DE1604900B2 - Vorrichtung zum trocknen von in einem gasstrom bewegten, in einem loesungsmittel geloesten stoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von in einem Gasstrom bewegten, in einem Lösungsmittel gelösten Stoffen mit einer Gaszuführung und einer an diese anschließenden Düse einer Reynolds-Zahl größer als 10 000, durch die die Geschwindigkeit des Gasstromes wesentlich erhöht wird, mit einer Mischkammer am Austrittsende der Düse, einer Zuleitung für das in die Mischkammer einzuführende zu trocknende Gut, die in einem Winkel zum aus der Düse kommenden Gasstrom ausgerichtet ist, und mit einem der Mischkammer unmittelbar nachgeschalteten Trockenkanal, wobei die Düse, die Mischkammer und der Trockenkanal in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet sind und für das Gemisch aus Gas und trockenen festen Teilchen ein Abscheider angeordnet ist.

Zum nächstkommenden Stand der Technik sind die USA.-Patentschriften 22 97 726; 22 25 080 und 30 56 212 zu nennen.

Die USA.-Patentschrift 22 97 726 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen eines Sprühstrahls, wobei man eine plötzliche Verlangsamung eines Gasstromes bewirkt mit dem Ergebnis, daß die Partikelchen im Gasstrom eine größere Geschwindigkeit haben als das Gas selbst mit der Folge, daß die Partikelchen kontinuierlich neuer Atmosphäre ausgesetzt werden zum Zweck der Verhinderung einer lokalen Sättigung des Gasstromes an Partikelchen. Hierdurch wird sehr rasch eine vollständige Trocknung erreicht mit dem erwünschten Effekt, daß die gebildeten winzigen »Tröpfchen« gerade nicht agglomerieren, also feinste Partikelchen entstehen.

In der USA.-Patentschrift 22 97 726 sind verschiedene Düsenvorrichtungen beschrieben, in die das im Winkel zur Achse der Düse eingeführte Einspeisematerial praktisch lotrecht zur Achse des Gasstromes zugeführt wird. Nur in F i g. 4 ist der Eintrag des Einspeisematerials in einem von der Lotrechten abweichenden Winkel zu der Achse der Düse angeordnet. In dieser Figur ist zu sehen, daß das zu trocknende Material sich unmittelbar an der Eintragstelle praktisch lotrecht zum Fluß des Gases befindet, weil die Eintrags-Austrittsöffnung in einem divergierenden Teil der Düse liegt. Das

ίο Einspeisematerial wird in diesem Fall innerhalb des Bezirks der Düse in den Gasstrom eingeführt und nicht in einer getrennten Mischkammer.

Die USA.-Patentschrift 30 56 212 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von fein verteiltem Material, wobei ein Heißgasstrom mit hoher Geschwindigkeit zur Aufnahme des zu trocknenden Materials dient und sodann die Geschwindigkeit des Gasstromes abgebremst wird. Hierbei findet aber keine Verdüsung des Gasstromes zum Zweck der Geschwindigkeitserhöhung des Stromes statt, da die Geschwindigkeitserhöhung durch Wärmezufuhr erfolgt. Bei der Vorrichtung gemäß USA.-Patentschrift 30 56 212 wird das zu trocknende Gut durch eine ziemlich breite Öffnung in eine Kammer gegeben, in die von einer Seite aus einer großen Heizkammer der Heißgasstrom mit großer Geschwindigkeit eingeleitet und mit der zu trocknenden Kohle beschickt durch eine Austrittsöffnung großen Querschnitts an der anderen Seite unmittelbar in einen zylindrischen Trockenkanal und anschließend in einem Diffusor weitergeführt wird.

