Übersetzung der Beschreibung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Trocknen eines aus Teilchen unterschiedlicher Größe bestehenden
feuchten Materials mit überhitztem Dampf, umfassend einen
zylindrischen Behälter mit einer Anzahl paralleler, im
wesentlichen vertikaler, länglicher Kammern, die ringförmig
angeordnet sind, wobei eine oder mehrere der Kammern einen
geschlossenen Boden und die übrigen Kammern einen dampfdurchlässigen
Boden haben, wobei benachbarte Kammern durch Öffnungen in den
Wänden an den unteren Enden der Kammern miteinander verbunden
sind und wobei die oberen Enden der Kammern mit einer
Überführungszone verbunden sind, Mittel zum Zuführen aus Teilchen
bestehenden feuchten Materials zu einer der einen
dampfdurchlässigen Boden aufweisenden Kammern, Mittel zum Austragen des
getrockneten Materials aus einer der einen geschlossenen Boden
aufweisenden Kammern, Mittel zum Zuführen von überhitztem Dampf
zu dem Bereich unter den dampfdurchlässigen Böden der Kammern
und zum Ableiten des Dampfes aus der Überführungszone und
Mittel zum erneuten Erhitzen des abgeleiteten Dampfes und zum
erneuten Zuführen desselben zu dem Bereich unter den
dampfdurchlässigen Böden der Kammern.
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Eine Vorrichtung der vor stehend erwähnten Art ist in der
EP-A-0 153 704 offenbart. Diese herkömmliche Vorrichtung ist
insbesondere zum Trocknen von Zuckerrübenpulpe geeignet, die
gebildet wird, wenn aus Zuckerrübenschnitzeln mit Wasser Zucker
entzogen wird, diese Vorrichtung eignet sich aber auch zur
Beseitigung von Flüssigkeiten einschließlich anderer
Flüssigkeiten als Wasser aus einer Anzahl empfindlicher organischer
Materialien.
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Die herkömmliche Vorrichtung hat den Vorteil, daß das aus
Teilchen bestehende Material ohne Luftzutritt getrocknet wird,
so daß eine Oxidation des Materials während des Trocknens
verhindert werden kann. Ein weiterer wichtiger Vorteil der
Vorrichtung besteht darin, daß sie in umwelttechnischer Hinsicht
überaus zufriedenstellend ist, weil die Trocknung in einem im
wesentlichen geschlossenen System erfolgt. Außerdem ist die
überschüssige Dampfmenge, die beispielsweise beim Trocknen von
Rübenpulpe erzeugt wird, sehr rein und kann demzufolge zum
Eindicken von Zuckersirup benutzt werden, und das dabei gebildete
Kondensat verursacht keine üblen Gerüche im Vergleich zu den
Emissionsprodukten, wie sie beispielsweise bei der
Trommeltrocknung von Rübenpulpe entstehen.
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Wenn aus Teilchen bestehende wasserhaltige organische
Materialien getrocknet werden, dann ist es wichtig, einen hohen
Trockenmassegehalt von beispielsweise über 90% in allen Teilen
des Materials zu erzielen, um die Lagerfähigkeit des
getrockneten Materials zu gewährleisten.
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Mit anderen Worten, es ist nicht ausreichend, ein Material
zu erzielen, das im Durchschnitt einen sehr hohen
Trockenmassegehalt hat.
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Wenn in einer Vorrichtung der vor stehend genannten Art
Teilchen mit unterschiedlicher Teilchengröße getrocknet werden,
dann werden die leichtesten Teilchen vorzusweise im oberen
Bereich der Trocknungskammern getrocknet, wogegen die groben
Teilchen hauptsächlich am Boden dieser Kammern getrocknet
werden, während sie sich durch Löcher im untersten Bereich der
Kammerwände von Kammer zu Kammer bewegen.
