DE3815726A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von stoffen und stoffgemischen im fliess- oder wirbelbett - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von stoffen und stoffgemischen im fliess- oder wirbelbett

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Description

Viele moderne physikalische und chemische Prozesse mit Energie-(Wärme) und Stoffübergang wie Mischen und Trennen, Erwärmen und Kühlen, Trocknen, Befeuchten, Adsorbieren und Desor­ bieren, pyrolytische und katalytische Reaktionen usw. bedienen sich der Fließbett- oder Wirbelschicht-Technik, bedingt durch den relativ guten Wärmeaustausch zwischen Gasphase und Feststoffpartikeln, der hohen Wärmekapazität, ausgeglichener und einstellbarer Temperaturkon­ stanz sowie einer intensiven Feststoffverteilung sowohl radial als auch axial und damit sehr einheitlicher Bettzusammensetzung.
Darüber hinaus sind Wirbelbettreaktoren im allgemeinen einfach in ihrer Konstruktion, wobei der Druckverlust in der Wirbelschicht praktisch unabhängig vom Gasdurchfluß ist und die Anfahr- und Abstellzeiten äußerst kurz sind. Schließlich ist die Prozeßregulierung über die Material-Durch­ satzkontrolle schnell und einfach durchführbar.
Nachteilig erweist sich beim Fließ- bzw. Wirbelbett, aber auch beim gasdurchströmten, ruhenden oder schwach gewirbelten Bett, die Möglichkeit des Teilchenabriebs, der unerwünschte Fest­ stoffaustrag bei zu hohen Gasdurchsätzen oder zu niedrigen Feststoffkonzentrationen, und damit verbunden die Notwendigkeit des Einsatzes ausschließlich homogener Teilchengrößen. Negative Kriterien sind weiter die Bildung von Blasenzonen, von Gassen und Strähnen im Material, insbes. bei einstufiger Verfahrensweise, eine schlechte radiale Gasverteilung sowie schließlich eine mangelhafte Energieausbeute bzw. ungeregelter Energieübergang bei großtechnischen Anlagen.
Wärme- bzw. Energie- und Stoffaustausch sowie die Beherrschung großvolumiger Maßstäbe sind daher auch heute noch immer nicht gelöste Probleme.
Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang solche Reaktionen oder Prozesse, bei denen allein durch thermische Energie eine Stoffbeeinflussung (Umwandlung) angestrebt wird, wie beispielsweise bei Hydratisierungen, Dehydratisierung, Calcinierung, Spaltung, ganze oder par­ tielle Entwässerung (Trocknung) usw. oder aber auch stoffliche Veränderungen wie Aktivierung, Inaktivierung oder Zerstörung unerwünschter Begleitstoffe wie Giftstoffe, Keimträger, Ge­ schmacks- und Geruchsstoffe u. a., wobei allein durch Einfluß von Wärmeenergie, ggf. in Ver­ bindung mit spezifisch ausgewählten, wirksamen Fluidisierungsgasen oder -gasgemischen, die Stoff- bzw. Materialveränderung erfolgt.
Da die aufzubringende Wärmeenergie in diesen und ähnlichen Fällen die Wirtschaftlichkeit von Fließbett- und Wirbelbettanlagen großer Volumenkapazität bestimmt, ist der Grad der Wärmeenergie-Ausbeute beim Übergang Wirbelschicht/Wärmeaustauschfläche bzw. Wärmeübergang vom Gas zu den Feststoffpartikeln (und umgekehrt) von allergrößter Bedeutung.
Die bei der Behandlung im Wirbel- bzw. Fließbett, aber auch im gasdurchströmten, ruhenden oder schwach aufgewirbelten Bett, benötigte - aber auch frei werdende - Wärmemenge, verändert (vermindert) um einen Material- und Stoff-Wert, der für das jeweilige Verfahren und Material spezifisch ist und insbes. eine Funktion der Anlagenaufheizung, Verdampfung, Kondensation, Reaktionswärmen (Enthalpieverlagerung) darstellt, muß dem Bett auf geeignete Weise zugeführt oder auch - verfahrensbedingt - abgeführt werden.
In den meisten Fällen kann dies durch indirekten Wärmeaustausch mit Hilfe des Zweiphasensy­ stems Wasser/Dampf oder - bei Temperaturen oberhalb 350°C - durch einen Salzschmelzekreislauf erfolgen.
Besonders bei Bett-Temperaturen über 80 bis ca. 180°C ist überhitzter Wasserdampf der gebräuchlichste Wärmeträger, sowohl für endotherme Reaktionen mit Wärmezufuhr als auch für exotherme Reaktionen mit (erforderlicher) Wärmeabfuhr. Dabei erfolgt der Wärmeübergang vom Dampf zum Behandlungsgut - und umgekehrt - meist über als Hohlkörper ausgebildete Böden (Doppelböden), die das Bett tragen und über die die Fluidisierung erfolgt. Dampf bzw. Kondensat wird außerhalb der Anlage regeneriert.
Zusätzlich zum indirekten Wärmeaustausch über den dampfbeheizten Boden ist es gelegentlich erforderlich, auch durch das Wirbelgas selbst, d. h. durch direkten Wärmeaustausch, das im Prozeß benötigte - oder auch abzuführende - Energieäquivalent einzustellen. Dies gilt insbes. für mehrstufige Wirbelschichten, z. B. der Trocknung in der Wirbelschicht bzw. der Materialentwässerung, oder auch bei der Einstellung eines definierten Wassergehalts, speziell bei wärmeempfindlichen Produkten der pharmazeutischen Industrie, der Nahrungs-, Genuß- und Futtermittel-Herstellung usw.
Es ist bekannt, daß viele im Wirbel- oder Fließ- oder ruhenden, gasdurchströmten, ein- oder mehrstufigen Bett durchgeführte Behandlungen von Schüttgütern eine relativ niedrige Ener­ gieausbeute aufweisen, daß Überhitzungen der vielfach temperaturempfindlichen Stoffe zu Pro­ duktzersetzung oder -abbau führen und daß der apparative Aufwand derart groß ist, daß die an sich in vieler Hinsicht erwünschte Wirbelbett-Technologie in Frage gestellt ist. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn mehrere Wirbelbetteinrichtungen hintereinander herangezogen werden, um die Mängel des ersten Betts durch weitere Behandlungszonen auszugleichen.
Die Anordnung mehrerer Wirbelbettzonen hintereinander wird z. B. in der DE-OS 21 01 143 be­ schrieben, die eine Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von körnigem Gut zum Gegenstand hat, bei der eine Wirbelbettzone mit geneigtem Boden unter diesem verschiedene Zonen aufweist, über die unterschiedliche Mengen von unterschiedlich temperiertem Wirbelgas eingeführt werden können. Über ein Wehr kann die Verweilzeit des Materials in der Wirbelzone variiert werden. Hier liegt somit zwar nur ein Wirbelbett vor, es ist jedoch eine Hintereinander­ schaltung von Temperaturstufen vorgesehen, die praktisch einem Mehrbettsystem gleichkommen.
Die EP-A-0 052 218 schlägt zur Verarbeitung von Sojabohnen vor, diese in zwei hintereinander angeordneten Wirbelbetten unterschiedlichen Temperaturen auszusetzen, bevor sie weiterverar­ beitet bzw. im speziellen Falle gebrochen werden.
Aus der DE-A-33 05 168 ist eine Apparatur zur Konditionierung von Sojabohnen bekannt, die aus einem an sich bekannten Fließbettapparat mit in seinem Reaktionsraum eingebauten beheizbaren Wärmeaustauschern besteht. Durch Luft fluidisiert, durchwandert das Material die Einbettzone und wird dabei auf 55-75°C erwärmt.
