zahnstange
229 betätigt werden. Dieser Schieber ist mit einem Gehäuse 230 versehen, das den
Stutzen 221, den Auslaßstutzen 134' und den oberen Teil des Rohrs 134 vertritt,
welche Teile durch gestrichelte Bezugslinien angedeutet sind. Die eine oder andere
Art des Stutzens 221 kann bentzt werden, um den größeren Teil der Teilchen aus der
oberen Wirbelschicht a zu entfernen, wenn dies erforderlich ist, z. B. am Ende einer
Arbeitsschicht oder zur Instandhaltung oder Ausbesserung gewisser Teile der Wirbelschichtvorrichtung,
oder wenn die Teilchen in der oberen Wirbelschicht sich entzünden. Beide Arten können
auch benutzt werden, um aus der oberen Wirbelschicht a große oder spezifisch schwere
Teilchen zu entfernen, die vom gasförmigen Medium nicht mitgenommen
werden
und daher sich auf der oberen durchbrochenen Unterlage 1 ansammeln könnten. Es ist
zweckmäßig, die eine oder andere Art des Stutzens 221 in die Leitung 134 oberhalb
der rotierenden Gasschleuse 135 einmünden zu lassen. In F i g. 2 wie in F i g. 3
sind die Gehäuseflanken bei 10 kegelstumpfförmig erweitert, um die Anordnung des
Stutzens 221
zu erleichtern. Der andere der genannten Stutzen 222, der ebenfalls
mit einem (nicht dargestellten) Schieber zu versehen wäre, ist oberhalb des Niveaus
der oberen Wirbelschicht (wie in F i g. 1 zu sehen) angebracht und dient für die
Zufuhr von Wasser, Löschschaum, indifferentem Gas, z. B. Kohlendioxyd, oder eines
anderen Löschmittels zu dieser Wirbelschicht, wenn deren Teilchen sich entzünden
oder es aus irgendeinem Grund erforderlich wird, das Material in der oberen Wirbelschicht
schnell abzulöschen. Zweckmäßig sind das Gehäuse 10 und die Heißgaseinlässe 3, 6
und 101' sowie die dorthin führenden Leitungen mit wärmeisolierendem Stoff auszukleiden.
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Das Gehäuse und die verschiedenen Einlaß- und Auslaßstutzen können
praktisch in geschweißter Konstruktion mit angeschweißten Flanschen, dort wo Verbindungen
mit äußeren Quellen vom fasförmigen Medium oder Magnetit oder mit Vorrichtungen
für die weitere Behandlung der Kohle und des aus dem Gehäuse aufgebrachten Ausscheidematerials
herzustellen sind, ausgeführt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die besonderen oben beschriebenen Bauarten
beschränkt. Es sind verschiedene Abwandlungen möglich. Zum Beispiel kann das Gehäuse
mit einer oder mit mehr als zwei durchbrochenen Unterlagen versehen oder mehrfach
angeordnet werden, wenn mehr als eine Wirbelschichtvorrichtung verwendet wird.
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Es ist auch eine Bauart möglich, in der eine Anzahl von Mangetitwirbelschichten
nebeneinanderliegen, aber nur einer oberen, zur Trocknung und Entstaubung dienenden
Wirbelschicht zugeordnet sind, wobei die ganze Gruppe von Wirbelschichten sich in
einem Gehäuse befindet.
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Gemäß einer weiteren Bauart können sowohl die Trocknungs- und Entstaubungsstufe
als auch die Reinigungsstufe so eingerichtet werden, daß der überlauf des Schwemmprodukts
aus den Wirbelschichten auf dem ganzen oder im wesentlichen dem ganzen Umfang einer
überlaufkante am oberen Ende der Wirbelschicht stattfindet.
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Außerdem können verschiedene Änderungen der Gehäusebauart vorgenommen
und weitere Ausrüstung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingefügt werden, soweit
sie anwendbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat unter anderem folgende Vorteile:
a) Gedrängte Bauart der Vorrichtung, in der die wesentlichen Vorgänge sowohl der
Trocknung als auch der Reinigung zugleich vollzogen werden können; b) Trockenreinigung
und Entstaubung unter Verringerung des Staubproblems und der daraus entstehenden
Gesundheitsgefährdung auf ein Mindestmaß; c) leichte Regelung der spezifischen Gewichte
bei der Trennung des Trocknungsgrades der Rohbeschickung und der Teilchengröße,
bis zu welcher die Rohbeschickung entstaubt wird; d) größte Wirtschaftlichkeit bei
der Anwendung von Wärme und Luft durch Reihenschaltung der oberen und unteren Wirbelschichten
im Gehäuse; e) Ersetzbarkeit der Heißgaszufuhr zur Vorrichtung durch Kaltluft oder
Atmosphärenluft, wenn die Oberflächenfeuchtigkeit der Rohbeschickung hinreichend
gering ist, um deren Entstauben und Reinigen in der Magnetitwirbelschicht ohne weitere
Trocknung zuzulassen. Die Entstaubung kann unterbleiben, wenn in der Rohbeschickung
kein oder nur wenig Material mit einer Korngröße unter z. B. 0,5 mm enthalten ist,
jedoch kann es noch immer erforderlich sein, eine solche Beschickung unter Verwendung
heißen gasförmigen Mediums vor seiner Zufuhr zur Reinigungsstufe zu trocknen.