DE69300398T2 - Trocknungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von gelösten, ungelösten, pastenartigen, in verschiedene Formen gestückelten oder pulverigen Materialien, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist. Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der Druckschrift FR-A-20 19 344 bekannt.
• Die Austrocknung erfolgt mittels der Strömung eines austrocknenden Fluids, mit dem das zu trocknende Material in einem mit einem drehenden Rührer versehenen Gehäuse konfrontiert wird.
• Die Welle dieses Rührers ist hohl und steht mit mehreren hohlen Rührelementen in Verbindung, welche im allgemeinen radial verlaufen und mit Öffnungen versehen sind, die das Einströmen des austrocknenden Fluids in den Behälter über die Welle und die Rührelemente ermöglichen.
• Diese letzteren ermöglichen ein Umrühren des zu trocknenden Materials und verbessern folglich die Wärme- und Stoff-Übertragungsbedingungen zwischen dem Material und dem austrocknenden Fluid.
• Die FR-A-20 19 344 behandelt gleichzeitig ein Verfahren und eine Vorrichtung für die physikalische oder chemische Behandlung von Körpern in jedem Zustand durch Einleiten von fluidförmigen, d. h. flüssigen oder gasförmigen Wirkstoffen in einen Behälter mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit.
• Die Vorrichtung, die diese Behandlung ausführt, enthält den mit Eingangs- und Ausgangsöffnungen und wenigstens einem Rührer versehenen geschlossenen Behälter. Sie ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer aus einer mit einem oder mehreren hohlen Rührelementen versehenen Welle aufgebaut ist, wobei die Rührelemente mit Löchern für die Einströmung des Fluidkörpers in den Behälter versehen sind.
• Die Rührelemente besitzen mehrere mögliche Formen, ihre grundlegende Geometrie ist jedoch im allgemeinen kreisförmig. Es handelt sich um Scheiben oder vollständige oder abgeschnittene Hohlzylinder, die verschiedene Querschnitte besitzen können, mit der Welle in Verbindung stehen können und eine relativ zur Welle zentrische oder exzentrisch Position und/oder einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel besitzen können.
• Die Einströmöffnungen sind folglich radial oder in einer der im wesentlichen ebenen Flächen von Scheiben angeordnet.
• Diese Druckschrift erwähnt außerdem die Verwendung von radialen, von der mittigen Welle ausgehenden Armen, ohne sie jedoch genau zu beschreiben. Eine genauere Beschreibung bezieht sich indessen auf die Verwendung von radialen Armen, die die mittige Welle mit longitudinalen, zur Achse der Vorrichtung parallelen Rohrstutzen verbinden. In dieser Konfiguration sind die Einströmöffnungen ebenfalls radial angeordnet.
• Im Fall von Trocknern mit Rührer sind die bestimmenden Faktoren in der Trocknungsoperation:
• - die Wärmeübertragung,
• - die Masseübertragung und
• - die Kontaktoberfläche zwischen dem zu trocknenden Material und dem austrocknenden Mittel,
• Die Werte dieser Parameter beeinflussen direkt die Schnelligkeit der Trocknung sowie die Intensität der Vermischung, die zwischen dem zu behandelnden Material und dem austrocknenden Fluid erfolgt.
• Der zwischen der Schnelligkeit und dem Wirkungsgrad der Trocknung zu findende Kompromiß muß gleichermaßen wirtschaftliche Parameter berücksichtigen. Mit anderen Worten, es müssen hohe Werte für die die Trocknung bestimmenden Faktoren ohne übermäßigen Verbrauch des austrocknenden Mittels, der zu einem hohen Energieverbrauch führen würde, erhalten werden.
• Das Eintreten des austrocknenden Fluids durch den Innenraum der Trocknungsvorrichtung bildet - weil es die Erhöhung der Geschwindigkeit des austrocknenden Fluids und die Verbesserung der Qualität der Vermischung mit dem zu behandelnden Material ermöglicht - theoretisch eine gute technische Annäherung, weil es eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht und die Kontaktoberfläche zwischen den zwei Phasen erhöht.
• Die Positionierung der Öffnungen bildet ebenfalls einen wichtigen Punkt. Im Stand der Technik sind diese Öffnungen fest oder beweglich und sowohl am drehenden Rührer als auch am Mantel der Vorrichtung positioniert, z. B. an den Flügeln, die zwischen die Rührscheiben eingesetzt sind. Wenn sie beweglich sind, kann ihre Bewegung pendelnd oder drehend sein.
• Das austrocknende Fluid nimmt an der Herstellung der Vermischung teil und bewirkt dabei die Trocknung: Es ist daher wichtig, daß die Öffnungen mit besonderer Sorgfalt angeordnet sind, welche die doppelte Funktion des Fluids zu verwirklichen erlaubt.
• Der Entwurf eines leistungsfähigen und wirtschaftlichen Trocknungsgeräts weist wegen der Wechselwirkung zwischen den angeführten Parametern viele recht komplizierte Probleme auf. Ein schlechter Kompromiß zwischen den Parametern führt zu einer mittelmäßigen Leistung.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Gesamtheit von technischen Lösungen vorzuschlagen, die den Einsatz der die Trocknung bestimmenden Faktoren optimieren und für eine große Vielfalt von Materialien verwendbar sind. Diese Ziele werden durch die Erfindung erreicht, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