Die DE-A-23 39 908 betrifft ebenfalls eine Fließ- bzw. Wirbelbett-Anlage mit horizontalem Mate­ rialfluß in zwei hintereinander geschalteten Zonen mit Gas oder Gas-Dampf-Gemisch als fluidisie­ rendes Medium, wobei Gas oder Dampf in unterschiedlichen Zonen zur Anwendung kommen.
Alle diese Verfahren und Vorrichtungen besitzen den Nachteil einer sehr geringen (Wär­ me-) Energieausbeute, einer immensen Platzbeanspruchung - bei horizontaler Nacheinander­ schaltung mehrerer Wirbeleinheiten - sowie einer wenig bzw. nicht befriedigenden Materialbeein­ flussung entweder durch Überhitzung oder durch zu geringe Spezifizierung, d. h. Variationsmöglichkeit der Materialbeeinflussung, wodurch vielfach wertvolle Inhaltsstoffe ver­ lorengehen oder die gewollte Zerstörung schädlicher Inhaltsstoffe nur unvollkommen erreicht wird.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Schüttgütern zwecks Veränderung oder auch Stabilisierung der rheologischen Eigenschaften im Wirbel-, Fließ- oder ruhenden, gasdurchströmten Bett. Dabei handelt es sich um Prozesse der Materialtrocknung bzw. Einstellung eines bestimmten Feuchtigkeitsgehalts, um Sterilisierung und/oder Konditionierung, Beeinflussung des Fließverhaltens usw. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Wirbel- oder Fließbettverfahren - aus Gründen der Vereinfachung wird im nachfolgenden vorwiegend vom Wirbel- oder Fließbett gesprochen, was jedoch das ruhende bzw. schwach gewirbelte Bett nicht ausschließt - zur thermischen Konditionierung von öl-, fett-, protein- und/oder stärkehaltigen Naturstoffen, die für die Gewinnung von Futtermitteln, pflanzlichen Fetten und Ölen, Nahrungs- und Genußmitteln, Stärke und Eiweiß u. a. herangezogen bzw. verarbeitet werden.
Wenn auch die Erfindung im nachfolgenden beispielhaft an der sogenannten Konditionierung von Saatgut, insbesondere der thermischen Vorbehandlung von Sojabohnen für die Ölgewinnung und Futtermittelherstellung oder für die Nachbehandlung von Extraktionsrückstand beschrieben wird, so ist sie doch bei einer Vielzahl anderer "pretreatment"-Prozesse anwendbar, insbes. bei der Behandlung natürlich vorkommender Rohstoffe, bei denen eine Einstellung des Feuchtigkeitsge­ halts, Änderung der rheologischen Eigenschaften usw. bei erhöhter Temperatur und ggf. Wasserdampfatmosphäre erforderlich ist.
Dies gilt z. B. für die große Gruppe der Rohmaterialien zur Speiseölgewinnung, wie Sojabohnen, Raps, Sonnenblumensamen, Leinsaat, Palmkerne, Kopra u. a., die einen ihrem hygroskopischen Gleichgewicht entsprechenden Wassergehalt aufweisen, der z. B. bei Raps 12%, bei Sojabohnen 13% und bei Leinsaat 10,5% beträgt.
Während der Lagerung dieser Naturprodukte besteht immer die Gefahr, daß - in Abhängigkeit vom Wassergehalt - Mikroorganismen wie Schimmelpilze und Bakterien das Gut befallen und derart be­ einflussen, daß die direkte Verwendung als Futtermittel oder als Rohstoff für die Öl- bzw. Fettgewin­ nung in Frage gestellt ist. Es erfordert daher immer eine Reihe von Vorbehandlungen, um der Verarbeitung ein optimal verwertbares Material zuzuführen.
Zu derartigen Vorbehandlungen gehört neben der Zerkleinerung, z. B. auf Walzenstühlen, Riffel­ walzen, Walzenbrechern usw., die sogenannte thermische Konditionierung, bei der das Gut in geeigneten Apparaten vorgewärmt, angefeuchtet und evtl. "gekocht" wird. Diese Vorwärmung führt, sofern in Gegenwart von Wasserdampf oder Heißwasser gearbeitet wird, zu einer Quellung des Materials, so daß das verholzte Gewebe erweicht. Außerdem kann sich der Zellinhalt derart ausdehnen, daß die Zellmembranen aufplatzen.
Temperatur und Feuchtigkeit werden bei dieser Vorwärmung bzw. Konditionierung so gesteuert, daß Eiweißstoffe und ggf. Pektin koagulieren. Weiter werden bei Temperaturen von 70-80°C, in bestimmten Fällen, wie z. B. bei Sojabohnen, auch bei über 100°C, lipatische Enzyme und Schimmelsorten inaktiviert bzw. zerstört. Die Temperatur der Konditionierung ist jedoch nach oben begrenzt, weil bei allzu starker Denaturierung der Proteine der Nährwert, z. B. für die Viehfütterung abfällt. Umgekehrt werden gerade bei hohen Temperaturen giftige Begleitstoffe zerstört oder komplex gebunden.
In der Praxis werden für die sogenannte thermische Konditionierung bzw. Vorwärmung entweder rohrartige, horizontal angeordnete Bündeltrockner verwendet, oder man bedient sich der soge­ nannten Wärmepfannen. Diese entsprechen im Prinzip den ebenfalls bekannten Etagentrocknern, in denen das Material von oben nach unten eine Vielzahl von Etagen durchläuft. Über Rühr- bzw. Krälarme, die im allgemeinen mit Drehzahlen zwischen etwa 4 und 25 Umdrehungen/Minute arbeiten, wird das Gut ständig bewegt und umgewälzt und durch Gangklappen von Boden zu Boden geführt. Die Böden werden durch Dampf indirekt beheizt (Doppelböden). Möglichkeiten der zusätzlichen Einbringung von Direktdampf sind ggf. vorhanden.
Die an sich in der Trocknungs- und Konditioniertechnologie seit vielen Jahren bewährten Wärmepfannen und Etagentrockner leiden meist daran, daß der Energieverbrauch, im speziellen der Dampfverbrauch für indirekte oder direkte Beheizung auch bei reinen Aufwärmprozessen, verhältnismäßig hoch ist, so daß gelegentlich der Betrieb dieser Anlagen in Abhängigkeit vom wirtschaftlichen Wert des behandelten Produkts in Frage gestellt ist. Dies liegt vor allem am schlechten Wärmeübergang zwischen den Platten der indirekt beheizten Doppelböden und dem zu behandelnden Material, wo Werte von 100 kcal/m2 Heizfläche/°C/h schon als optimal zu betrachten sind.