Die USA.-Patentschrift 23 25 080 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von trocknenden Materialien, wobei der zu trocknende Gasstrom durch eine Düse in ein bogenförmiges Trocknungsrohr eingeleitet wird mit dem gewünschten Effekt, daß möglichst feines Gut entsteht. Dabei ist diese bekannte Vorrichtung insgesamt als Kreislaufvorrichtung ausgebildet; die Düse, die sich an diese anschließende Kammer, sowie der Trockenkanal liegen dabei nicht auf einer gemeinsamen geraden Achse. Bezüglich des Winkels der Wandung des Bogens und der Düse ist kein kritischer Bereich angegeben.

Während bei den genannten Vorrichtungen des Standes der Technik ein möglichst feinstteiliges Gut entstehen soll, liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, agglomerierte — also vergrößerte — getrocknete Partikeln zu schaffen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Trocknen von in einem Gasstrom bewegten, in einem Lösungsmittel gelösten Stoffen der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die hintereinander geschalteten Teile auf einer gemeinsamen geraden Achse liegen und der an die Mischkammer unmittelbar anschließende Teil des Trockenkanals nach Art eines Diffusors mit einer um einen derartigen, im Bereich zwischen etwa 3 und 12° liegenden, mit der gemeinsamen Achse gebildeten Winkel divergierenden Wandung ausgestattet ist, daß eine Agglomeration der bei der Trocknung sich bildenden Teilchen eintritt, und an den Diffusor ein langgestrecktes Trockenrohr angeschlossen ist.

Eine wissenschaftliche physikalische Deutung dieses Effekts kann bisher noch nicht abgegeben werden. Es ist anzunehmen, daß infolge der geoffenbarten Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung infolge Wirbelwirkungen ein Auseinanderziehen bzw. Auseinanderreißen des Gasstroms innerhalb des. wie beim Gegenstand der Erfindung ausgebildeten Diffusors stattfindet mit der

Folge, daß die einzelnen Tröpfchen dem heißen Gas eine beträchtliche Oberfläche aussetzen und so agglomerierte größere Teilchen entstehen können.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einen Düsenmischer wie in F i g. 1, ein ummanteltes Trockenrohr und einen Zyklon-Abscheider aufweist;

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Mischvorrichtung weist eine Gaszufuhr-Leitung 1, eine konvergent-divergent-Düse 2, eine Mischkammer 3 und eine Diffusorzone 4 auf, die aus dem Diffusorhals 5 und dem Diffusor 6 besteht. Der heiße Gasstrom tritt in die Misch-Vorrichtung durch die Gaszufuhr-Leitung ein; seine Geschwindigkeit nimmt beim Durchströmen der Düse und beim Einströmen in die Mischkammer wesentlich zu. Das Naßmaterial 7 wird durch die Zuleitung 8 in die Mischkammer 3 gedrückt. Es ist nötig, daß die Lösung in die Mischkammer in Richtung einer Achse eintritt, die mit der des heißen Gasstromes konvergiert. Mit anderen Worten, die Lösung soll nicht in die Mischkammer in axialer Richtung mit dem heißen Gasstrom einströmen. Der Winkel, der von der Achse des Gasstromes und der der Lösung gebildet wird, variiert vorzugsweise zwischen ungefähr 30 und 90°. Beim Eintritt des Naßmaterials in die Mischkammer wird dieses durch den Gasstrom großer Geschwindigkeit in kleine Klumpen oder Tropfen zerteilt und es wird eine Suspension der Flüssigkeit im Gasstrom gebildet. Eine Suspension dieser Art bildet sich nicht, wenn die Lösung in axialer Richtung zu dem heißen Gasstrom in die Mischkammer eintritt. Die Tropfen der eingetretenen Lösung werden durch die Wirbelwirkung des Heißen Gasstromes großer Geschwindigkeit verdreht, gestreckt und zerrissen und dem heißen Gas wird eine beträchtliche Tropfenoberfläche ausgesetzt. Dies begünstigt die rasche Verdampfung des Lösungsmittels und verhindert die Oberflächenhärtung des Partikels, da die fortwährende Veränderung der Form der Tropfen es den inneren Dämpfen erlaubt, vollständig zu entweichen. Um zu gewährleisten, daß eine ausreichend große Oberfläche der Tropfen beim Trocknen vorhanden ist, muß das heiße Gas seine große Geschwindigkeit beibehalten und es ist nötig, daß die Reynolds-Zahl für die Düse größer als 10 000 ist. Der Düsendurchmesser an der engsten Stelle kann in weiten Grenzen variieren und ist abhängig von der Kapazität und der Größe des gesamten Trockensystems. Es hat sich erwiesen, daß der Durchmesser bei einem System, das eine Gaszufuhr-Leitung 1 mit einem Innendurchmesser von etwa 76 mm aufweist, zwischen etwa 2,5 und etwa 38 mm variieren kann.