• Das Problem des Energieverbrauchs steht hauptsächlich mit demjenigen des Verbrauchs an austrocknendem Fluid in Verbindung, während die anderen Energiebeträge, die für den Betrieb der Vorrichtung notwendig sind, weniger groß sind. Die Art des verwendeten Fluids bildet daher insofern ein weiteres Element des allgemeinen Problems, als dieses Fluid zugleich bei der Herstellung so billig wie möglich und bei der Trocknung so wirksam wie möglich sein muß. Die Erfindung umfaßt die Wahl eines Fluids, mit dem ein guter Kompromiß zwischen diesen zwei Anforderungen geschaffen wird.
• Die Vorrichtung der Erfindung verbessert in der Praxis wesentlich die Leistungen, die mit den bis zum heutigen Tag vorhandenen Vorrichtungen dieses Typ möglich waren.
• Gemäß einem wesentlichen Merkmal ist die Welle aus wenigstens zwei hohlen Leitungsrohren mit parallelen Achsen aufgebaut, die in bezug auf die Achse des drehenden Rührers symmetrisch angeordnet sind und an denen die Rührelemente angebracht sind, die im allgemeinen radial verlaufen und die Form von Rohrstutzen besitzen, die sich bis zur Wand des Behälters erstrecken, wovon die meisten hohl sind und mit einer der hohlen Leitungen in Verbindung stehen und an ihrem an die Wand angrenzenden Ende mit einer Öffnung zum Einströmen des austrocknenden Fluids in den Behälter versehen sind.
• Die Öffnungen besitzen eine Achse, die in zwei zueinander senkrechten Ebenen zwischen zwei vorgegebenen Winkelpositionen orientierbar ist. Die erste dieser Ebenen ist zur Achse des Leitungsrohrs senkrecht, während die zweite zur Achse des Leitungsrohrs parallel und zur Achse des Rohrstutzens senkrecht ist.
• Schließlich wird gemäß einem besonderen technischen Merkmal der Durchsatz des austrocknenden Fluids, das sich durch jedes hohle Leitungsrohr und durch die hier zusammenlaufenden hohlen Rohstutzen bewegt, durch eine Abdeckmaske gesteuert, die sich am Ende der Welle befindet und deren Form derart ist, daß sie die Öffnung am Eingang des Leitungsrohrs in Abhängigkeit von der Winkelposition des Leitungsrohrs während der Drehbewegung der Welle mehr oder weniger vollständig verschließt, derart, daß das Leitungsrohr und seine zugehörigen Rohrstutzen nur zwischen zwei vorgegebenen Winkelpositionen von dem austrocknenden Fluid durchströmt werden.
• Diese Besonderheit der Vorrichtung spielt insbesondere bei der Mäßigung des Energieverbrauchs eine Rolle, weil sie verhindert, daß sich das Fluid in jedem Moment in jedes der Leitungsrohre der Welle ergießt. Sie ermöglicht außerdem die bevorzugte Versorgung der hinsichtlich der Trocknung und des Umrührens günstigsten Zone des Behälters. Den versorgten Rohrleitungen entsprechen nämlich Rohrstutzen, die sich in einer bestimmten Zone des Trockners befinden. Es ist dann ausreichend, den für die Behandlung günstigsten Raum zu bestimmen, um daraus die Rohrleitungen zu ermitteln, die mit dem austrocknenden Fluid versorgt werden müssen.
• Wenn berücksichtigt wird, daß in den meisten Fällen die Drehbewegung des Rührers gleichmäßig ist, sind die Leitungsrohre entweder offen oder vollständig verschlossen oder aber teilweise verschlossen. Daher folgt der Fluiddurchsatz einem sinusförmigen Kurvenverlauf, der bei der Positionierung der Abdeckmaske berücksichtigt werden muß. Der den Trocknungsbehälter bildende Aufnahmeraum kann selbstverständlich verschiedene Formen, zylindrisch, konisch, muldenförmig usw. annehmen. Die Neigung seiner Achse ist hingegen zwischen zwei Winkelpositionen eingegrenzt, die in bezug auf die Horizontale bei -15º und +15º liegen.
• In dem Behälter sind die Endöffnungen der Rohrstutzen in zwei senkrechten Ebenen orientierbar.
• In jeder dieser Ebenen ist die Achse der Rohrstutzen zwischen zwei vorgegebenen Winkelpositionen orientierbar. Außerhalb dieser Grenzen wird die Leistung des Trockners mittelmäßig.
• In der ersten Ebene, die zur Achse des Leitungsrohrs senkrecht ist, wird der mögliche Winkel mit γ bezeichnet. Es handelt sich um den Winkel zwischen der Achse der Einströmöffnung und der Normalen zur Achse des Rührers, die in der ersten Ebene liegt und durch den Schnittpunkt zwischen der Achse der Öffnung und der zu dieser Öffnung senkrechten Oberfläche auf Höhe der Mündung der Öffnung in den Behälter, d. h. auf Höhe der die Ränder der Öffnung verbindenden Oberfläche, verläuft.
• Dieser Winkel γ liegt zwischen 30º und 120º.
• Die Orientierung in der zweiten Ebene erfolgt in einem Winkel β. Diese zweite Ebene ist zur vorangehenden senkrecht, zur Achse des Leitungsrohrs parallel und zur Achse des Rohrstutzens senkrecht. Dieser Winkel β wird in bezug auf den Vektor V der Bewegung gemessen.
• β liegt zwischen 45º und 315º.
• Um das Umrühren zu begünstigen und die Kontaktoberfläche zwischen dem austrocknenden Mittel und dem zu trocknenden Produkt zu erhöhen, sind mehrere Rohrstutzen von zusätzlichen Rührvorrichtungen vorgesehen, die durch zwei dünne, ebene Plättchen gebildet sind, die untereinander einen Winkel 3 bilden, wobei die Richtung des am nähesten an der Wand des Behälters befindlichen Plättchens und die Tangente an die Wand im Schnittpunkt zwischen der Richtung und der Wand einen Winkel ε bilden.