Diese sogenannten Wärmeübergangszahlen von 100 kcal werden nur dadurch erreicht, daß der Eingangs-Dampfdruck 10 ata und mehr beträgt. Über 10 ata bedeutet jedoch, daß Temperaturen zwischen ca. 180 und 220°C vorliegen. Dies bedeutet aber ferner, daß keine Sicherheit gegeben ist, daß die Rührarme über den Böden das Gut derart intensiv durchmischen, daß keine Überhitzung (Kontakt des Materials mit dem heißen Eisen der Böden) des Materials und damit die Zerstörung wertvoller Inhaltsstoffe stattfindet. Mit anderen Worten hat der Einsatz von Direktdampf, der an sich ein relativ hohes Energieangebot durch direkten Wärmeübergang in das Material einbringt, gewisse Nachteile zur Folge, die insbesondere in der thermischen Empfindlichkeit unterschiedlicher Materialien gegen Überhitzung und der Kondensation des Dampfes im Behandlungsgut zu suchen sind.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schonenden thermischen Behandlung von insbesondere Feuchtigkeit bzw. erhöhten Wassergehalt aufweisenden Schüttgütern, die darüber hinaus andere wertvolle Inhaltsstoffe besitzen, die gegen Überhitzung empfindlich sind. Dabei sollen auch die energetischen Verhältnisse des Wärmeangebots an das Material bzw. die Energiebilanz der Vorrichtung verbessert bzw. gesteigert werden. Dies gilt insbes. für Trocknungsprozesse allgemeiner Art, aber auch für Prozesse zur Einstellung eines bestimmten Feuchtigkeitsgehalts, ohne dabei wichtige Inhaltsstoffe zu zerstören oder abzubauen. Außerdem sollen Mikroorganismen, Bakterien, Giftstoffe usw. so weit abgebaut werden, daß die Verwendung der behandelten Materialien, z. B. in der Ernährungswirtschaft, Landwirtschaft, Öl- und Fettindu­ strie usw., bedenkenlos erfolgen kann.
Zusammenfassend besteht die Aufgabe der Erfindung in Übereinstimmung mit dem vorstehend Gesagten aus folgenden Einzelaspekten:
  • (a) Verminderung des Energieverbrauchs bzw. Erhöhung der Energieausbeute gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen;
  • (b) Verminderung des Raum- bzw. Platzbedarfs für Anlagen der genannten Art;
  • (c) Optimierung des stofflichen und zeitlichen Verfahrensablaufs bei großvolumigen Anlagen;
  • (d) schonende Behandlung und damit Erhaltung aller wertvollen Inhaltsstoffe im Material;
  • (e) optimale Zerstörung bzw. Abbau unerwünschter Begleitstoffe.
Diese und weitere Teilaspekte, die aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das zu behandelnde Material im kontinuierlichen Fluß in einer Wirbelbettanlage mit einer Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Fluidisierungsstufen durch eigene Schwerkraft in zeitlicher und thermischer Abstimmung dem Fluidisierungsmittel entgegengeführt wird, derart, daß jede Wirbelstufe "n" als eigenständiges Wirbelbett wirksam wird. Als Fluidisierungsmedium dient dabei erwärmte oder erhitzte Luft bzw. ein Luft-Dampf-Gemisch, das im untersten Bereich der Gesamtanlage eingeführt und über eine geeignete Lochplatte über den Querschnitt verteilt wird und nach Durchwandern aller Stufen "n" die Anlage hinter der obersten Stufe verläßt.
Primär zeigt sich bei dieser Verfahrensweise, d. h. durch die Hintereinanderschaltung einer Vielzahl von "n" Wirbelbettzonen bzw. Fluidisierungszonen, eine optimale Qualitätseinstellung am Material, weil von Stufe zu Stufe immer wieder die Materialhomogenität erneuert wird, so daß am Materialaus­ trag im untersten Bereich der Vielstufenanlage ein bezüglich Kornaufbau und Qualität absolut vollkommenes und homogenes Produkt erhalten wird.
Weiter, und dies ist von besonderer Bedeutung für das neue Verfahren, kann der Gesamtener­ gieaufwand, d. h. die Summe aus Wärmeenergie zum Anfahren der Vielbettanlage und der Energie für den laufenden Betrieb, erheblich gesenkt werden, weil sich an der Vielzahl von Böden ein ständig wiederholender Austausch von Verdampfungswärme - aus Luftfeuchtigkeit, Materialfeuchtigkeit und Direktdampffeuchtigkeit - und Kondensationswärme - durch kondensierenden Wasserdampf- die Waage halten. Dies bedeutet, daß sich über die gesamte Wegstrecke des Materials von oben nach unten ein Gleichgewicht ausbildet, dessen Energieinhalt nur noch bezüglich apparatetech­ nisch bedingter Verluste (Abstrahlung; Wärmeinhalt des Abgases bzw. des Endprodukts etc.) ergänzt werden muß.
Zur Definition der Erfindung anhand von Beispielen sei zunächst auf die mögliche Anlagenkon­ struktion gemäß Fig. 1-6 hingewiesen. Es zeigt
Fig. 1 eine erste, im Querschnitt kreisrunde, zylindrische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine gleichartige, jedoch quadratische oder rechteckige Ausführungsform;
Fig. 3 eine besonders für die Behandlung von Futter- und Nahrungsmittel geeignete Vorrichtung;
Fig. 4 und 5 vorteilhafte Gestaltungen des untersten Bodenbereichs;
Fig. 6 im Blockschema eine Einschaltung des neuen Verfahrens und der Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Betten (I-XVI), die voneinander durch jeweils einen indirekt beheizten (Dampf- oder elektrische Energie) Boden, insbes. Doppelboden (1-16), getrennt sind. Die mit Öffnungen für den Durchtritt des Fluidisierungsmediums versehenen Böden schließen jeweils ein selbständiges Wirbel- bzw. Fließbett nach unten ab. Der unterste Boden (16) ist nicht beheizt. Das zu behandelnde Material (RM) wird, z. B. über ein Zellenrad in das oberste (I) der "n"-Wirbelbetten, kontinuierlich eingebracht und bewegt sich mit Hilfe eines bevorzugt als Drehkranz (R) ausgebildeten Schiebesystems oder auch Rührwerks in Richtung einer ersten Schleuse oder einer sonstigen, geeigneten Übergangseinrichtung zum nächstfolgenden Boden, wodurch es in die nachfolgende Wirbelbettzone (II) überführt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich von Wirbelbettzone zu Wirbelbettzone, bis das Gut (TM) über ein weiteres Zellenrad oder eine sonstige, regelbare Verschlußeinheit die Gesamtanlage unterhalb des Bodens (16) verläßt.
Über das Gebläse (B) wird dem durch Schwerkraft abwärts sinkenden Material (RM) je nach Verfahrensbedingungen und Art der Behandlung Kalt-, Warm- oder Heißluft (L) über den Verteiler­ raum (XVII) und den untersten, der Luftverteilung dienenden Boden (16), entgegengeführt. Das Fluidisiermedium, insbes. Luft, gelangt gut verteilt in die letzte bzw. unterste Wirbelzone (XVI) und durchströmt die Vielzahl "n" von Wirbelbetten (XVI-I), um über den Ventilator (V) die Anlage zu verlassen.
Wie bereits gesagt, können die Böden (1-15) indirekt (id) beheizt werden. Außerdem ist für jedes Wirbelbett bzw. für jede Wirbelzone, einschließlich der untersten Zone (XVII), eine Di­ rektdampfzufuhr (D 1-D 16) vorgesehen, deren Einsatz sich nach Verfahrensbedingungen und der Art des zu behandelnden Materials richtet.
In den Böden (1-15) anfallendes Kondensat kann - nur angedeutet - bei (3′) abgelassen werden. Ebenfalls kann auch Überschußdampf oder auch überschüssiges Luft-Dampf-Gemisch über (3) - angedeutet - abgeführt werden.
Zur besseren Übersicht ist in Fig. 1 die Zahl der Böden auf 16 begrenzt. Die Gesamtbodenzahl richtet sich selbstverständlich nach den Erfordernissen der Verfahrensbedingungen und Aufgabenstel­ lung.
Ähnlich aufgebaut ist auch die Version einer geeigneten Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit quadrati­ schem oder rechteckigem Querschnitt. Es entfallen selbstverständlich die Rührwelle (vgl. (W) in Fig. 1) und die zugehörigen Drehkränze (R), die im vorliegenden speziellen Falle durch die abwärts geneigte Anordnung der Böden (1) ersetzt werden.