Um eine Niederschlagsbildung in der Zuleitung 8 zu vermeiden, ist es nötig, ein wärmeisolierendes Material 9 zwischen der Düse 2 und der Zuleitung 8 anzuordnen. Eine sich bildende Ablagerung kann den Ausfall des Systems infolge verstopfter Durchlässe bewirken. Außerdem kann eine sich bildende Ablagerung die Bildung überdimensionierter Klumpen im pulvrigen Produkt verursachen. Jedes Wärmeisolationsmaterial, das dem Fachmann bekannt ist, kann benutzt werden, vorausgesetzt, es reagiert weder mit der zu trocknenden Lösung noch mit dem heißen Gasstrom. Als ein ausgezeichnetes Wärme-Isolationsmaterial hat sich Tetrafluoräthylen erwiesen.

Der heiße Gasstrom mit der beigegebenen Lösung expandiert in der Diffusorzone 4. Es ist erforderlich, den Gasstrom während seiner Expansion in der Qiffusorzone siets quer zur Strömungsrichtung zu begrenzen. Deshalb divergiert die Diffusorzone in einem Winkel, der die begrenzte Expansion gewährleistet, wobei der heiße Gasstrom in Berührung mit den Wänden der Kammer gehalten wird. Es ist erforderlich, daß der Winkel zwischen den Achsen des Gasstromes und den Wänden der Diffusorzone zwischen 3 und 12° liegt. Infolge der Einhaltung der großen Turbulenz und Geschwindigkeit, verursacht durch den begrenzten Bereich der Diffusorzone, werden die wünschenswerterweise größeren Partikeln gebildet.

Die Suspension des heißen Gases und der beigefügten Lösung tritt nach dem Ausströmen aus der der Mischkammer nachgeschalteten Diffusorzone in ein Trockenrohr 10 ein. Die Grenze zwischen Trockenrohr und Diffusorzone sollte von geometrischen Unregelmäßigkeiten frei sein und der Durchmesser des Trokkenrohres sollte vorzugsweise der gleiche sein wie der des Ausströmendes der Diffusorzone. Dieser Durchmesser kann in weiten Grenzen variieren, abhängig von der Kapazität des benutzten Systems. Wenn ,geometrische Unregelmäßigkeiten zwischen der Diffusorzone und dem Trockenrohr auftreten, kann sich viskoses Material ansammeln und der Feststoff wird sich in Form von Klumpen abscheiden, die sich eventuell mit dem getrockneten Produkt verbinden und zu ihrer Entfernung ein separates Sieb-Verfahren erfordern.

F i g. 2 stellt eine einstufige Trockenvorrichtung dar, die aus einem Düsenmischer 11 mit Mischkammer und Diffusorzone, einem langgestreckten Trockenrohr 12 und einem Zyklon-Abscheider 13 besteht. Der Düsenmischer mündet mit der Diffusorzone in das langgestreckte Trockenrohr, das in einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Mantel 14 versehen ist, der einen Einlaß 15 und einen Auslaß 16 aufweist. Der Durchmesser des Trockenrohres ist vorzugsweise der gleiche wie jener des Ausströmendes der Diffusorzone. Dieser Durchmesser sollte klein genug sein, um die große Geschwindigkeit des heißen Gases durch die Länge des Trockenrohres aufrechtzuerhalten. Die Geschwindigkeit des Gases muß ausreichend groß sein, um das Naßmaterial in Suspension zu halten. Die große Geschwindigkeit des Gases bewirkt auch die in großem Maße mögliche Kontaktnahme der klebrigen Partikeln während ihrer Bildung mit den Wänden des Trockenrohres. Dies zwingt die Partikeln dazu, bis zu einem gewissen Maß gegeneinander und umeinander zu wirbeln und größere, gerundetere Partikeln zu formen. Außerdem verhindert die große Geschwindigkeit die Partikeln am tatsächlichen Anhaften an den Wänden der Vorrichtung. Das ummantelte Trockenrohr kann durch Dampf oder durch andere, äußerliche Wärmequellen beheizt werden, um Kondensation von Lösungsmitteldämpfen an den Wänden des Trockenrohres zu vermeiden und um die Wärmemenge auszugleichen, die zur Verdampfung des Lösungsmittels benötigt wird. Das Rohr kann außerdem mehr als einen Mantel enthalten, um eine genaue Regulierung der Temperatur im Trockenrohr auf dessen ganzer Länge zu ermöglichen. Die erste Stufe eines Trockenabschnittes kann z. B. erwärmt werden, um flüchtige Bestandteile zu entfernen, während eine zweite Stufe so gekühlt werden kann, daß das trockene Produkt unmittelbar abgepackt werden kann.

Am Austrittsende des Trockenrohres kann eine Vor-

richtung, beispielsweise ein Zyklon-Abscheider vorgesehen sein, um die Mischung aus heißem Gas und flüchtigen Bestandteilen von den trockenen Partikeln zu trennen. Die Mischung aus Gas und flüchtigen Bestandteilen wird am Zyklonkopf 17 eingeleitet und die flüchtigen Bestandteile werden, wenn sie wertvoll sind, wiedergewonnen. Die trockenen Partikeln werden am Boden des Zyklonabscheiders gesammelt.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trocknen, die geeignet" ist, ein aus einzelnen Teilchen bestehendes Naßmaterial zu verarbeiten. Die Vorrichtung umfaßt eine Gas-Eintrittsleitung 18, eine Düse 19, eine Mischkammer 20, einen Diffusor 21 und ein Trockenrohr. Das heiße Gas strömt durch die Gas-Eintrittsleitung 18 in die Mischkammer ein und seine Geschwindigkeit nimmt beim Durchströmen der Düse 19 wesentlich zu. Das aus einzelnen Teilchen bestehende Naßmaterial wird in einem zur Achse von Düse und Diffusorzone konvergierenden Winkel zu dem heißen Gasstrom in die Mischkammer 20 eingeleitet. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 90°. Jede Methode, die dem Fachmann bekannt ist, kann dazu benutzt werden, das aus einzelnen Teilchen bestehende Material in die Mischkammer einzubringen. So kann z. B. ein nicht gezeigter Schwingförderer an den Behälter 22 angeschlossen werden. Wahlweise kann auch Schwerkraftförderung angewandt werden. Die nassen Partikeln treten in die Mischkammer ein und werden in den heißen Gasstrom eingeleitet. Die Suspension aus Partikeln und heißem Gas bewegt sich in den Diffusor 20, woselbst ein homogeneres Gemisch entsteht. Das Gemisch wird dann in das Trockenrohr geleitet, wie er in F i g. 2 gezeigt ist. Die trockenen Partikeln werden auf die gleiche Weise gesammelt wie Partikeln, die aus der Lösung gewonnen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dazu, eine Vielfalt von Stoffen zu trocknen, vorausgesetzt, daß sie höheren Temperaturen für kurze Zeitspanne widerstehen. Die Temperatur des heißen Gasstromes sollte so hoch wie möglich sein, da dies einen größeren Trocknungs-Wirkungsgrad gewährleistet. Die angewandte Temperatur, ist jedoch von dem zu trocknenden Material abhängig. So kann z. B. ein Stoff, der in einem Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt gelöst ist, bei einer Temperatur getrocknet werden, die niedriger ist als jene, die bei einem Material angewandt wird, das in einem Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt gelöst ist.

Das Gas, das als heißer Gasstrom benutzt wird, ist von dem zu trocknenden Material abhängig. Wenn ein Stoff wie z. B. Harz zu trocknen ist, das in einem wasserunlöslichen Lösungsmittel gelöst ist, stellt überhitzter Dampf mit einem Druck von 3,51 bis 14,04 atü den vorzugsweise verwendeten heißen Gasstrom dar, da er vollständig kondensiert und einen Niederschlag mit dem Lösungsmittel bildet, der leicht zu entfernen ist. Wenn das zu trocknende Material wasserlöslich ist, kann Luft oder Stickstoff als Trocknungsgas benutzt werden, vorausgesetzt daß es nicht mit dem zu trocknenden Material chemisch reagiert.

Wenn das Naßmaterial in Lösungsform vorliegt, kann die Partikelgröße der Produkte entweder durch Festlegen des Verhältnisses heißen Gases zu Naßmaterial, durch Regelung der Konzentration der Feststoffe in der Arbeitslösung oder durch Kombination der beiden Möglichkeiten reguliert werden. Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß eine Verkleinerung des Verhältnisses heißen Gases zu Naßmaterial oder der Konzentration von Feststoffen in der Lösung die Bildung großer Partikeln begünstigt.

Das Verhältnis heißes Gas zu Naßmaterial, der Feststoffanteil am Naßmaterial, die Temperaturen des heißen Gasstromes und anderes können in weiten Grenzen, abhängig von dem zu trocknenden Material verändert werden. Die untere Grenze für dieses Verhältnis soll so sein, daß der Strom heißen Gases ausreicht, um erstens genug Lösungsmittel zu verdampfen, um nicht klebrige Partikeln zu formen und um zweitens das Naßmaterial durch das ganze Trockenrohr hindurch zu vertreiben.

Der Feststoffanteil des Naßmaterials kann auch innerhalb weiter Grenzen varrieren, abhängig von dem zu trocknenden Material, den Trocknungsbedingungen und anderem. Im allgemeinen werden für die meisten Harzlösungen Feststoffanteile von 1 bis 20 Gewichtsprozent vorzugsweise angewandt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Trocknen von in einem Gasstrom bewegten, in einem Lösungsmittel gelösten Stoffen mit einer Gaszuführung und einer an diese anschließenden Düse einer Reynolds-Zahl größer als 10 000, durch die die Geschwindigkeit des Gasstromes wesentlich erhöht wird, mit einer Mischkammer am Austrittsende der Düse, einer Zuleitung für das in die Mischkammer einzuführende zu trocknende Gut, die in einem Winkel zum aus der Düse kommenden Gasstrom ausgerichtet ist, und mit einem der Mischkammer unmittelbar nachgeschalteten Trockenkanal, wobei die Düse, die Mischkammer und der Trockenkanal in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet sind und für das Gemisch aus Gas und trockenen festen Teilchen ein Abscheider angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinandergeschalteten Teile auf einer gemeinsamen geraden Achse liegen und der an die Mischkammer (3; 20) unmittelbar anschließende Teil des Trockenkanals nach Art eines Diffusors (5; 6; 21) mit einer um einen derartigen, im Bereich zwischen etwa 3 und 12° liegenden, mit der gemeinsamen Achse gebildeten Winkel divergierenden Wandung ausgestattet ist, daß eine Agglomeration der bei der Trocknung sich bildenden Teilchen eintritt, und an den Diffusor ein langgestrecktes Trockenrohr (10; 12) angeschlossen ist.