• Diese zusätzlichen Rührvorrichtungen sind an prismenförmigen Köpfen befestigt, die an den Enden der Rohrstutzen in der Umgebung der Wand des Behälters angeordnet sind, und enthalten die Einströmöffnungen. Sie sind dann gegenüber den Öffnungen in der Fläche angeordnet, die als vordere Fläche bezüglich der Bewegungsrichtung V angesehen werden kann. Der Winkel δ liegt im Bereich von 70º bis 165º, während der Winkel ε im Bereich von 10º bis 70º liegt.
• Sämtliche internen Elemente der Trocknungsvorrichtung gehorchen ausreichend genauen Form-, Positionierungsund/oder Orientierungskriterien. Die verschiedenen Winkelintervalle sind so bemessen, daß die abwandelbaren Bauelemente daran angepaßt werden können, ohne von der Ausgangsforderung einer guten Leistung in Verbindung mit mäßigem Energieverbrauch abzuweichen. Sie ergeben sich aus der Erfahrung, die im Verlauf zahlreicher Versuche gesammelt wurde.
• Die am Ende der Welle angeordnete Maske kann ebenfalls mehrere mögliche Formen aufweisen. Je nach Fall handelt es sich bei der einfachsten einfach um einen Vollkreissektor.
• Im Rahmen einer Variante, bei der der Durchsatz in keinem der Leitungsrohre jemals Null ist, ist aus dem Vollkreissektor ein Kranzabschnitt ausgeschnitten.
• Gemäß einer anderen Variante besitzt die Andeckmaske eine Vollscheibenform, in der ebenfalls ein Kranzabschnitt ausgeschnitten ist, dessen Fläche größer als die vorhergehende ist.
• Die Kranzabschnitte können eine konstante oder veränderliche Breite besitzen. In keinem der Fälle wird die Abdeckmaske zu einer Drehbewegung angetrieben. Die Steuerung des Durchsatzes entsteht einfach durch die Bewegung der Welle, die in Richtung der Strömung des austrocknenden Fluids hinter der Abdeckmaske angeordnet ist. Dagegen ist es möglich, diese Abdeckmaske zu einer abwechselnden linearen Bewegung mit einer zur Achse des drehenden Rührers parallelen Achse anzutreiben.
• Deswegen verschließt die Abdeckmaske die Öffnung der Leitungsrohre ebenfalls gemäß einem sinusförmigen Kurvenverlauf. Die Kombination dieser zwei Bewegungen, derjenigen der Welle und der derjenigen der Andeckmaske, ermöglicht die Verfeinerung der Steuerung.
• Die Welle des drehenden Rührers enthält mehrere Leitungsrohre, die symmetrisch in bezug auf die Achse des Rührers angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich, eine Konfiguration mit einem zusätzlichen mittigen Leitungsrohr, das zum Rührer koaxial ist, zu schaffen.
• Dieses mittige Leitungsrohr ist mit wenigstens einer in den Behälter mündenden Öffnung versehen. Diese kann direkt im Leitungsrohr oder, genau wie bei den anderen Leitungsrohren der Welle, am Ende eines rohrförmigen Rührelements mit radialer Form ausgebildet sein.
• Das mittige Leitungsrohr kann die gleiche Funktion wie die anderen besitzen oder als zusätzliches Heizmittel eventuell in Verbindung mit einer zusätzlichen Abschirmung dienen, mit welcher der Behälter ausgerüstet ist und die ebenfalls für die Heizung vorgesehen ist.
• Der Behälter kann außerdem an seiner Innenwand befestigte Teile enthalten, die zwischen den drehenden Teilen des Rührers angeordnet und ebenfalls für eine zusätzliche Heizung und/oder für die Zerschlagung der besonders kompakten Materialien vorgesehen sind.
• Diese Heizmittel können miteinander verbunden sein. Somit können der periphere Mantel und das mittige hohle Leitungsrohr mittels hohler Verbindungen in der Weise verbunden werden, daß ein Heizkreis gebildet wird, der eine maximale Oberfläche bedeckt.
• Die obenerwähnten zahlreichen Varianten können in einer großen Anzahl von Möglichkeiten kombiniert werden. Mehrere verschiedene Kombinationen können in derselben Trocknungsvorrichtung nebeneinander bestehen: Je nach Bedarf, der Beschaffenheit der Installationsorte oder des zu behandelnden Materials kann ein Trockner in einem ersten Teilstück zylindrisch und in einem zweiten konisch entworfen sein, Zerschlagungsteile nur in einem Teil des Gesamtvolumens besitzen und/oder mit einer Welle mit mittigem Leitungsrohr versehen sein, das seinerseits nur an einem Ort Öffnungen aufweist, um das austrocknende Fluid genauer zu orientieren.
• Die Eingangs-/Ausgangs-Leitungsrohre für das zu trocknende Material können an den Seitenflächen oder an der Umfangshülle des Behälters angeordnet sein. Weitere Leitungsrohre für die Zufuhr des austrocknenden Fluids können an verschiedenen Stellen des Behälters in der Weise einmünden, daß der Durchsatz des Fluids, das sich durch die Leitungsrohre der Welle des Rührers bewegt, eventuell erhöht wird.
• Das austrocknende Fluid kann die gleichen Leitungsrohre wie das Material am Ausgang der Vorrichtung benutzen. Die genaue Konfiguration des Trocknungsbehälters bestimmt in Verbindung mit der Natur des zu behandelnden Materials die für die Achsen der Einströmöffnungen der Rührelemente verwendeten Winkel. Je nach Anordnung der radialen Rohrstutzen im Behälter können die Winkel unterschiedlich sein.
• Ebenso sind die zusätzlichen Rührvorrichtungen, die in den Rohrstutzen befestigt sind, nicht streng systematisch angeordnet. Isolierte Rohrstutzen oder Gruppen von genau angeordneten Rohrstutzen können damit ausgerüstet sein, während sämtliche anderen Rohrstutzen nicht damit versehen sind. Die Form der Vorrichtungen kann darüber hinaus von einem rohrförmigen Rührelement zum nächsten variieren.