In gleicher Weise, wie in Fig. 1 gezeigt, besteht die Gesamtanlage erneut aus einer Vielzahl "n" von Einzel-Wirbelbetten (I-XV), die durch je einen Lochboden mit Beheizungsmöglichkeit (id) (Indirekt- Dampfbeheizung) nach unten abgeschlossen sind und an ihrer tiefsten Stelle in eine Drehschleuse (2) auslaufen. Über die Drehschleusen (2) - oder ein anderes regelbares Organ - wird das Gut gezielt und gesteuert in das nachfolgende Wirbelbett überführt, wobei die Verweilzeit des Materials in jeder Wirbelzone durch Einstellung der Förder- bzw. Öffnungsgröße der Drehschleusen (2), evtl. in Verbindung mit einem Zellenrad für die Produktaufgabe (RM), geregelt wird.
Der unterste Lochboden (4) ist bevorzugt nicht beheizt. Er dient der Verteilung von Kalt-, Warm- oder Heißluft aus dem Gebläse (B). Das zu behandelnde Material (RM) sinkt geregelt und gesteuert von der Wirbelzone (I) über die weiteren Böden der Wirbelzonen (II-XV) durch Schwerkraft nach unten und verläßt das Gesamtsystem als Endprodukt (TM).
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt auch hier jede Wirbelbettzone einen Anschluß für Direktdampf (D 1-D 15) und besitzen sowohl die Böden (1) als auch die Wirbelbettzonen selbst Ablaßvorrichtungen (3) - angedeutet - für Kondensat und/oder Luft bzw. Luft-Dampf-Gemisch.
Über den Verbund aus Gebläse (B) und Ventilator (V) werden auch hier die Menge des Fluidi­ sierungsmediums und die Betthöhe des Materials auf den einzelnen Böden (1) eingestellt.
Durch die Vielzahl "n" von Wirbelbetten, von denen jedes für sich zu einer ständigen Oberflächenerneuerung im Material führt und weiter jedes für sich bezüglich Materialverweilzeit und Materialtemperatur eine unabhängige Wirbelbettzone darstellt, kann das Gesamtsystem aus "n"- Wirbelbetten funktionsmäßig beliebig variiert werden.
In vielen Fällen der Anwendung, insbes. bei der thermischen Konditionierung von pflanzlichen Rohstoffen, kann der obere Bereich des Gesamtsystems mit (n′) Wirbelzonen z. B. zur Aufwärmung des kontinuierlich eingebrachten Materials dienen; der mittlere Bereich mit (n′′) Wirbelzonen führt zur Einstellung optimaler, d. h. oberster Behandlungstemperaturen, während der unterste Bereich (n′′′) der Abkühlung des Materials dient.
Es sei jedoch grundsätzlich darauf hingewiesen, daß durch die neue Verfahrensweise mit "n"- Wirbelzonen nicht allein eine Trocknung oder Kühlung angestrebt wird, vielmehr ist durch die erfindungsgemäße Anhäufung von "n" übereinander angeordneten Wirbelbetten eine direkte Materialbeeinflussung möglich als Ergebnis der ständigen, d. h. an jedem Boden der Wirbelbetten stattfindenden Neuorientierung der Materialoberfläche sowie das Wechselspiel zwischen Konden­ sations- und Verdampfungswärme im Material.
Die wesentlichsten Verfahrensmerkmale sowie die Verfahrensdurchführung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 näher erläutert.
Das mit einer Eigentemperatur von beispielsweise 20°C in die oberste Wirbelbettzone (I) auf den ersten Boden (1) aufgebrachte Material (RM) wird im Verlauf des Durchsatzes durch die Anlage, d. h. im Bereich der ersten Böden - bei einer Bodenzahl von "n" = 16 sind dies bevorzugt die Böden (1-4) - indirekt (id) sowie durch ein Luft-Dampf-Gemisch aus den darunter liegenden Bettzonen oder Böden aufgewärmt und erreicht z. B. beim Übergang von Zone (IV) nach Zone (V) eine Aufwärmtemperatur von 50-70°C.
Während dieser Aufheizperiode kann das Material fluidisiert sein, z. B. aus warmem Luft-Dampf- Gemisch oder Dampf oder Luft allein (Absaugung über Ventilator (V)), oder es sind die Böden (1- 4) als ungelochte Doppelböden für indirekte Dampfheizung ausgebildet. In solchen Fällen kann das Fluidisierungsmedium unterhalb des untersten, ungelochten Bodens über die Leitung (3) abgezogen werden. Bevorzugt sind aber auch die obersten Wirbelböden gelocht, damit von Anfang an der Zustand des Wirbelbetts vorliegt.
Im mittleren Bereich des Systems, d. h. bei "n = 16 im Bereich der Böden (5-14), wird das Material entweder Direktdampf oder einem Dampf-Luft-Gemisch ausgesetzt (vgl. D 1-D 15). In diesem mittleren Bereich findet die eigentliche thermische Konditionierung statt, d. h. das Material wird bei den obersten Behandlungstemperaturen über eine Vielzahl von Wirbelbettzonen geführt, wobei eine ständige Materialbeeinflussung bezüglich Dampfkondensation auf dem Material, Wasserver­ dampfung aus dem Material und Einstellung einheitlicher Materialzusammensetzung erfolgen. Die höchste Temperatur erreicht das Material etwa beim Übergang der mittleren Zone zur untersten Wirbelbettzone, d. h. im Bereich der Böden (12-14), wo z. B. bei reinen Trocknungsprozessen Temperaturen von über 100 bis 120°C gemessen werden. Selbstverständlich ist diese Temperatur eine Funktion der Aufgabe, in Verbindung mit den Stabilitäts- und Wirkungseigenschaften des Materials.
Im Bereich der letzten Böden, z. B. Boden (14-16), tritt dem Material über ein Gebläse (B) in den Raum (XVII) und durch den abschließenden Boden (16) verteilte Luft, je nach Aufgabe gekühlt, erwärmt oder erhitzt mit Temperaturen von 20 bis 100°C entgegen. Gegebenenfalls kann diese Fluidisierungsluft durch Direktdampf über (D 15) ergänzt werden.
Die primär trockene Luft übernimmt im Bereich der Wirbelzonen (XVI) und (XV) die dem Material anhaftende Feuchtigkeit (aus Eigenwasser und Kondensat) und sättigt sich in bestimmten Fällen bis zu 100% Feuchtigkeit an. Dabei ändert sich die Temperatur der zunächst trockenen Luft nur geringfügig, im speziellen Fall um den Betrag der Kondensationswärme des Wasserdampfes. Das behandelte Material dagegen verläßt die Anlage entweder trocken oder mit einem aus den Ver­ fahrensbedingungen resultierenden, vorherbestimmten Wassergehalt.
Beim Übergang von Wirbelzone (XV) zu Wirbelzone (XIV) - ggf. auch früher - vereinigt sich die mit Feuchtigkeit gesättigte Luft mit über (D 14) eingeführtem Wasserdampf. Dies führt zu einem Tem­ peraturausgleich und einer Verdünnung der Gasphase, die sich auf das herabwandernde Gut überträgt.
Von Bedeutung ist, daß das im mittleren Bereich der Vielbettanlage maximal erhitzte Material beim Abwärtswandern durch Wärmeaustausch mit der aufsteigenden Warmluft - bei gleichzeitiger Feuchtigkeitsübertragung (Verdampfung + Kondensation) - an Temperatur abnimmt, gleichzeitig überschüssige Feuchtigkeit an das im untersten Bereich eingeführte Fluidisierungsmedium (Warmluft + ggf. Dampf) abgibt und somit gekühlt und getrocknet die Anlage verläßt (TM).
Umgekehrt trifft die im Bereich des Übergangs von Wirbelzone (XV) nach Wirbelzone (XIV) oder weiterer Wirbelzonen eine höchste Temperatur aufweisende Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt auf das nach unten bewegte Material, auf dessen Oberfläche die Feuchtigkeit der Luft kondensiert. Dies bedeutet, daß sich der Wassergehalt der Luft vom Eintritt unter dem letzten Boden (16) bis etwa zum Übergang vom unteren zum mittleren Bereich, d. h. im Bereich der Zonen (XIII-V), stetig erhöht, um dann wieder abzufallen, bedingt durch Kondensation auf dem relativ kalten einkommenden Material (RM).
Die Menge des benötigten Dampfes ist beim gesamten Prozeß relativ gering. Indirekter Dampf (id) wird praktisch nur beim Anfahren und beim Konstanthalten der Bodentemperaturen benötigt. Direkter Dampf (D) ist ebenfalls bevorzugt nur zum Anfahren der Anlage erforderlich, oder er wird zusätzlich - zur Luft - eingeführt, um - in Abhängigkeit von Produkt und Aufgabe - zur Feuchtigkeitsregulierung im Gesamtsystem beizutragen.
Zweckmäßigerweise weist die Gesamtanlage eine Mantelheizung (Dampf) auf - nicht eingezeichnet - um Kondensation von Dampf bzw. Feuchtigkeit an der sonst relativ kalten Apparatewandung zu unterdrücken und dadurch Korrosionen zu vermeiden bzw. die Temperatur konstant zu halten.
Praktisch ist bei einem gut isolierten System mit einer Vielzahl "n" von Wirbelzonen Dampfenergie nur zum Anfahren erforderlich. Reaktionsdampf oder der das Wechselspiel zwischen Kondensation und Verdampfung begünstigende Dampf wird praktisch nur vom Produkt selbst geliefert; die erforderliche Betriebswärme bringt die in der Zone (XVII) bzw. dem Boden (16) verteilte Luft ein; Kondensationswärme von Feuchtigkeit auf dem Material und Verdampfungswärme für den Übergang von Feuchtigkeit in die Gasphase genügen zur Einhaltung des thermodynamischen Gleichgewichts.
Von erheblicher Bedeutung ist aber auch, daß das zu behandelnde Material sowohl schonend, d. h. jede Art unerwünschter Zersetzung durch unkontrollierte Temperaturanhebung ausschließend, die Vielzahl übereinander angeordneter Wirbelbettzonen passiert, daß aber gleichzeitig, bedingt durch die Vielzahl von Böden und damit erneute Wirbelbildung, das Material ständig homogenisiert wird, so daß Fehlpartien oder Fehlchargen nicht auftreten können.
Es hat sich im praktischen Betrieb gezeigt, daß die Zahl "n" für die Wirbelbettzonen oder auch Wirbelbettböden im allgemeinen über 3, insbes. zwischen 5 und 25, bevorzugt zwischen etwa 5 und etwa 12 liegen sollte. Oberhalb 25 ist kein verbessernder Effekt mehr feststellbar, unterhalb 3 nähert sich die Bodenzahl dem üblichen Wirbelbett mit allen seinen - bekannten - Nachteilen und Unzulänglichkeiten. Zu beachten ist natürlich auch die Veränderung des Durchflußwiderstands der Böden mit ansteigender Bodenzahl.
Insgesamt gesehen kann verfahrensmäßig die Summe der Wirbelbettzonen in drei Zonen eingeteilt werden, die jeweils ca. 25% (oberste Zone bzw. Aufwärmzone), 50% (mittlere Zone bzw. Hochtem­ peraturzone) und ca. 25% (unterste Zone) des Gesamtsystems erfassen. Diese Verhältnisse haben sich in der Praxis, z. B. bei der Verarbeitung von Sojabohnen, bewährt. Bei anderen Ver­ fahrensbedingungen, Produkten und Verfahrenszielen werden selbstverständlich andere Verhältnisse erforderlich.
Das neue Verfahren hat sich insbesondere bewährt bei der thermischen Vorbehandlung bzw. Konditionierung von Naturstoffen wie Saatgut, Leguminosen, Futtermittel, Getreide usw., bei denen sowohl eine thermische Behandlung, z. B. eine das Material beeinflussende Temperung bei höherer Temperatur, als auch die gleichzeitige Einstellung eines bestimmten End-Wassergehalts an­ gestrebt wird.
Beispielhaft sei die sogenannte thermische Konditionierung von Sojabohnen vorgetragen, die üblicherweise in sogenannten Wärmepfannen erfolgt.
Erfindungsgemäß wird das gebrochene oder auch ganze Bohnenmaterial mit der Eigentemperatur (Lagertemperatur) von ca. 20°C als (RM) in die oberste Zone, d. h. das oberste Wirbelbett (I) (vgl. Fig. 1 oder 2), kontinuierlich eingebracht und beim Durchgang durch die ersten Wirbelbettzonen (I-III oder I-IV) durch die Summe des Wärmeinhalts des Fluidisierungsmediums in Kombination mit dem Wärmeaustausch über die indirekt beheizten Böden (1-3 bzw. 1-4) auf ca. 40-60°C aufgeheizt. Dieses Aufheizen oder Aufwärmen erfolgt im Wirbelzustand, d. h. es wird bereits hier jede Überhitzung ausgeschlossen, und es wird das Material homogen behandelt. Dazu erfolgt die Hori­ zontalbewegung mit Hilfe des ca. 0,5-10,0 Umdrehungen/M. leistenden Drehkranzes (R), der das Material - stets im Wirbelzustand - in Richtung Zellenschleuse zum darauffolgenden Wirbelbett in (II) usw. bewegt.
Weitere indirekte Beheizung (id) über die darauf folgenden Böden unter Zuhilfenahme von ggf. Direktdampf und Fluidisierungsluft erhöht die Materialtemperatur auf 100-110°C - oder höher -, wobei das Material die einzelnen Wirbelbetten der theoretischen Mittelzone durchwandert, dabei ständig und erneut homogenisiert wird und dem Wechselspiel zwischen Wasserverdampfung und Wasserkondensation unterliegt.
Durch Temperatur- und Feuchtigkeitsausgleich mit trockener Warm- oder Heißluft (ca. 60-200°C) in evtl. Kombination mit Direktdampf (D 16/D 15. .) übernimmt die Luft einen Großteil der Feuchtigkeit vom Material, so daß dieses durch die erforderliche Verdampfungswärme nicht nur abgekühlt, sondern auch auf einen gewünschten Wassergehalt von z. B. 12,5-13,5% eingestellt wird.
Die über das Gebläse (B) eingebrachte Luft übt somit eine doppelte Funktion aus. Einmal entzieht sie dem behandelten, feuchten Material einen erheblichen Teil der Feuchtigkeit, so daß das Material "getrocknet" und abgekühlt wird. Zum anderen ersetzt sie die bei Wärmepfannen erforderlichen hohen Dampfmengen; sie baut über die Vielzahl der Wirbelbetten von unten nach oben eine Welle von Verdampfungs- und Kondensationsvorgängen am Material bzw. zwischen Material und Böden auf, die zu einer erheblichen Verminderung des Energieverbrauchs führen.