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In der Praxis wurde gefunden, daß die groben Teilchen des
Materials sich manchmal so schnell durch die herkömmliche
Vorrichtung bewegen, daß ein Teil der großen Teilchen unzureichend
getrocknet ist, bevor er die Austragkammer erreicht. Zur Lösung
dieses Problems wurde versucht, das Verhältnis zwischen Dampf
und feuchtem Material zu vergrößern, dies hat aber zu einer
unerwünschten Zunahme des Energieverbrauchs geführt.
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Es wurde auch versucht, die Verweildauer des Materials in
den Trocknungskammern zu verlängern, indem die Öffnungen in den
Kammerwänden in Strömungsrichtung des Materials verkleinert
wurden; dadurch stieg aber die Gefahr, daß das Material an den
Wänden der Trocknungskammern Ablagerungen bildet und daß der
Materialstrom zunehmend blockiert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
mäßigem Energieverbrauch ein aus Teilchen bestehendes trockenes
Material zu erhalten, bei dem im wesentlichen alle Teilchen den
gewünschten hohen Trockenmassegehalt haben.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer
Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie Mittel aufweist zum Abgeben vom Strömen
aus überhitztem Dampf, und zwar im wesentlichen parallel zu den
Böden der Kammern (6) und in einer ausgewählten nicht-radialen
Richtung, so daß die Haltezeit des Materials in den Kammern
verlängert oder verkürzt wird, wobei die Abgabemittel im
untersten Bereich mindestens einiger der dampfdurchlässige Böden
aufweisenden Kammern angeordnet sind.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch
Einführen eines Teils des überhitzten Dampfes in die
dampfdurchlässige Böden aufweisenden Kammern in Form von Strömen, die sich
parallel zu den Kammerböden bewegen, es möglich ist, die
Bewegung des Materials in den einzelnen Kammern derart zu
beeinflussen, daß die groben Teilchen in jeder Kammer eine
gewünschte Zeitdauer zurückgehalten werden, so daß im Großen und
Ganzen alle Teilchen einen gewünschten hohen Trockenmassegehalt
erreichen, bevor sie die letzte Trocknungskammer verlassen und
sich in die Austragkammer bewegen.
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Um beim Trocknen von Zuckerrübenschnitzeln ein
zufriedenstellend getrocknetes Erzeugnis zu erhalten, ist es
üblicherweise erwünscht, die Verweildauer des Materials in den letzten
Trocknungskammern zu verlängern, und dies wird erreicht, indem
die Dampfströme gegen die Öffnungen in den Kammerwänden auf der
stromaufwärtigen Seite gerichtet werden.
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Das Material kann zu einer Ansammlung in den ersten
Trocknungskammern neigen, und es kann daher erwünscht sein, in
diesen Kammern Dampfströme zu verwenden, die gegen die
Öffnungen in den Kammerwänden auf der stromabwärtigen Seite gerichtet
sind, um dadurch die Verweildauer des Materials in diesen
Kammern zu verringern.
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Wie aus der vorstehenden Erörterung hervorgeht, können
diese Mittel in einigen Fällen benutzt werden, um die
Verweildauer des Materials in den Kammern zu verlängern und in anderen
Fällen benutzt werden, um sie zu verkürzen, und in ein und
derselben Vorrichtung können Mittel vorgesehen sein, um die
Verweildauer des Materials in einigen der Kammern zu verkürzen und
in anderen Kammern zu verlängern. Ferner können diese Mittel in
einigen der Trocknungskammern weggelassen werden. Die mit den
vorstehend erwähnten Mitteln erzeugten Dampfströme beeinflussen
nicht nur die Verweildauer des Materials, sondern sie führen
dem Material auch Energie zu, und die Ausbildung dieser
Dampfströme bewirkt daher keinen unbefriedigenden Wärmehaushalt.