• Bestimmte Trocknungsoperationen sind sehr speziell und erfordern besondere Bedingungen hinsichtlich der Qualität des austrocknenden Mittels, der Behandlungstemperatur und sogar des Mittels für die Beaufschlagung mit der Strömung des austrocknenden Fluids. Es kann nützlich sein, das mittige hohle Leitungsrohr unabhängig von den anderen Leitungsrohren der Welle zu versorgen, derart, daß hier ein heißeres Fluid oder allgemeiner ein Fluid, das andere physikalische und/oder chemische Eigenschaften besitzt, eingeleitet wird. Wenn dies mit einer genauen Anordnung der Einströmöffnungen kombiniert wird, ist es möglich, ein besonderes Fluid je nach bestimmtem Durchsatz an einem genauen Ort einzuleiten, falls dies die Behandlung erfordert.
• Gemäß einer besonderen Ausführung erfolgt die Trocknung mit überhitztem Dampf entsprechend einer an sich bekannten Technik, die in diesem Gebiet bereits verwendet wird.
• Der Austausch, der im Trockner erfolgt, ermöglicht am Ausgang der Vorrichtung die Rückgewinnung des Was serdampfs, der beim Abbau der Überhitzung des eintretenden überhitzten Dampfs im Verlauf der Behandlung im Trockner erhalten wird, sowie des Wasserdampfs, der sich aus der Verdampfung des im Produkt enthaltenen Wassers ergibt.
• Es ist möglich, den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern, indem der durch die Verdampfung der im Produkt enthaltenen Feuchtigkeit erzeugte Wasserdampf erneut komprimiert wird. Dieser Dampf wird dann durch einen Kompressor behandelt, der dessen Temperatur auf einen Wert erhöht, der weit über demjenigen liegt, der für die Trocknung erforderlich ist. Der Dampf gibt dann seine Enthalpie in einem Tauscher des Typs Kondensator/Überhitzer ab, welcher den am Ausgang des Trockners rückgewonnenen Dampf erhitzt, der dann in diesen letzteren erneut eingeleitet wird.
• Für die Trocknung von feuchten Materialien weist der Einsatz des überhitzten Dampfs eine Reihe von Vorteilen auf:
• - Die Temperatur ist im allgemeinen höher als bei heißem Wasser. Daher wird der Wärmeübertragungskoeffizient stark erhöht, wobei die Ausfließgeschwindigkeit auf diesen Wert einen entscheidenden Einfluß hat, woraus sich umso mehr die Wichtigkeit der Konzeption ergibt;
• - die Übertragung des Stoffs erfolgt direkt ohne Durchgang durch einen inerten Gasfilm, wie dies z. B. für heiße Luft, die mit verdampftem Wasser in Kontakt ist, der Fall ist. Die Bewegung des Dampfs hängt nur von der Differenz zwischen den Partialdrücken dieser Bestandteile im Film und in den Poren des Materials
• - aus dem Trockner wird nur das während des Trocknungsprozesses verdampfte Wasser beseitigt, während der Dampf erneut eingeleitet wird;
• - der überhitzte Dampf ist bei der Trocknung von pulverigen Materialien, die nach der Kondensation des Dampfs getrennt und vollständig rückgewonnen werden können, sehr leistungsfähig.
• Der Austausch zwischen dem überhitzten Dampf und dem zu trocknenden Produkt erfolgt mit gekreuztem Strom mit Perkulation des Dampfes durch die Schicht des Produkts.
• Eine solche Anordnung ist außerdem wirtschaftlich und durch ihre günstige Wirkung auf die Umgebung sehr vorteilhaft.
• Sie benötigt zweimal weniger Primärenergie als die derzeitigen Produkte, woraus ein um die Hälfte reduzierter Energieverbrauch folgt.
• Es findet kein Ausstoß von gesättigtem Wasserdampf statt: Sämtliche Ausstöße werden kondensiert und in Form von Flüssigkeiten nach der Abkühlung ausgestoßen. Die thermischen Ausstöße sind ebenfalls zweimal kleiner bei herkömmlichen Anlagen, weil sie in den gleichen Verhältnissen wie die Primärenergie reduziert sind.
• Schließlich ist anzumerken, daß das Produkt nurmehr durch den Wasserdampf perkuliert, so daß Behandlungen ohne Sauerstoff möglich sind.
• Nun wird eine genauere Beschreibung der Trocknungsvorrichtung oder des Trockners gemäß der Erfindung mit Hilfe der beigefügten Figuren gegeben, in denen:
• - Fig. 1 ein Längsschnitt eines Beispiels für Trocknungsvorrichtungen gemäß der Erfindung ist;
• - Fig. 2 ein vereinfachter Querschnitt ist,
• - Fig. 3 die mögliche Orientierung der Einströmöffnungen in der zweiten Ebene zeigt,
• - Fig. 4 die gleiche Situation für die erste Ebene zeigt,
• - Fig. 5 zwei Typen von zusätzlichen Rührvorrichtungen zeigt, die an ihren radialen Rühr-Rohrstutzen angebracht sind,
• - Fig. 6 eine Abdeckmaske betrifft,
• - Fig. 7 eine Variante hiervon zeigt,
• - Fig. 8 eine Variante der Vorrichtung zeigt, die in der Welle ein mittiges hohles Leitungsrohr enthält,
• - Fig. 9 schematisch die Positionierung eines Rührers in einer Anordnung zeigt,
• - Fig. 10 eine Variante mit einer Welle mit zwei hohlen Leitungsrohren zeigt und
• - Fig. 11 eine Schema des Rückführungskreises des überhitzten Dampfes zeigt.
• Obwohl Fig. 1 nur ein Beispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, enthält sie dennoch die Basiselemente, die auch in Fig. 2 zu sehen sind.
• Der Behälter (1) ist mit Flanschen oder Abdeckungen (2, 3) versehen, in denen die Eingänge/Ausgänge in Form von Rohrstutzen (4, 5) ausgebildet sind. Der Ausgangsrohrstutzen (5) dient gleichzeitig dazu, das behandelte Material und das austrocknende Fluid abzuführen.