Die Temperatur und der Wassergehalt des Materials - hier z. B. Sojabohnen - am Anlagenausgang (TM) oder auch in den einzelnen Wirbelbetten kann durch Variation des Luft-Dampf-Verhältnisses bzw. den Energieinhalt von Luft und Dampf variiert werden. Entsprechend kann das als (TM) die Anlage verlassende Sojamaterial Raumtemperatur (ca. 20°C) aufweisen, es kann aber auch mit höherer Temperatur, z. B. von 40 oder 60°C, abgezogen werden, um anschließend weiteren wärmeverbrauchenden Prozessen zugeführt zu werden (z. B. Flockung). In beiden Fällen sind die Bohnen sterilisiert, gequollen, die Zellmembranen sind aufgelockert und Enzyme inaktiviert sowie Proteine partiell denatuiert.
Im Vergleich zu bekannten Wärmepfannen mit durchgehend indirekt beheizten Böden kann der Energieaufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren um mehr als 50% gesenkt werden. Dies erfolgt aufgrund der Tatsache, daß im laufenden Betrieb die Indirektheizung der Böden bis auf die ersten 1-4 oder 5 Böden ganz gedrosselt werden kann - auf den schlechten Wärmeübergang vom Boden zum Material wird verwiesen - und daß je nach Verfahrensablauf auf den Direktdampf (D) praktisch verzichtet werden kann, da dessen Funktion die Luft und die herrschende Dampfatmosphäre im System übernehmen.
Als weiteres Beispiel für die Anwendung des neuen Verfahrens sei anhand der Fig. 3 die thermische Behandlung bzw. Konditionierung von Sojabohnen zur Gewinnung von sogenanntem "ge­ toastetem Voll-Fett-Sojamaterial " (FFS = Full Fat Soybeans) abgehandelt. Dieses FFS-Material ist von größtem Interesse als Futtermaterial allein oder als Bestandteil von Kraftfuttergemischen, insbes. für Monogastrier.
Dabei besteht die thermische Konditionierung in einem Prozeß mit bevorzugt wasserdampfhaltiger Atmosphäre bzw. wasserhaltigem Rohmaterial (RM), der dazu dient,
  • (a) den löslichen Anteil an Eiweiß bzw. Proteinen zu variieren bzw. auf einen bestimmten Wert einzustellen,
  • (b) geruchs- und geschmacksbeeinträchtigende Begleitstoffe im Material zu eliminieren,
  • (c) die Verzuckerung, Verkleisterung und ggf. Quellung von Stärke einzuleiten bzw. zu optimieren und
  • (d) dies ohne negative Beeinflussung der ernährungsphysiologischen und energieliefernden Wirkung des Futters (bzw. Nahrungsmittels).
Dazu kommen natürlich die besonderen Vorteile der Vielzahl hintereinander, d. h. vertikal angeord­ neter Bett-Zonen und die gemäß dem Verfahren der Erfindung hohe Energieeinsparung.
In Verbindung mit Fig. 3 wird hierzu das aus einem Silo (nicht dargestellt) kommende gereinigte sowie ggf. gebrochene, d. h. zerkleinerte Sojabohnenmaterial (RM), mit einer Eigentemperatur von beispielsweise 10-70°C, insbes. 15-30°C oder - wenn vorher geflockt - 55-65°C kontinuierlich über eine geeignete Schleuse oder ein Zellenrad (S₄) in das oberste, erste (I) der "n"-Wirbelbetten eingebracht und durchfließt die einzelnen Betten (I-XVIII) wie vorstehend für Fig. 1 und 2 abgehandelt durch eigene Schwerkraft bei schwacher Horizontalbewegung durch den Drehkranz (R) in Richtung Bodenschleusen.
In die unterste Kammer oder Zone (nicht bezeichnet) wird im vorliegenden speziellen Falle von FFS- Sojamaterial über Stutzen (22) Kühlluft (KL) mit Hilfe des Lochbodens (18) in der letzten Bettzone (XVIII) verteilt eingeleitet, wobei das entgegenfallende Material gekühlt wird (K) und als Fertigpro­ dukt (TM) über die Schleuse (S₃) die Anlage verläßt.
Den Abschluß der vorletzten Zone (XVII) bildet in diesem speziellen Falle ein nicht gelochter, jedoch ggf. indirekt mit Dampf (id) beheizter Doppelboden (17), der den "Kühlteil" der Anlage (Bett bzw. Zone XVIII sowie ggf. weitere darunter) gegen die eigentliche thermische Konditioniereinheit abschließt.
Die aus dem Bett bzw. der Zone (XVIII) über Leitung (23) abgezogene Luft, die nunmehr erwärmt und ggf. wasserhaltig ist und Wasserdampf enthält, gelangt über den Ventilator (V 2) zum Zyklon (C 2), aus dem über die Schleuse (S 2) Staubpartikel usw. abgetrennt und der Weiterverarbeitung zugeführt werden, während die den Zyklon (C 2) verlassende Luft, nach ggf. erfolgter Mengeneinstellung durch Frischluft, dem Gebläse (B) zugeleitet wird. Im allgemeinen weist die über (V 2) und (C 2) entwei­ chende Luft jedoch einen derart niedrigen Wärmegehalt auf, daß die Rückgewinnung dieser Wärme aus der Luft kaum ökonomisch ist.
Die Bettzonen (XII-XVII) sind im vorliegenden Falle der FFS-Sojamaterial-Gewinnung als Trocken­ bereiche vorgesehen. Das über die Schleuse im Boden (5) - die unterbrochenen Linien deuten an, daß eine Vielzahl von Böden vorgesehen ist, so daß die Bodenbezeichnungen (I, II, III . . . usw.) nur richtungweisend zu werten sind - in die Zone (XII) einfallende und in üblicher Weise bis zum Boden (17), d. i. die Bettzone (XVII), wandernde Gut wird in diesem Gesamtbereich, d. h. Bettzone (XII) bis Bettzone (XVII), mit Warm- bzw. Heißluft behandelt, die über das Gebläse (B) und den Wärmeaustauscher (W) in die Bettzone (XVII) über dem nichtgelochten, jedoch ggf. beheizten Boden (17) eingeleitet wird.
Der die Trockenzone nach oben begrenzende Boden (5) ist nach unten, d. h. in Richtung der Bettzone (XII), nicht gelocht, so daß Dampf (D) als Direktdampf nur nach oben in das Bett (V) austreten kann. Der Boden (5) ist nach unten geschlossen. Hierdurch bedingt, wird die nunmehr feuchtigkeitsbela­ dene Luft (verdampfte Feuchtigkeit aus dem Material) mit einer Temperatur von beispielsweise 90°C über den "Bypass" (24) zur zweiten Bettzone (II) gelenkt, wo das Material (RM) - unter Nutzung der eingebrachten Eigenwärme und der indirekten Bodenheizung (id) - eine Eigentemperatur von ca. 105°C aufweist. Diese Temperatur behält das Material, d. h. das zu gewinnende FFS-Produkt, durchgehend bei, bis es in den Bereich der Trocknung (Bettzonen XVII und darüber) gelangt, um von hier in die Kühlzone (XVIII) einzutreten.
Im obersten Bett (I) weist das Sojamaterial eine durchschnittliche Temperatur von etwa 90-95°C auf, resultierend aus der eigenen Eingangstemperatur (RM) und der Lufttemperatur aus (24). Die Luft verläßt die Anlage über Leitung (25) und Ventilator (V 1) mit einer Temperatur von ca. 30 bis 70°C und einer relativen Feuchtigkeit von nahezu 100%. Sie gelangt zum abschließenden Zyklon (C 1), und Staub und Feinstmaterial werden über die Schleuse (S 1) zur Weiterverwendung abgezogen.
Durch die hier beispielhaft an FFS-Material demonstrierte Verfahrensweise wird die Vorrichtung aufgabengemäß in unterschiedliche Stufen unterteilt, ohne daß jedoch das Prinzip der "vielen" Bettzonen und Böden verlassen wird.
Die obersten Bettzonen, z. B. die Betten (I) und (II), dienen der Kontaktierung des Materials mit einem Gemisch auf Luft - aus dem "Bypass" (24) und Direktdampf aus dem Boden (5) in Zone (V). Dieser Dampf durchströmt alle voraus angeordneten Bettzonen (I, II, III, IV und V). Die Luft aus dem "By­ pass" (24) hat eine Temperatur von ca. 90°C. In der Bettzone (II) vereinigen sich die "Bypass"-Luft und der Dampf aus dem Boden (5).
Es werden also die beiden ersten Zonen (I, II) mit einem Dampf-Luft-Gemisch gefahren, während die Bettzonen (III, IV, V) ausschließlich mit Dampf betrieben werden. Hieraus resultiert ein luftfreier Bereich (V-III). Die Bettzonen (XII), (XIII) . . . usw. bis (XVII) dienen im vorliegenden Falle der Trocknung durch Warm- bzw. Heißluft, während die abschließende Bettzone (XVIII) ausschließlich der Kühlung dient.
Dabei ist grundsätzlich festzustellen, daß die Anzahl der Bettzonen und Böden gemäß Fig. 3 zur Gewinnung von FFS-Material (und dies gilt als Beispiel) für die Luft-Dampf-Zone (I, II) bei ca. 2-3 liegt, für den luftfreien Bereich (III-V) ca. 3-5 beträgt und für die Trocknungseinheiten (XII-XVII) zwischen etwa 2 und etwa 5 liegt. Diese Zahl der Bettzonen bzw. Böden hat sich qualitäts- und energiebedingt für FFS-Sojamaterial als besonders brauchbar erwiesen. Im allgemeinen wird die Zahl "n" der Betten bzw. Böden für die obersten ersten Betten höher liegen als die Zahl von Böden in der luftfreien Zone. Dies ist jedoch eine Funktion des zu behandelnden Guts und der Art der Behandlung selbst.
Für bestimmte Prozesse kann es erforderlich werden, die "bypass"-Luft in Leitung (24) bezüglich Temperatur anzuheben. Dies erfolgt dann über den eingebauten Wärmetauscher (W′). Auch kann die "bypass"-Luft auf andere Bettzonen, etwa (III, IV oder V) verteilt werden, wozu ein entsprechendes Verteilungssystem aus Leitungen (24) und (26) vorgesehen ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die sonst bei derartigen Prozessen (Behandlung in Wärmepfannen usw.) notwendige relativ hohe Temperatur von vielfach 180°C und darüber auf wenig über 100°C, im vorliegenden Fall auf 105 bis max. 110°C, reduziert werden. Dies als erstes Resultat der Vielzahl von Böden bzw. Betten, durch die eine ständige Material-Oberflächenerneuerung, verbunden mit einer schnellen Folge von Wärmeprozessen (Verdampfungswärme/ Kondensationswärme), hervorgerufen wird. Dies hat aber auch eine erhebliche Senkung des Energiebedarfs zur Folge, wobei besonders zu bemerken ist, daß nach Anlaufen der Anlage die Beheizung der Vielzahl von Böden beziehungsweise Zugabe von Direktdampf (D) auf ein Minimum reduziert werden kann.
Reduziert ist auch der Platzbedarf gegenüber den bisher bekannten Anlagen, deren Wirbelbettein­ heiten auf gleicher Ebene hintereinander geschaltet sind. Da es sich bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen in den meisten Fällen um zylindrische Behälter handelt, in die eine Vielzahl von Böden eingezogen ist, sind auch die bekannt hohen Investitionen erheblich vermindert. Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen in bekannter Weise mantelisoliert sind und die üblichen Verfahrenselemente und Kontrolleinrichtungen wie Mannlöcher, Thermoele­ mente, Regel- und Steuervorrichtungen usw. aufweisen. Auch kann jeder Gesamteinheit, bestehend aus der Vielzahl "n" von Böden bzw. Betten, z. B. ein Expander vor- oder/und nachgeschaltet werden. Alles dies liegt im Ermessen des Fachmanns und ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Es hat sich im Verlaufe des Arbeitens mit Wirbel- und Fließbettanlagen gezeigt, daß immer dann, wenn im laufenden Betrieb im untersten Bereich, d. h. unterhalb des letzten Lochbodens, die Behandlungsluft (Heizluft, Trägerluft, Fluidisierungsgas etc.) bei laufendem Rühr- bzw. horizon­ talem Bewegungswerk (R) ausfällt - dies gemäß Fig. 1 unter dem Lochboden (16), gemäß Fig. 3 unter dem Lochboden (18) oder gemäß Fig. 4 unterhalb des letzten gelochten Bodens - immer die Gefahr gegeben ist, daß staubiges oder feinpartikuliertes, in vielen Fällen heißes Gut durch die jeweiligen untersten Böden in die abschließende Endkammer (e)/Fig. 4 fällt. Da dieses Material vielfach pyrophoren Charakter besitzt, kann es gelegentlich zu Verpuffungen oder auch Feuerausbruch kommen. In Weiterbildung der Erfindung wird zur Vermeidung von Gefahr durch pyrophores Material vorgeschlagen, die Endzonen der Anlage, d. h. die Zonen unterhalb des letzten gelochten Bodens, mit Luftgebläse (B) und Wärmeaustauscher (W) im untersten Bereich zu versehen und die Möglichkeit der Einführung von Fluidisierungsgas, z. B. Luft, durch Stutzen (32) vorzusehen, so daß es zu einer Ansammlung von Feinstkorn (F) in den Kammern (e) nicht kommen kann.
Bei einem Bodenabschluß gemäß Fig. 5 ist die Gefahr der Selbstentzündung von pyrophorem Material nicht gegeben, da das behandelte Material durch das Rühr- bzw. Bewegungselement fort­ laufend zur Schleuse (S) geleitet und durch diese ausgetragen wird.
Abschließend sei in Verbindung mit Fig. 6 auf ein weiteres, besonderes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen, wodurch die vielseitige Anwendung dieses Ver­ fahrens demonstriert wird.
Handelte es sich im eingangs besprochenen Beispiel insbes. um die thermische Konditionierung von z. B. Sojabohnen zur Gewinnung von FFS-Material, so kann das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher vorteilhafter Weise unter erheblicher Energie- und Raum- bzw. Platzeinsparung auch zur Behandlung des Rückstands von Extraktionsverfahren, z. B. bei der Gewinnung von Fetten und Ölen aus pflanzlichen Rohstoffen, eingesetzt werden. Das aus der Vorwärmung (z. B. Wärmepfannen) (BVW) zur Flockung (FL) überführte Material (RM) wird in bekannter Weise mit Lösemitteln wie Hexan usw. extrahiert (EXT) und anschließend die ölhaltige Miscella (M) vom Rückstand abgetrennt. Nach der Entbenzinierung (EB) unter Rückgewinnung des anhaftenden Lösungsmittels (S) wird das Schrot (SCH) mit einem Wassergehalt von etwa 16-25 Gew.-% und einer Eigentemperatur von ca. 100-110°C erfindungsgemäß über eine Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Betteinheiten im Gegenstrom mit Luft (WL) behandelt und dabei getrocknet. Es verläßt als Fertigmaterial, z. B. als Futtermittel (TM), die Anlage. Gemäß Fig. 3 ist dies der die Bettzone (XVIII) nach unten begrenzende Boden (18).
Die aus der Anlage oberhalb des obersten Bodens (Boden 1 in Fig. 3) austretende, feuchte bzw. wasserhaltige Luft von relativ hohem Wärmeinhalt wird erfindungsgemäß über einen Wärmeaustauscher (W) auf Solltemperatur aufgeheizt und zur Vorwärmung (BVW) geschickt.

Claims (22)

1. Verfahren zur kontinuierlichen, schonenden thermischen Behandlung von partikulierten oder auch nicht partikulierten Schüttgütern zwecks Einstellung der rheologischen Eigenschaften, Trocknung, Konditionierung, Calcinierung, Entgiftung, Aktivierung usw. im ruhenden, ggf. durch mechanische Wirkung bewegten, gasdurchströmten Bett, insbes. im Wirbel- oder Fließbett oder auch Sprudelbett, wobei das Gut, durch eigene Schwerkraft gefördert, das Bett im Gegenstrom zum kontaktierenden Gas und/oder gasförmigen Reaktionsmedium durchläuft und während der Kontaktierung mit dem Gas oder gasförmigen Reaktionsmedium dem Einfluß von Wärme bzw. wärmeliefernden oder abführenden Bedingungen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem System erfolgt, das eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten mit jeweils nach unten abschließenden, gasdurchlässigen Böden erfolgt, wobei in einer ersten, oberen, d. h. dem Materialeintritt folgenden Anzahl von Bettein­ heiten, das Gut durch ein Gemisch von Warm- bzw. Heißluft und Wasserdampf aufgeheizt, in einer anschließenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bevorzugt nur mit Warm- bzw. Heißluft weiterbehandelt und in einer dritten, untersten Zone mit einer weiteren Anzahl von Betteinheiten das Material praktisch mit wasserfreier Luft bzw. einem überschüssige Luft als Behandlungsgas enthaltenden gasförmigen Reaktionsmedium abschließend kontaktiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in der ersten, obersten Gruppe von Betteinheiten durch indirekten Wärmeaustausch an den indirekt dampfbeheizten gasdurchlässigen Bett-Böden auf Tempera­ turen von ca. 50-95°C gebracht wird bei gleichzeitiger Einwirkung von Warm- bzw. Heißluft und in dieser enthaltenem materialbedingtem Wasserdampf, anschließend im Bereich der darauf folgenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bei weiterer indirekter Beheizung über die gasdurchlässigen Bettböden mit Luft oder wasserdampfhaltiger Luft auf die vorgegebene Behandlungstemperatur von ca. 100 bis ca. 160°C eingestellt wird, und im untersten, dritten Bereich bzw. Zone der Vielzahl von übereinander angeordneten Betteinheiten die Behandlung durch Luft allein abgeschlossen wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material über alle das jeweilige Bett abschließenden Böden indirekt beheizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfgehalt der behandelnden Warm- bzw. Heißluft durch verdampfende Feuchtigkeit des zu behandelnden Materials erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfgehalt der behandelnden Luft durch zusätzlichen Direktdampf eingestellt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten zwischen "n" = 3 und "n" = 25 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Betteinheiten in einer ersten, oberen, d. h. dem Materialeintritt folgenden Gruppe, ca. 4 bis ca. 8 beträgt.
8. Verfahren nach Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Betteinheiten in einer zweiten, mittleren Zone zwischen etwa 4 und etwa 12 liegt.
9. Verfahren nach Ansprüchen 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Betteinheiten in der untersten, abschließenden Zone zwischen etwa 3 bis etwa 6 liegt.
10. Verfahren nach Ansprüchen 1-9. dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Gruppe der Vielzahl "n" von Betten der Materialkühlung durch Luft, die mittlere Gruppe von Betten der optimalen Temperatureinstellung des Materials durch ein Luft-Dampf- Gemisch, und die erste, oberste Gruppe von Betten der indirekten oder direkten Materialaufhei­ zung durch ein Luft-Dampf-Gemisch dient.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfgehalt der Luft durch verdampfende Materialfeuchte eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfgehalt der Luft durch Direktdampfzugabe oder durch Direktdampf plus ver­ dampfende Materialfeuchte eingestellt wird.
13. Verfahren nach Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die in die unterste Gruppe von Betten eingeführte Luft eine Temperatur von ca. 20 bis ca. 180°C, insbesondere von ca. 90 bis ca. 160°C, aufweist.
14. Anwendung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1-13, auf die thermische Konditionierung feuchtigkeitshaltiger Rohmaterialien wie Sojabohnen, Raps, Sonnenblumen, Leinsaat, Palmkerne, Kopra usw., die der Gewinnung von Fetten und Ölen dienen oder zur Herstellung von Futtermitteln mit vollem Fett- oder Ölgehalt behandelt werden.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1-14, gekennzeichnet durch eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten (I-XVI) mit abschließenden Böden (1-16), die als Lochböden für Gasdurchlaß mit indirekter Beheizung (id) ausgebildet sind; mit regel- und/oder steuerbaren Übergangseinrichtungen (2; Fig. 2) von einem Bett zum nächstfolgenden; mit Zuführstutzen für Direktdampf (D 1 . . . D 16) zu jeder Betteinheit (I-XVI) und Ableitungsanschlüssen (3, 3′) für Kondensat aus den indirekt beheizten Böden (1-15; Fig. 1) sowie Dampf-Luft-Gemisch aus den Betteinheiten unterhalb eines jeden Bett-Bodens (1-16; Fig. 1); Einrichtungen zur Bewegung des Materials auf jedem bettabschließenden Boden in Richtung der Übergangselemente (2; Fig. 2); Luftgebläse (B) unterhalb des untersten Bodens (16; Fig. 1); Abzugsventilator (V) für Luft bzw. Luft-Dampf- Gemisch; und Verschluß- und Entleerungseinrichtung (S 3; Fig. 3) zum geregelten Abzug des behandelten Materials (TM).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl "n" von Betteinheiten (I-XVI) bzw. Böden (1-16) zwischen etwa 3 und etwa 25 liegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Betteinheiten kreisrunden Querschnitt aufweisen und die Bewegung des Materials auf den Bett-Böden (1-16) in Richtung der Übergangseinrichtungen (2; Fig. 2) durch Drehkränze (R) oder Rühreinheiten mit gemeinsamer Antriebswelle (W) erfolgt und die Umdrehungsgeschwin­ digkeit von (W) ca. 0,5-12,0 U/M beträgt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Betteinheiten quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitt aufweisen, die jedes Bett abschließenden Böden (1; Fig. 2) in Richtung eines regelbaren Übergangselements (2; Fig. 2) geneigt angeordnet sind und die Neigung der Böden zwischen ca. 3° und ca. 22° durch Verstellung variiert werden kann, wobei in dieser vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung auf die Bewegungseinrichtungen (R, W; Fig. 1) verzichtet wird.
19. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-18, gekennzeichnet durch eine "bypass"-Leitung (24; 26; Fig. 3) mit eingebautem Wärmeaustauscher (W′) zum Umgehen von Teilbereich (II-XII) oder Teilbereichen hiervon für Luft.
20. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschluß- und Entleerungseinrichtung (S 3; Fig. 3) durch die unterste Kammer (XVII; Fig. 1) hindurchgeführt wird.
21. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-19, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Luftzufuhrleitung (32) in die unterste Kammer (XVIII; Fig. 5) und die Ausführung der Entleerungseinrichtungen (S) als Brandschleusen.
22. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-21, gekennzeichnet durch die direkte Einschaltung des Luftwegs (WL; Fig. 6) in ein System zur Extraktion von Fetten und Ölen in Kombination mit einer Rohmaterial-Vorwärmung (BVW), Flockung (FL), Extraktion (EXT), Entbenzinierung des Rückstands (EB) und abschließende, erfindungsgemäße Behandlung des Schrots (SCH).
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