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Fig. 1 der Zeichnungen zeigt das nachfolgend erläuterte
Verhältnis zwischen der relativen Menge des Materials und der
Verweildauer beim Trocknen von Zuckerrübenschnitzeln in einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Verweildauer des
Hauptteils des Materials kurz und gleichförmig, und es wurde
gefunden, daß selbst im Falle einer solchen verhältnismäßig kurzen
Verweildauer eine gleichförmige und ausreichende Trocknung
aller Teilchen erzielt werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittel zur Abgabe von Strömen
aus überhitztem Dampf im wesentlichen parallel zu den Böden der
Kammern (6) ein Distanzelement mit einer nach unten und nach
außen geneigten Oberseite umfassen, wobei dieses Distanzelement
im mittleren Teil einer jeden einen dampfdurchlässigen Boden
aufweisenden Kammer angeordnet ist, daß die Unterseite des
Distanzelements in einem kleinen Abstand über dem Boden der
Kammer angeordnet ist und daß Führungsmittel in dem Bereich
zwischen dieser Unterseite und dem Boden der Kammer vorgesehen
sind.
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Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bewegt sich ein Teil des dem Bereich unter den
dampfdurchlässigen Kammerböden zugeführten Dampfes nach oben in den
Bereich unter den Distanzelementen, und er wird von diesem
Bereich durch die Führungsmittel, beispielsweise Führungsbleche
in Form von Dampfströmen in einer der Position der
Führungsmittel entsprechenden Richtung geleitet.
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Vorzugsweise sind in jeder Kammer mehrere Führungsmittel
in Form von Leitblechen angeordnet. Die Führungsmittel können
an der Unterseite des Distanzelements oder am Boden der Kammer
befestigt sein, und bei einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung ist ihre Winkelstellung einstellbar.
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Die Führungsmittel können beispielsweise mit
Einstellmitteln verbunden sein, die von der Außenseite der Vorrichtung
bedient werden können. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform
erlaubt es, die Winkelstellung und damit die Vorwärtsbewegung
des Materials gemäß den Eigenschaften des Ausgangsmaterials,
beispielsweise Flüssigkeitsgehalt, Teilchengröße,
Wärmeempfindlichkeit usw., einzustellen.
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Zum Trocknen eines aus Teilchen bestehenden wasserhaltigen
Materials wird überhitzter Dampf benutzt, wogegen überhitzter
Dampf der in dem Material vorhandenen Flüssigkeit benutzt wird,
wenn ein Material getrocknet wird, das eine nicht wässrige
Flüssigkeit enthält.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Diagramm das das Verhältnis zwischen der
relativen Menge des Materials und der Verweildauer des
Materials zeigt, wenn Zuckerrübenschnitzel in einer industriellen
Vorrichtung gemäß der Erfindung getrocknet werden,
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische und teilweise
geschnittene Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt der Vorrichtung nach
Fig. 2,
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Fig. 4 zeigt einen horizontalen Schnitt nach der Linie IV-
IV durch die Vorrichtung nach Fig. 3,
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Fig. 5 zeigt einen horizontalen Schnitt nach der Linie V-V
durch die Vorrichtung nach Fig. 3,
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Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung
einer Trocknungskammer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Fig. 7 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den untersten
Bereich einer Trocknungskammer in einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und
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Fig. 8 zeigt einen horizontalen Schnitt nach der Linie
VIII-VIII der Trocknungskammer nach Fig. 7.
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Die in Fig. 1 gezigte Kurve veranschaulicht das Ergebnis
eines Versuchs, der durchgeführt wurde, indem eine bestimmte
Menge Lithiumchlorid einer bestimmten Menge an
Zuckerrohrschnitzeln beigemengt und der Lithium-Gehalt des aus der
Vorrichtung abgegebenen Materials in Intervallen gemessen und
der Lithium-Gehalt als ppm Li in Abhängigkeit von der Zeit
aufgetragen wurde.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verblieb keines der
Zuckerrübenschnitzel länger als zwölf Minuten in der Vorrichtung, und
die Verweildauer des Hauptteils der Zuckerrübenschnitzel betrug
zwischen drei und sieben Minuten.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung umfaßt ein
allgemein mit 1 bezeichnetes Bodenteil, ein allgemein mit 2
bezeichnetes zylindrisches Teil, ein allgemein mit 3 bezeichnetes
konisches Teil und ein allgemein mit 4 bezeichnetes Oberteil.