• Der drehende Rührer (6) enthält eine Welle, die aus vier zylindrischen hohlen Leitungsrohren (7) mit parallelen Achsen gebildet ist, welche in bezug auf die Achse des drehenden Rührers symmetrisch sind. Diese Leitungsrohre (7) enthalten jeweils eine Reihe von radialen Rührelementen (8), die von einer Reihe zur nächsten versetzt sein können. In der Umgebung der Innenwand (1a) des Behälters (1) enthalten die rohrförmigen Rührelemente (8) einen prismenförmigen Kopf (9), in dem eine Öffnung (10) ausgebildet ist.
• Diese Öffnung (10) erscheint in einer der Flächen des Kopfes (9), die zur Richtung der Drehbewegung senkrecht orientiert ist, genauer in der Fläche, die als hintere Fläche bezüglich der Drehrichtung qualifiziert werden kann (siehe vor allem Fig. 2).
• Das austrocknende Fluid wird am Eingang zunächst über einen rohrförmigen Eingang (11a) in eine Verteilerkammer (11) geschickt. Diese Kammer befindet sich in der axialen Verlängerung der Welle des drehenden Rührers (6) und enthält die Abdeckmaske (12), die am Ende der Welle angeordnet ist. Das Fluid bewegt sich von der Kammer (11) über den Eingang (18) und nach einer eventuellen Filterung durch die Abdeckmaske (12) in die Welle, d. h. in die hohlen Leitungsrohre (7) der Welle.
• Anschließend entweicht das Fluid in die radialen Rohrstutzen (8), die mit einem der hohlen Leitungsrohre (7) in Verbindung stehen, und tritt in den Behälter (1) durch die Öffnungen (10) aus, die sich in den prismenförmigen Köpfen (9) befinden. In dieser Konfiguration wird das austrocknende Fluid darüber hinaus mittels fester Leitungsrohre (13) und (14) in den Behälter (1) eingeleitet, um die Trocknungswirkung mittels der mittigen Strömung zu erhöhen.
• Fig. 2 präzisiert die gewählte Form für die Elemente des drehenden Rührers (6). Andere Konfigurationen sind selbstverständlich möglich. Somit können die transversalen Profile der Leitungsrohre (7) quadratisch, rechtekkig, oval usw. sein. Ebenso können die rohrförmigen Rührelemente (8) mit einem anderen Profil entworfen sein, geradlinig oder gekrümmt sein, schräg in bezug auf die Welle sein usw. Ebenso kann die Form der Öffnungen Veränderungen unterliegen.
• Die Innenwand (1a) des Behälters (1) ist mit festen Teilen (15) versehen, deren Funktion hier im wesentlichen die Zerkleinerung des Materials ist, obwohl sie auch die Dynamik des Fluids im Behälter beeinflussen. Gemäß einer Variante könnten diese Teile hohl sein und mit dem Heizmantel (16) verbunden sein, der als Mittel für die zusätzliche Heizung dient.
• In Fig. 1 ist ein Beispiel der zusätzlichen Mischvorrichtung (15) dargestellt, die sich auf der vorderen Fläche (in Bewegungsrichtung) des Kopfes (9) eines rohrförmigen Elements (8) befindet: Eine weitere Veranschaulichung dieser zusätzlichen Elemente (17) erfolgt in Fig. 5 im Längsschnitt.
• Fig. 3 zeigt die Anordnung des Winkels β. Wenn die Drehrichtung durch V dargestellt ist, sind die verschiedenen Werte, die von β angenommen werden können, zwischen 45º und 315º zu erkennen. β ist zur Richtung der Bewegung niemals parallel und nimmt niemals einen rechten Winkel an, wovon diese Richtung die Winkelhalbierende ist. In der Figur besitzt β einen Wert von ungefähr 135º, wobei dieser Wert entsprechend dem zu behandelnden Material und den Forderungen aufgrund der Architektur der übrigen Konfigurationen des Behälters (1) gesteuert wird.
• Fig. 4 zeigt die Anordnung des Winkels γ. Dieser liegt zwischen einem Wert von 30º, der zu einer im allgemeinen zur Welle orientierten Öffnung (9) äquivalent ist, und einem Wert von 120º, für den die Orientierung der Öffnung (9) zur Achse des Rohrstutzens (8) im wesentlichen senkrecht ist.
• Fig. 5 zeigt zwei Typen von zusätzlichen Rührvorrichtungen (17). In den zwei Fällen sind diese Vorrichtungen aus zwei ebenen, dünnen Plättchen aufgebaut, die untereinander einen Winkel δ bilden, ohne daß dies eine unantastbare Regel wäre. Die Anforderungen können nämlich mit vielen verschiedenen Formen von zusätzlichen Rührern erfüllt werden.
• Die erste enthält zwei Plättchen (19, 20), die einen Winkel δ bilden, der ungefähr gleich 120º ist, während in der zweiten die Plättchen (21, 22) einen Winkel δ von nahezu 180º bilden, Der Winkel ε zwischen den Plättchen (19; 21), das sich am nähesten an der Innenwand (1a) befindet, und der Tangente an die Wand (1) in einem Schnittpunkt der Geraden (D; D¹), die das Plättchen (19; 21) verlängert, mit der Wand (1a) ist in den zwei Fällen im wesentlichen gleich und beträgt ungefähr 30º.
• In den zwei Fällen ist diese zusätzliche Vorrichtung (17) an der vorderen Fläche (in Bewegungsrichtung V) befestigt, obwohl dies indirekt ist, was das Plättchen (22) betrifft.
• Eine mögliche Positionierung und eine mögliche Form der Abdeckmaske (12) sind in den folgenden Figuren zu sehen, die ebenfalls auf eine Konfiguration mit vier hohlen Leitungsrohren (7) angewendet werden.
• Im ersten Fall (Fig. 6) ist die Abdeckmaske ein Vollkreissektor, aus dem ein Kranzabschnitt (23) ausgeschnitten ist. In der Darstellungsebene ist die Abdeckmaske (12) fest, während die hohlen Leitungsrohre (7) in Drehrichtung längs V beweglich sind. Sie kann für eine abwechselnde, geradelinige Bewegung, die in der (nicht gezeigten) dritten Dimension stattfindet, beweglich gemacht werden.
• Im zweiten Fall (Fig. 7) ist die Abdeckung geometrisch etwas unterschiedlich und einem vollständig geschlossenen Kreissektor sehr ähnlich. Der geschlossene Sektor deckt wie im vorhergehenden Fall einen Winkel von ungefähr 90º ab. Sein Gegenstück in der Scheibe ist ein ausgeschnittener Kranzabschnitt (24). Ein einfacher Vollkreissektor wäre damit äquivalent. Die gleiche Bemerkung wie oben bezüglich der Beweglichkeit der Abdeckmaske ist gültig.
• Die Abdeckmaske (12) kann mit dem Eingang (18) der hohlen Leitungsrohre (7) in Kontakt sein oder sich in einem geringen Abstand von diesem befinden.
• Fig. 8 zeigt schematisch die Variante mit einem mittigen hohlen Leitungsrohr (25) in der Mitte der peripheren Leitungsrohre (7). Die allgemeine Symmetrie des Systems wird berücksichtigt, weil diese mittige Welle (25) zur Welle des drehenden Rührers (6) koaxial ist.
• Das mittige Leitungsrohr (25) enthält wenigstens eine Öffnung (26), die direkt in den Behälter (1) mündet, und/oder wenigstens ein rohrförmiges Rührelement (8), das mit einer Einströmöffnung (27) versehen ist, die sich - in dieser Konfiguration - gegenüber der Innenwand (1a) des Behälters (1), d. h. in der Fläche des prismenförmigen Kopfes (9) gegenüber der Wand (1a) befindet.
• Eine Variante der zylindrischen Vorrichtung von Fig. 1 ist in Fig. 9 gezeigt, in der der Behälter die Form einer asymmetrischen Mulde (1) annimmt. In diesem Typ von Vorrichtung besitzen das austrocknende Mittel und das zu trocknende Material keinen gemeinsamen Ausgangsrohrstutzen. Das austrocknende Fluid entweicht durch die Rohrleitung (28), während das behandelte Material durch den Rohrstutzen (5) austritt.
• Fig. 10 zeigt einen weiteren besonderen Fall mit zwei hohlen Leitungsrohren (7) pro Welle. Der Nutzen dieser Figur besteht darin, schematisch den möglichen Lauf eines hohlen Leitungsrohrs zu zeigen, ohne daß dieses selbst teilweise verschlossen ist. In dieser Konfiguration mit zwei Leitungsrohren (7) beträgt der mögliche Winkelabstand bei Berücksichtigung des Vollkreissektors von ungefähr 90º, der durch die Abdeckung (12) gebildet wird, 195º. Darüber hinaus findet ein teilweiser und für einen kurzen Moment sogar ein vollständiger Verschluß statt.
• Im vorliegenden Fall endet der Verschluß in einem Querschnitt im direkten trigonometrischen Sinn entgegen dem Sinn von V zwischen den Winkelpositionen mit den Werten 135º und 230º. Die Anordnung der Abdeckmaske ist daher dazu vorgesehen, daß der Durchsatz des austrocknenden Fluids im unteren Teil des Behälters maximal und im oberen Teil des Volumens geringer oder sogar Null ist.
• Eine geringe Anderung dieser Position verändert die Durchsätze aus den Öffnungen, welche daher genauer in bestimmten Zonen des Behälters orientiert werden können. Eine solche Wahl hängt selbstverständlich von der Art und der Form des zu behandelnden Materials ab.
• Fig. 11 zeigt das Schema des Rückführungskreises für den überhitzten Dampf.
• Am Eingang des Trockners wird überhitzter Dampf mit einem Durchsatz Q, mit einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks und mit einer Temperatur von 140ºC oder mehr bereitgestellt.
• Die Trocknung hat zur Folge, daß am Ausgang der Vorrichtung (S) ein Durchsatz Q + q vorhanden ist, wobei q der Dampf in der Nähe der Sättigung ist, wobei die Gesamtheit auf eine Temperatur sehr nahe bei 100 ºC eingestellt ist und stets einen Druck in der Umgebung des Atmosphärendrucks besitzt.
• Der Durchsatz q wird aus dem Hauptkreis zu einem Kompressor (W) abgeleitet, der dessen Druck bis auf einen Wert erhöht, dessen entsprechende Temperatur die erneute Erhitzung des Dampfes ermöglicht.
• Dieser Durchsatz q verläuft durch den Kondensator/Überhitzer (C), wo seine Kondensation durch die von ihm abgegebene Wärme die Überhitzung des Durchsatzes Q des gesättigten Dampfes ermöglicht, der vom Hauptkreis kommt und ebenfalls in den Kondensator/Überhitzer (C) eintritt.
• Am Ausgang ist der Durchsatz Q des überhitzten Dampfs mit ungefähr 140 ºC und mit einem Druck, der im wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist, vorhanden, der erneut in den Trockner (S) eingeleitet wird.
• Der Zyklus kann erneut beginnen.
• Die Sättigung des Dampfs erfolgt bei Feuchtigkeitsgehalten bis zu 75 % des trockenen Stoffs sehr schnell, wobei die Trocknungszeit im Intervall [25 %, 75 %] angenähert dreimal schneller als mit Luft unter Normalbedingungen ist.
• In der Praxis erfolgt die Trocknung bei niedriger Temperatur und bei Abwesenheit von Sauerstoff, so daß die Brandgefahr nicht mehr besteht.
• Dieses System, das die erneute mechanische Komprimierung des Dampfs am Ausgang der Trocknungsvorrichtung verwendet, erlaubt die Rückgewinnung der latenten Wärme des verdampften Wassers und trägt aufgrund dieser Tatsache zu der weiter oben aufgeführten Wirtschaftlichkeit bei.
• Die Kosten werden dadurch weiter verringert, daß keine Gefahr mehr vorhanden ist, was sich aus der Verwendung von Wasserdampf mit niedriger Temperatur und der Nichtverwendung von Sauerstoff ergibt, weil beispielsweise die Versicherungsprämien wesentlich geringer sind.
• Der wirtschaftliche Vorteil, der sich aus der Kombination der Trocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit der Verwendung von überhitztem Dampf ergibt, erweist sich daher als besonders überzeugend.

Claims (23)

1. Vorrichtung zum Trocknen von gelösten, ungelösten, pastenartigen, in verschiedene Formen gestückelten oder pulvrigen Materialien mittels der Strömung eines austrocknenden Fluids, mit dem das zu trocknende Material konfrontiert wird, die aus einem geschlossenen Behälter (1) aufgebaut ist, der mit einem drehenden Rührer (6) versehen ist, der seinerseits eine Hohlwelle enthält, die mit mehreren hohlen Rührelementen (8) in Verbindung steht, welche radial verlaufen und mit Öffnungen (10) versehen sind, die das Einströmen des austrocknenden Fluids in den Behälter (1) über die Hohlwelle und die Rührelemente (8) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Hohlwelle angebrachten Rührelemente (8) die Form von Rohrstutzen besitzen, die sich bis zur Innenwand (1a) des Behälters (1) erstrecken, wovon die meisten hohl sind und an ihrem an die Wand (1a) angrenzenden Ende mit einer der Öffnungen (10) versehen sind, deren Achse in zwei zueinander senkrechten Ebenen zwischen zwei vorgegebenen Winkelpositionen orientierbar ist, wobei die erste dieser Ebenen zur Achse des Rührers (6) senkrecht ist und die zweite zur Achse des Rührers (6) parallel und zur Achse des Rohrstutzens (8) senkrecht ist.

2. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle aus wenigstens zwei hohlen Leitungsrohren (7) mit parallelen Achsen aufgebaut ist, die in bezug auf die Achse des drehenden Rührers (6) symmetrisch angeordnet sind und an denen die Rührelemente (8) angebracht sind.

3. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des austrocknenden Fluids, das sich durch jedes hohle Leitungsrohr (7) und durch die hier zusammenlaufenden hohlen Rohrstutzen (8) bewegt, durch eine Abdeckmaske (12) gesteuert wird, die sich am Ende der Welle befindet und deren Form derart ist, daß sie die Öffnung am Einlaß (18) des Leitungsrohrs (7) in Abhängigkeit von der Winkelposition des Leitungsrohrs (7) während der Drehbewegung der Welle mehr oder weniger vollständig verschließt, derart, daß das Leitungsrohr (7) und seine zugehörigen Rühr-Rohrstutzen (8) nur zwischen zwei vorgegebenen Winkelpositionen von dem austrocknenden Fluid durchströmt werden.

4. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmaske (12) die Form eines vollen Kreissektors besitzt.

5. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmaske (12) aus einem Vollkreissektor gebildet ist, in dem ein Kranzabschnitt (23) ausgeschnitten ist,

6. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmaske (12) eine Vollscheibenform besitzt, in der ein Kranzabschnitt (24) ausgeschnitten ist.

Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmaske (12) zu einer geradlinigen Hin- und Herbewegung längs einer zur Achse des drehenden Rührers (6) parallelen Achse angetrieben wird.

8. Trocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des geschlossenen Behälters (1), in dem sich das zu bearbeitende Material befindet, mit der Horizontalen einen Winkel bildet, der im Bereich von + 15º und - 15º liegt.

9. Trocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse jeder Öffnung (10) mit der Richtung, die zur Achse des Rührers (6) senkrecht ist, in der ersten Ebene liegt und durch den Schnittpunkt zwischen der Achse der Öffnung (10) und der zu dieser Öffnung senkrechten Oberfläche auf Höhe der Mündung der Öffnung in den Behälter, d.h. auf Höhe der der die Ränder der Öffnung verbindenden Oberfläche, verläuft, einen Winkel γ bildet, wobei γ im Bereich von 30º - 120º liegt.

10. Trocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse jeder Öffnung (10) mit dem Vektor, der die Bewegung (V) definiert, eine Winkel γ bildet, wobei γ im Bereich von 45º - 315º liegt.

11. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (8) an ihren an die Wand (1a) angrenzenden Enden prismenförmige Köpfe (9) besitzen, wobei die Einströmöffnung (10) im Kopf (9) ausgespart ist.

12. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohrstutzen (8) mit zusätzlichen Rührvorrichtungen (17) versehen sind, die aus zwei dünnen, ebenen Plättchen (19, 20; 21, 22) gebildet sind, die untereinander einen Winkel δ bilden, wobei die Richtung (D; D') des am nähesten an der Wand (1a) des Behälters (1) befindlichen Plättchens (19; 21) und die Tangente an die Wand im Schnittpunkt zwischen der Richtung und der Wand (1a) einen Winkel E bilden.

13. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Rührvorrichtungen (17) an den Köpfen (9) der Rohrstutzen (8) an der den Öffnungen (10) gegenüberliegenden Seite befestigt sind.

14. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel δ im Bereich von 10º - 165º liegt.

15. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ε im Bereich von 10º - 70º liegt.

16. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Rührers (6) ein mittiges, hohles Leitungsrohr (25) enthält, das zur Welle koaxial ist und mit wenigstens einer Öffnung (26) versehen ist, die in den Behälter (1) mündet.

17. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mittige, hohle Leitungsrohr (25) wenigstens ein rohrförmiges Rührelement (8) enthält, das seinerseits eine Öffnung (27) aufweist.

18. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) an seiner Innenwand (1a) Teile (15) aufweist, die zwischen den drehenden Teilen des Rührers (6) angeordnet sind und für eine zusätzliche Erwärmung und/oder Zerkleinerung und/oder Zerlegung des zu bearbeitenden Materials bestimmt sind.

19. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit einem zusätzlichen Heizmantel ausgestattet ist.

20. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel (16) mit dem mittigen, hohlen Leitungsrohr (25) der Welle über hohle Anschlußstutzen verbunden ist.

21. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Welle mit zwei in bezug auf die Achse des drehenden Rührers (6) symmetrischen, hohlen Leitungsrohren aufgebaut ist, wovon jedes mit mehreren rohrförmigen Rührelementen (8) mit Köpfen (9), in denen eine Öffnung (10) ausgespart ist, versehen ist, wobei die Abdeckmaske (12) von einem Vollkreissektor von ungefähr 90º gebildet ist, derart, daß der Winkelabstand, während dem die Leitungsrohre (7) von der Abdeckmaske (12) vollständig freigegeben werden, 195º beträgt.

22. Trocknungsvorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das austrocknende Fluid überhitzter Dampf ist.

23. Trocknungsvorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der überhitzte Dampf eine Temperatur von 140 ºC und einen Druck aufweist, der im wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist.