DE3400399C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung ist in stoffverarbeitenden Bereichen der Volkswirtschaft,
wie der chemischen Industrie, der Nahrungsgüterwirtschaft,
der pharmazeutischen Industrie anwendbar, wenn
es darauf ankommt, beim Trocknen von Stoffen ein Anbacken
oder eine thermische Schädigung zu verhindern.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung
wird das zu trocknende Gut mit dem Trocknungsmedium in einem
Trocknerraum kontaktiert, dessen Wandungen, insbesondere
am Eintritt des Trocknungsmediums (z. B. der Anströmboden
von Wirbelschichttrocknern), eine höhere Temperatur besitzen
als das zu trocknende Gut. Auch Einbauten zur mechanischen
Vermischung im Trocknerraum können eine höhere Temperatur
als das zu trocknende Gut aufweisen.
Insbesondere bei der Inbetriebnahme von Trocknern sind in
der Regel alle den Trocknerraum begrenzenden Wandungen und
in ihm vorhandenen Einbauten vor Einbringen des zu trocknenden
Gutes in den Trocknerraum nahezu bis auf die Temperatur
des Trocknungsmediums aufgeheizt.
Bei der Trocknung thermolabiler, zum Anbacken neigender
Produkte kommt es wegen der nicht auszuschließenden Berührung
von zu trocknendem Produkt und heißen Wandungen
sowie Einbauten zu Produktschädigungen.
Besonders groß ist die Gefahr des Aufheizens der Wandungen
und Einbauten auch während des Betriebes von Trocknungsanlagen,
wenn infolge von Betriebsstörungen die Zufuhr von zu
trocknendem Gut unterbrochen wird oder dessen Eintrittsfeuchte
stark schwankt.
Um die Kontaktierung von Teilchen einer Wirbelschicht mit
dem heißen Anströmboden zu verhindern, ist in der Patentschrift
DE-OS 23 35 514 vorgesehen, das Trocknungsmedium
durch gesonderte, die untere Begrenzungswandung des Wirbelraumes
durchstoßende Rohre in den Trocknungsraum zu führen.
Besonders bei Inbetriebnahme ist aber auch dadurch ein Aufheizen
der unteren Begrenzungswandung des Wirbelraumes nicht
vermeidbar.
Aus der DE-OS 25 52 891 ist eine Wirbelschichtvorrichtung
bekannt, die, zur Verhinderung der Kanalbildung des Materials,
aus einer oberen und unteren Kammer besteht, welche durch eine
Vielzahl von Rohren miteinander verbunden sind. Die Kammern
sowie die Rohre sind mit einer Wärmeübertragungseinrichtung
umgeben, die jeweils mit einem Einlaß und einem Auslaß für das
Wärmetauschermedium versehen sind. Die gewünschte Reaktion des
Materials erfolgt durch den indirekten Wärmetausch des
zugeführten Wärmetauschermediums mit dem Material über die
Wärmeübertragungseinrichtung. Die der Wirbelschichtvorrichtung
zugeführten Gase dienen lediglich zur Fluidisierung des
Materials.
Diese vorbekannte Wirbelschichtvorrichtung mit indirektem
Wärmeaustausch betrifft jedoch weder ein Verfahren noch eine
Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler und anbackungsanfälliger
Stoffe. Auch lassen sich mit dieser vorbekannten Vorrichtung
Materialanbackungen und thermische Schädigungen des Materials
nicht verhindern und die Energieökonomie der Vorrichtung nicht
wesentlich verbessern.
Bisher ist kein Verfahren und auch keine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens bekannt, mit Hilfe derer die
gesamte den Trocknerraum begrenzende Wandung sowie auch
alle Einbauten im Trocknerraum sowohl im Zustand der Inbetriebnahme
als auch während des Betriebes sowie bei Betriebsstörungen
unterhalb der Eintrittstemperatur des
Trocknungsmediums gehalten werden können. Damit ist die
Trocknung thermolabiler, zum Anbacken neigender Produkte
immer mit einer Qualitätsminderung verbunden. Zwar kann
mit bekannten Lösungen dem Aufheizen mit einer schlagartigen
Temperatursenkung des Trocknungsmediums begegnet
werden, jedoch ist diese Maßnahme mit einem großen Regelaufwand
verbunden.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und
eine entsprechende Vorrichtung zu entwickeln, mit Hilfe
derer ein Anbacken und eine thermische Schädigung dazu
neigender Stoffe im Verlaufe des Trocknungsprozesses
verhindert und die Produktausbeute sowie die Produktqualität
erhöht werden können. Gleichzeitig sollen mit
dem Verfahren und der Vorrichtung Wärmeverluste vermindert
und damit eine bessere Energieökonomie gegenüber
bisherigen Trocknungsverfahren erreicht werden.