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Das zylindrische Teil 2 ist in fünfzehn Trocknungskammern
6 unterteilt, die durch vertikale Kammerwände 5 in Reihe
verbunden sind, und eine Austragkammer 7 ist zwischen der ersten
und der letzten Trocknungskammer 6 angeordnet. Die
Trocknungskammern 6 sind am Boden durch einen perforierten Kammerboden 8
begrenzt, und ein Distanzelement 9 ist mittig über diesem
Kammerboden 8 angeordnet, wobei dieses Distanzelement eine nach
unten und nach außen geneigte Oberseite und eine in kurzer
Entfernung über dem perforierten Kammerboden 8 angeordnete
Unterseite hat. Die Trocknungskammern 6 erstrecken sich in das
konische Teil 3 der Vorrichtung, wobei jede Trocknungskammer 6
durch geneigte Trennplatten 11, die mit (nicht gezeigten)
Heizeinrichtungen versehen sind, in sich nach unten verjüngende
kleinere Kammern 10 unterteilt ist. Benachbarte
Trocknungskammern 6 und die Austragkammer 7 sind in der Übergangszone
zwischen dem zylindrischen Teil 2 und dem konischen Teil 3 über
Öffnungen 12 in den Kammerwänden 5 verbunden.
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Am Boden der Austragkammer 7 ist ein Schneckenförderer 13
angeordnet, der in einem Austragrohr 14 drehbar gelagert ist.
Der obere Bereich des zylindrischen Teils 2 der Vorrichtung ist
mit einem entsprechenden Schneckenförderer 15 versehen, der in
einem Zuführrohr 16 angeordnet ist, das in den oberen Bereich
der ersten Trocknungskammer mündet.
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Ein Röhrenwärmetauscher 20 füllt die zentralen Bereiche
des zylindrischen Teils 2 des konischen Teils 3 und teilweise
des Oberteils 4, wobei dieser Wärmetauscher mit einem Rohr 21
verbunden ist, um überhitzten Dampf zuzuführen, der, wie dies
nachstehend erläutert wird, über eine große Anzahl von
Wärmetauscherrohren 22 vom Oberteil 4 zum Bodenteil 1 der
Vorrichtung geleitet wird, während er gleichzeitig von dem durch das
Rohr 21 zugeführten überhitzten Dampf erhitzt wird. Der
Wärmetauscher 20 ist ferner mit einem (nicht gezeigten) Rohr
verbunden, um Kondensat aus dem Umgebungsbereich der Rohre des
Wärmetauschers 22 abzuführen.
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Das Oberteil 4 ist durch eine Platte 30 in eine zentrale
Kammer 31 und eine Überführungskammer 32 unterteilt. Ein
stationäres Füllelement 33 ist in der zentralen Kammer 31 am
oberen Ende des Wärmetauschers 20 angeordnet, wobei die
Außenseite des Füllelements 33 mit mehreren Leitblechen 34 versehen
ist, die eine solche Form und einen solchen Abstand haben, daß
in dem Bereich innerhalb der Platte 30 von dem Dampf, der von
der Überführungskammer 32 nach oben in den Raum zwischen dem
Füllelement 33 und der Platte 30 einströmt, ein Wirbelfeld
gebildet wird.
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Die Platte 30 stößt an einen Zyklonabscheider 40 an, und
die zentrale Kammer 31 ist über eine Öffnung 41 in der Platte
30 und in dem Zyklonabscheider 40 mit dem Innenraum des
Zyklonabscheiders 40 verbunden. Letzterer hat einen konischen unteren
Bereich 42, der in einen leicht trichterförmigen Bereich 43
übergeht, der in eine der Kammern 10 der Austragkammer 7
mündet. In dem Übergangsbereich zwischen dem konischen unteren
Bereich 42 und dem trichterförmigen Bereich 43 ist ein Rohr 44
zum Zuführen eines Gases unter Druck vorgesehen, um in dem
Übergangsbereich zwischen dem unteren konischen Bereich 42 des
Wirbelabscheiders und dem trichterförmigen Bereich 43 eine
Ejektorwirkung zu erzeugen.
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Zum Ableiten von überschüssigem Dampf ist ein Rohr 45 an
der Oberseite des Oberteils 4 der Vorrichtung vorgesehen.
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Das Bodenteil 1 der Vorrichtung umfaßt einen
trichterförmigen Bereich 50, der sich vom unteren Ende des Wärmetauschers
20 nach unten in das Innere eines Zentrifugalgebläses 51
erstreckt, das einen Rotor umfaßt, bestehend aus zwei kreisrunden
Platten 52 und 53 und zwischen diesen Platten angeordneten
Schaufeln 54.
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Der Rotor 51 ist auf einer Welle 55 angeordnet, die eine
Keilriemenscheibe 56 hat, die über zwei Keilriemen 57 von einem
Motor 58 angetrieben wird. Der Rotor 51 ist von einer
Dampfverteilerkammer 59 umgeben, in der mit Öffnungen 61 versehene
Führungsplatten 60 angeordnet sind.
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Wie aus den Fig. 1, 6, 7 und 8 hervorgeht, sind die
Kammerwände 5 der Trocknungskammern 6 mit Öffnungen 62
versehen, durch die ungetrocknetes Material von einer
Trocknungskammer 6 in die andere gelangen kann. Diese Öffnungen 62 oder
einige der Öffnungen haben in Strömungsrichtung des Materials
eine abnehmende Größe, siehe Fig. 8, in der die
Bewegungsrichtung des Materials mit einem Pfeil 71 bezeichnet ist.
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Wie ebenfalls aus Fig. 8 hervorgeht, ist die Unterseite
des Füllelements 9 mit Führungsblechen 63 versehen, die dazu
dienen, den durch die perforierten Kammerböden aufsteigenden
überhitzten Dampf in Form von horizontalen Strömen den
Öffnungen 62 der Kammerwand 5 auf der stromaufwärtigen Seite der
Kammern zuzuführen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
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Ein aus Teilchen bestehendes Ausgangsmaterial wird mit dem
Schneckenförderer 15 und dem Zuführrohr 16 in den oberen
Bereich der ersten der in Reihe verbundenen Trocknungskammern 6
zugeführt. In der Trocknungskammer wird das zugeführte Material
dem Einf luß des überhitzten Dampfes ausgesetzt, der durch den
perforierten Boden in die Trocknungskammer zugeführt wird. Das
Distanzelement 9 erteilt dem Material eine Wirbelbewegung, wie
mit den Pfeilen 70 in Fig. 6 angedeutet. Ein Teil des Materials
ist zu schwer, um in der Schwebe zu bleiben, und es bewegt sich
zum Kammerboden 8 hin. Während der Abwärtsbewegung, die
hauptsächlich im mittleren Teil der Kammer erfolgt, trifft das
Material auf die geneigte Oberseite des Distanzelements 9 auf und
gleitet auf dieser Seite nach unten.
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Wenn sich das Material am untersten Ende des
Distanzelements 9 vorbeibewegt, dann wird es von den Dampfströmen
beeinflußt, die von dem durch den Kammerboden unter dem
Distanzelement 9 hindurchströmenden überhitzten Dampf gebildet werden und
die von den Leitblechen 63 gegen die Kammerwand 5 der
benachbarten Trocknungskammer 6 gerichtet sind, so daß ein Teil
dieses verhältnismäßig groben Materials durch die Öffnung 62 in
der Kammerwand 5 in die nächste (zweite) Trocknungskammer 6
befördert wird.
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Das in die zweite Trocknungskammer 6 eingeführte relativ
grobe Material wird in der gleichen Weise der dritten
Trocknungskammer zugeführt usw.
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Während das Material in den Kammern 6 getrocknet wird,
verlieren die Teilchen zunehmend an Gewicht, und die
leichtesten Teilchen bewegen sich nach oben in den konischen Teil 3
der Vorrichtung. Nach Erreichen dieses Teils der Vorrichtung
wird sich ein Teil des Materials auf der Oberseite der
Trennplatten 11 ablagern, wo die sich nach oben bewegende
Gasströmung schwach ist. Daher wird das Material weiter erhitzt und
getrocknet, und im getrockneten Zustand rutscht es nach unten
zu dem zylindrischen Teil 2 der Vorrichtung, und es fließt
durch die Öffnungen 12 in eine nachfolgende Kammer usw.
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Die großen Teilchen verbleiben hauptsächlich im untersten
Bereich der Kammern, in der ihre Bewegung durch die von den
Leitblechen 63 gebildeten Dampfströme beeinflußt wird.
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In der Praxis wurde gefunden, daß mehr als 90% des
Materials (bezogen auf die Trockenmasse) durch die Öffnungen 62 an
den unteren Enden der Kammern und durch die Öffnungen 12 in der
Übergangszone zwischen dem konischen Teil 3 und dem
zylindrischen Teil 2 befördert wird. Demzufolge gelangt nur ein
verhältnismäßig
kleiner Teil des Materials in die Übergangszone,
und der größere Teil hiervon bewegt sich nach oben in die
zentrale Kammer 31.
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In dem Bereich über der Austragkammer 7 gibt es keinen
nach oben gerichteten Dampf strom, weil der Boden dieser Kammer
geschlossen ist, und wenn die trockenen Teilchen in die
Austragkammer 7 eintreten, dann bewegen sie sich zum Boden dieser
Kammer hin.
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Das Material, das durch die Öffnungen 62 an den untersten
Enden der Trocknungskammern, durch die Öffnungen 12 in der
Übergangszone zwischen dem zylindrischen Teil 2 und dem
konischen Teil 3 oder durch die Überführungskammer 32 in die
Austragkammer 7 eintritt, wird am Boden der Austragkammer 7 mit
dem in dem Austragrohr 14 angeordneten Schneckenförderer 13
ausgetragen.
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Von der Überführungskammer 32 gelangt der Dampfstrom aus
der Trocknungskammer 6 nach oben in die zentrale Kammer 31 an
den Leitblechen 34 vorbei, die dem Dampfstrom entlang der
Innenseite der Platte 30 eine Wirbelbewegung verleihen, wodurch
mitgeführte Teilchen gegen die Platte 30 gelenkt werden, und
beim Passieren der Öffnung 41 werden die Teilchen in den
Wirbelabscheider 40 zugeführt, wo sie sich am Boden ansammeln,
und sie werden von dem durch das Rohr 44 zugeführten Gas aus
dem Wirbelabscheider heraus in die Austragkammer 7 befördert.
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Der von den festen Teilchen befreite Dampf wird von dem
Zentrifugalgebläse 51 aus der zentralen Kammer 31 nach unten
durch den Wärmetauscher 20 gesaugt. Während des Durchgangs
durch den Wärmetauscher 20 wird der Dampf mit Dampf oder einem
anderen Heizmedium, das durch das Rohr 21 dem Wärmetauscher 20
zugeführt wird, überhitzt.
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Der in dem Zentrifugalgebläse 51 erzeugte Dampfstrom
strömt durch die Dampfverteilerkammer 59 in den Bereich unter
den perforierten Kammerböden 8 der Trocknungskammern 6 und von
diesem Bereich nach oben in die Trocknungskammern 6.
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Der durch Verdampfung der Flüssigkeit aus dem
Teilchenmaterial gebildete überschüssige Dampf wird durch das Rohr 45 am
Oberteil 4 der Vorrichtung abgegeben.