Die Verhinderung des Anbackens und einer thermischen Schädigung
muß sich auch auf die Inbetriebnahme und auf Betriebsstörungen
beziehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle Apparateteile,
mit denen der zu trocknende Stoff in Berührung kommen kann,
unterhalb der Temperatur zu halten, bei der die Gefahr eines
Anbackens und einer thermischen Schädigung besteht.
Mit bisher
bekannten Trocknungsanlagen, insbesondere Wirbelschichtanlagen,
ist das Ziel, ein Anbacken und einer thermische
Schädigung dazu neigender Stoffe zu verhindern, nicht zu
erreichen, da bei Inbetriebnahme zunächst alle Apparateteile
annähernd die das Anbacken hervorrufende hohe Temperatur
des eintretenden Trocknungsmediums besitzen und bei
Betriebsstörungen sich die inneren Apparateteile wieder
zeitweise aufheizen können bzw. kommt es an Toträume begrenzenden
Apparateteilen zu örtlichen Temperaturerhöhungen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrenstechnisch in der Form
gelöst, daß das Trocknungsmedium vor Eintritt in den Heizer als
Kühlmedium durch folgende Räume des Trocknungsapparates geführt
wird
- - einen Raum, der den Trocknungsraum umgibt,
- - einen Raum, der im Anströmboden enthalten ist,
- - einen Raum, der im Trockenraum vorhandene Apparateteile umgibt,
wobei die Geschwindigkeit des Kühlmediums in den Räumen auf
einen Wert eingestellt wird, der das 1,1- bis 5fache des Wertes
der Geschwindigkeit im Trocknerraum beträgt und die einzelnen
Ströme des Kühlmediums durch die Räume unabhängig voneinander
eingestellt werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn alle in und um den Trocknerraum
vorhandenen Wandungen eine 0,4- bis 0,9mal geringere Temperatur
aufweisen als das Trocknungsmedium bei Eintritt in den
Trocknerraum besitzt.
Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums:
Für den Fall, daß das Trocknungsmedium durch die
Trocknungsanlage gedrückt wird, ändern sich die
Verfahrensschritte insofern, als das kalte Trocknungsmedium von
einem Verdichter angesaugt und von dessen Druckseite in die
Räume des Trocknungsapparates, die alle in und um den
Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, gelangt. Im übrigen
ist das erfindungsgemäße Verfahren identisch wie bei saugender
Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums.
Die erfindungsgemäße Lösung bei der Vorrichtung der eingangs
erwähnten Art besteht darin, daß alle in und um einen
Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Räumen umgeben sind,
wobei die Oberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen
Wandungen, die vom Trocknerraum abgewandt sind, durch
Oberflächenvergrößerungselemente 0,5% bis 20% größer sind, als
die Oberflächen, die dem Trocknerraum zugewandt sind.
Durch den Einsatz des Trocknungsmittels gleichzeitig als Kühl-
und Fluidisierungsmittel wird die Energieökonomie des Verfahrens
wesentlich verbessert. Die Kühlung aller Vorrichtungsteile, mit
denen das zu behandelnde Material in Verbindung kommt,
verhindert Materialanbackungen und eine Schädigung des Materials
bei seiner Trocknung.
Zur Durchführung des Verfahrens, bei dem das Trocknungsmedium
durch die Trocknungsanlage hindurchgesogen wird, wurde mit
Hilfe eines an sich bekannten Trocknungsapparates, insbesondere
eines Wirbelschichtapparates, eine Vorrichtung gefunden,
indem alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen
von Räumen umgeben werden, durch die das kalte Trocknungsmedium
geführt wird. Die Oberflächen der in und um den
Trocknerraum vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum abgewandt
sind, werden größer als die ausgeführt, die dem
Trocknerraum zugewandt sind (0,5% bis 20%).
An der Trennwand des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum
umgibt und an der Trennwand des Raumes, der den Anströmboden
umgibt, sind an gegenüberliegenden Seiten Stutzen
angeordnet. Der eine Stutzen ist zur Umgebung offen und vom
anderen führt eine Verbindungsleitung zur kalten Trocknungsmediumeintrittsseite
des Heizers. An einem der beiden Stutzen
befindet sich eine Drosselklappe. Zwischen der heißen Trocknungsmediumsaustrittsseite
des Heizers und der Trocknungsmediumverteilungskammer
des Trocknungsapparates befindet
sich eine Verbindungsleitung.
Kaltes Trocknungsmedium wird in den Trocknerraum umgebenden
Raum, in die Räume, die im Trocknerraum vorhandene Teile,
insbesondere solche zur mechanischen Vermischung, umgeben
und in den Raum, der den Anströmboden umgibt, durch die entsprechenden
Stutzen angesaugt, durchströmt diese Räume und
kühlt dabei alle den Trocknerraum umgebenden und in diesem
angeordneten Wandungen bis auf eine gewünschte Temperatur.
Die dazu erforderliche Einstellung der Volumenströme des
Trocknungsmediums erfolgt mittels der Drosselklappen.
Das erwärmte Trocknungsmedium gelangt durch die Verbindungsleitungen
in die kalte Trocknungsmediumeintrittsseite des
Heizers und wird, indem es durch diesen hindurchfließt, bis
auf die erforderliche Trocknungsmediumeintrittstemperatur
aufgeheizt.
Durch eine Verbindungsleitung strömt das aufgeheizte Trocknungsmedium
in die Trocknungsmediumverteilungskammer des
Trocknungsapparates und durch den Anströmboden in den Trocknerraum.
Im Ergebnis der Kontaktierung zwischen zu trocknendem
Stoff und Trocknungsmedium nimmt letzteres Feuchtigkeit
auf. Dabei kühlt sich der zu trocknende Stoff, solange auf
dessen Oberfläche noch eine Restfeuchte vorhanden ist, bis
auf die Kühlgrenztemperatur ab und die Temperatur des Trocknungsmediums
sinkt bis auf eine Temperatur oberhalb der Kühlgrenztemperatur.
Das befeuchtete und abgekühlte Trocknungsmedium
gelangt danach in einen Abscheider, in welchem mitgeführte
feste Stoffe abgetrennt werden und von dort zur Saugseite
eines Verdichters.
Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die drückende Betriebsweise
bezüglich des Trocknungsmediums die gleiche, wie
die für die saugende, nur sind jeweils zwischen den Stutzen
an den Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die
im Trocknerraum vorhandenen Teile und um den Anströmboden,
die bei der saugenden Betriebsweise zur Umgebung offen sind
und der Druckseite eines Verdichters Verbindungsleitungen
angeordnet.
Bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums
ist die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber
saugender dahingegen unterschiedlich, indem das kalte Trocknungsmedium
von einem Verdichter durch die Verbindungsleitungen
zwischen dessen Druckseite und jeweils den Stutzen an den
Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum
vorhandenen Teile und um den Anströmboden gedrückt wird
und durch diese Räume hindurchströmt. Dabei werden alle um
und in dem Trocknerraum vorhandenen Wandungen gekühlt.
Die Erfindung soll nachfolgend an den Ausführungsbeispielen
mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert werden, wobei die Fig. 1
die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums,
die Fig. 3 die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums
zeigt. In den Fig. 2 und 4 sind die Anströmböden
von Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt. Das kalte Trocknungsmedium
mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01 kg
Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird in die
Räume des Trocknungsapparates 3, eines Wirbelschichttrockners,
die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen
umgeben, angesaugt: in den Raum 5 zur Umgebung, der
den Trocknerraum 8 umgibt, durch den Stutzen 13: in den
Raum 6, der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt,
im Beispiel einen mechanischen Rührer, durch den Stutzen 17:
in den Raum 7, der den Anströmboden umgibt, durch den Stutzen
16. Das kalte Trocknungsmedium durchströmt diese Räume, kühlt
dabei alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen
auf 328 K ab und wird selbst auf 323 K aufgeheizt. Es verläßt
diese Räume durch den Stutzen 14, 15, 18 und gelangt durch
die Verbindungsleitungen 20, 21, 22 zur kalten Trocknungsmediumeinrittsseite
des Heizers 23. Die Volumenströme
an Trocknungsmedium durch die drei Räume werden mit Hilfe
von Drosselklappen 9, 10, 11 eingestellt: 150 m³/h mit der
Drosselklappe 9: 350 m³/h mit der Drosselklappe 10: 4500 m³/h
mit der Drosselklappe 11. Im Heizer 4, einem Rippenrohrwärmeübertrager,
erwärmt sich das Trocknungsmedium auf 403 K und
wird über die Trocknungsaustrittsseite 24 in die Trocknungsmediumverteilungskammer
27 des Trocknungsapparates 3 geleitet.
Durch den Anströmboden 12 strömt das Trocknungsmedium
in den Trocknerraum 8, eine Wirbelkammer. Dort kommt es zur
Kontaktierung mit dem zu trocknenden thermolabilen, anbackungsanfälligen
Stoff, im vorliegenden Falle 250 kg/h mit ca.
60 Massen-% Feuchtigkeit aus einer Zentrifuge kommende Reibsel
roher Kartoffeln. Das im Ergebnis der Kontaktierung auf
0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und auf 333 K
abgekühlte Trocknungsmedium gelangt mit dem bis auf 10
Massen-% Restfeuchte getrockneten Stoff in einen Abscheider
2, beispielsweise in einen Zyklen, in dem der getrocknete
Stoff vom Trocknungsmedium getrennt wird. Letzteres,
von einem Verdichter 1 angesaugt, strömt dessen Saugseite 25
zu und verläßt ihn wieder durch seine Druckseite 26; der
Druckaufbau beträgt 550 mmWS.
Der Trocknungsapparat 3 nach Fig. 1, ein an sich bekannter
Wirbelschichtapparat mit einem Durchmesser des Trocknerraumes
8 von 800 mm, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß
- - infolge von Oberflächenvergrößerungselementen 19 in Form stumpf aufgeschweißter kompakter Zylinder mit 20 mm Durchmesser und 30 mm Länge die Wärmeübertragungsfläche der Trennwand zum Raum zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, um 10% größer ist als die Wärmeübertragungsfläche dieser Trennwand zum Trocknerraum 8;
- - bei 1000 mm Außendurchmesser des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmediums in diesem 20% größer ist als die im Trocknerraum 8;
- - bei einem Strömungsquerschnitt von 100 cm² in dem Raum 7, der den Anströmboden umgibt, die Geschwindigkeit des Trocknungsmediums in dem aus geschlossenen Kanälen zusammengesetzten Anströmboden 12 um 20% größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im Trocknerraum.
Die Drehzahl des mechanischen Mischers beträgt 30 min-1 und
das Öffnungsverhältnis des Anströmbodens ist mit 8% festgelegt.
Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums:
Das erfindungsgemäße Verfahren bei drückender Betriebsweise
bezüglich des Trocknungsmediums soll anhand eines Ausführungsbeispieles,
in Fig. 3 dargestellt, erläutert werden.
Das kalte Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und
0,01 kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird von
einem Verdichter 1 angesaugt und mit einer Temperatur von
303 K und 550 mmWS Überdruck gegenüber der Umgebung in die
Räume des Trocknungsapparates 3, gleichfalls eines Wirbelschichttrockners,
die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen
Wandungen umgeben, gedrückt.
Die weiteren Verfahrensschritte sind identisch denen, die
bei saugender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums
ablaufen. Abweichend davon, verläßt das auf 343 K abgekühlte,
auf 0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und von aus
der Wirbelschicht mitgeführten Kartoffelreibsel befreite
Trocknungsmedium die Trocknungsanlage nach Durchströmen des
Abscheiders 2. Auch der erfindungsgemäß gestaltete Trocknungsapparat
3, ebenfalls ein an sich bekannter Wirbelschichtapparat,
ist, bis auf die Ausführung des mechanischen Mischers,
identisch dem Trocknungsapparat nach Fig. 1 für die saugende
Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums. Da der Raum 7,
der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, bei drückender
Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums zur Atmosphäre
abgeschlossen sein muß, sind, wie in der Fig. 3 dargestellt,
für den Ein- und Austritt des Trocknungsmediums je
eine Zuführungs- und eine Abführungskammer erforderlich.
Claims (4)
1. Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger
Stoffe durch Kontaktierung mit einem Trocknungsmedium, das
durch einen Heizer und nachfolgend durch einen
Trocknungsapparat, vorzugsweise einen Wirbelschichtapparat,
und durch einen Abscheider strömt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trocknungsmedium vor Eintritt in
den Heizer (4) als Kühlmedium durch folgende Räume des
Trocknungsapparates (3) geführt wird
- - einen Raum (5), der den Trocknungsraum (8) umgibt,
- - einen Raum (7), der im Anströmboden (12) enthalten ist,
- - einen Raum (6), der im Trockenraum (8) vorhandene Apparateteile umgibt,
wobei die Geschwindigkeit des Kühlmediums in den Räumen
(5; 6 und 7) auf einen Wert eingestellt wird, der das 1,1-
bis 5fache des Wertes der Geschwindigkeit im Trocknerraum
(8) beträgt und die einzelnen Ströme des Kühlmediums durch
die Räume (5; 6; 7) unabhängig voneinander eingestellt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
alle in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen
eine 0,4- bis 0,9mal geringere Temperatur aufweisen als
das Trocknungsmedium bei Eintritt in den Trocknerraum (8)
besitzt.
3. Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler
anbackungsanfälliger Stoffe in einem als Wirbelschichtapparat
ausgebildeten Trocknungsapparat nach
Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle in und
um einen Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen von Räumen
(5; 6; 7) umgeben sind, wobei die Oberflächen der in und
um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen, die vom
Trocknerraum (8) abgewandt sind, durch
Oberflächenvergrößerungselemente (19) 0,5 bis 20% größer
sind als die Oberflächen, die dem Trocknerraum (8)
zugewandt sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SKET SCHWERMASCHINENBAU MAGDEBURG GMBH, O-3011 MAG |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GLATT INGENIEURTECHNIK GMBH, O-5300 WEIMAR, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |