EP3553437A1 - Vorrichtung und verfahren zum trocknen, zerkleinern und abscheiden von trocknungsgut - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for drying organic and inorganic substances.
- Water separation is often the last step in producing a large number of products.
- the liquid is often sprayed as finely as possible in mechanical, thermal and combined methods of comminution of the liquid droplets or particles.
- electrostatic induction allows the inventive device already during the spraying process, the stable unipolar charge of dispersed aerosol phase, so the smallest liquid drop, over the entire volume.
- this property arises directly during the mechanical knocking out of liquid droplets from the wet material.
- the invention first relates to a process for removing one or more liquids (drying) from various organic and inorganic substances during the comminution of the respective particles by converting most of one or more liquids into aerosol, vapor or mist (further named as aerosol ).
- the invention aims to show a new method of removing liquids from the materials described in the cited specialist sources and at the same time to offer a technical device for carrying out the method.
- the literature describes a number of different traditional drying systems which primarily contain various ways of supplying energy to the material from which the liquid is to be evaporated.
- the large number of methods to be used is based on the types of substances and liquids, particle sizes and the thermodynamic assessments of material behavior during the process.
- It consists of a housing, a rotating shaft, on which the knives and a perforated heated baffle plate are attached.
- the inventive solution proposed here comes the device according to the patent "Device and method for comminution” (patent number: US 6,024,307 , Date of patent: Feb. 15, 2000), where the pre-shredded substances are returned to the grinding chamber by means of a bow deflector and the fine particles are carried away by the air flow.
- the subject of the present invention is a process for drying, grinding and separating such and similar substances by means of drying processes which are far less energy intensive than conventional processes and in which the liquid is not evaporated but removed by conversion to aerosol.
- the municipal sludge has e.g. a temperature of 20 ° C and usually contains up to 25% dry matter and 75% water.
- the actual energy consumption can exceed the calculated value by three times or more.
- the resulting drop size which ranges between 0.01 ⁇ m and 10 ⁇ m, is crucial.
- the energy required for droplet formation can be assumed to be equal to the energy of the surface tension of the entire surface between water and air.
- drying substances are almost always a heterogeneous mass, which may consist of a number of different substances as well as of one or more different types of liquids, although usually this mass consists predominantly of water.
- liquids in such mixtures can consist of both freely mobile liquid and of the liquid bound by physical compounds in substances, these compounds being expressed mainly by the capillary forces.
- the vapor pressure must overcome the capillary pressure, which increases proportionally to the reduction in the porous structure.
- thermodynamic values of the substances deteriorate during the process.
- drying, grinding and deposition in a closed process according to the invention initially a kinetic and electromagnetic influence of the z.T. porous input material through an intensive vortex formation, which is quickly achieved locally to the required extent.
- the peculiarity of the present invention is to enable drying, milling, and weight-dependent separation and classification simultaneously in a single device.
- the device according to the invention consisting inter alia of a housing 3, 19 and a rotating shaft 14 with a disk attached thereto from para or diamagnetic material 11 and kinetic energy for dispersion of the material in an electric or electromagnetic field with a controllable intensity in the range of 10 3 V / m to 10 6 V / m, with simultaneous induction heating of the dispersion medium and the dispersion phase in an alternating magnetic field with a frequency of 500 to 12000 Hz used with simultaneous removal of particles of higher specific gravity.
- Induction heating by eddy currents is ensured by the use of alternating polarity permanent magnets 16 which are fixed to the lower housing part 19 under the rotating disc of diamagnetic material and may have different geometrical shapes, for example a prism.
- the technical result provided by the above set of features is the possibility of controlled conductive and convective heating of the dispersed medium and the dispersion phase, with simultaneous segregation and separation.
- the wet input material with individual elements in a size up to 100 mm is conveyed by means of a feed device and lock closure 25 in the grinding chamber 24, where it is ground by the kinetic energy impact of the rotating and immovable grinding components 7, 9, 20, 21 and through the convective and conductive electrostatic drying is drained.
- a unipolar induction charge of the aerosol is effected by an electric or electromagnetic alternating field.
- a unipolar charged aerosol with an adjustable level of electrostatic charge is generated by inductive electrification.
- the required amount of energy is 300 to 400 kJ / liter.
- the technical result consists in the enlargement of the entire evaporation surface and the corresponding separation and separation of liquid or liquid mixture, which is then carried out in a device according to the invention for the combined drying, milling and deposition of organic and / or inorganic substances and mixtures thereof, the said Processes as a result of grinding while simultaneously separating one or more liquids from solids in the form of aerosol come about.
- FIG. 1 illustrates in a graphic sequence, the comminution of a drop in a stream during electrification, which makes the inventive method to own.
- the process of water-aerosol phase transition occurs within about 10 milliseconds.
- FIG. 2 discloses the basic principle of the device according to the invention.
- the material input takes place through the connection piece for material feed 26 and further through the lock closure 25 into the drying and grinding chamber 24.
- the material is then ground by means of hammer plates 21 and the particles of the heterogeneous mixture are unipolarly charged by the rotor 23.
- the material is repeatedly beaten against the hollow plate 8 by the hammer plates 21, thereafter flowing through the stationary on the hollow plate 8 fixed baffle 20 therethrough, and bounces behind the baffle against the attached to the rotating disk 11 felling pins 9 again.
- the crushed material is thrown by the controllable air flow first against the hollow cone 8 and then over the Bogenabweiser 22 and returned to the grinding chamber.
- the crushed material is partially separated by means of air flow and the lighter particles are passed through it by the tangential fan 2, and heavy particles are carried out through the discharge port 5 to the outside.
- the tangential fan 2 rotates in the same direction as the rotor 23 and generates a controllable air pressure.
- the hollow plate 8 is fixed opposite the baffle plate 7 on the lower housing part 19 and has openings for heat carrier supply.
- the adjusting screws 4 make it possible to regulate the volume of the process chamber 24 for drying and grinding, by raising and lowering the upper housing part 3.
- a method for the combined removal of one or more liquids (drying), grinding and deposition of organic and inorganic substances is based in particular on the use of kinetic energy for grinding substances with simultaneous conductive and convective heating of the resulting dispersion medium and the subsequent deposition of dehydrated products, which are then processed according to specific gravity.
- This method allows as a specific simultaneous separation and drying of substances with a greatly reduced energy consumption, compared with the previously known conventional methods for crushing, squeezing or / and evaporation of liquids and subsequent deposition of these substances in different physical states.
- An apparatus for combined drying, grinding and deposition of fabrics comprising a housing and a rotating shaft with a rotating disk mounted thereon and made of a para or diamagnetic material.
- one or more depositing liquids are transformed into aerosol, wherein in each case denser and / or heavier particles are separated and removed therefrom according to their specific weight.
- the inventive method is based in particular on the use of kinetic energy for grinding materials with simultaneous conductive and convective heating of the resulting dispersion medium and the subsequent deposition of dehydrated products.
- one or more liquids in the medium to be dried are converted into aerosol.
- the inventive method allows a simultaneous separation and drying with greatly reduced energy consumption.
- the inventive apparatus for combined drying, milling and deposition is one embodiment of an apparatus with which the aforementioned method can be carried out.
- It may consist of a housing and a rotating shaft with attached, rotating disc, which is made of a para or diamagnetic material, exist, but the provision of other parts is also possible alternatively.
- Electromagnetic field dispersed By kinetic and electromagnetic energy in the device various organic and inorganic substances in one Electromagnetic field dispersed, wherein the dispersion is simultaneously inductively heated by the eddy currents in an alternating magnetic field.
- the device consists of immovable and moving parts.
- the immovable part consists, among other things, of a housing with elements 3, 4, 5, 6, 8, 16, 17, 19, 22, 26, 27, 28 fastened thereto.
- the movable part consists inter alia of a shaft with all the elements 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 20, 21, 23 fastened thereon.
- the movable part is isolated from the immovable part by the dielectric disk 13.
- the charge is supplied via the contact plug 15 on the entire rotating part. The charge eventually flows into the body. Distance for the passage of a charge is anywhere from 2 to 4 mm.
- the electromagnetic field strength is regulated by applying a voltage of the order of 1 to 50 kV and based on electromagnetic properties of processed media, automatically or in manual mode.
- the inventor has found that the described effects can occur and the desired field strengths can be adjusted when between the moving parts which rotate during the operation of the device and to which a high voltage in the range of 1 to 50 kV is applied, and the housing of the device, which may be grounded, a minimum distance in the range of 1 to 50 mm is present, preferably a minimum distance of 2-4 mm is present.
- the inventor For the processing of moist brown coal as a drying material in the device for drying and crushing of drying material, the inventor has given the above-described minimum distance of 2 - 4 mm an optimal operating point of the voltage, which as described above is applied to rotating parts of the device, in a range of about 24 kV to about 26 kV found.
- the inventor For the processing of wet sewage sludge as a drying material in the device for drying and crushing of drying material, the inventor has given the above minimum distance of 2-4 mm an optimal operating point of the voltage, which as described above is applied to rotating parts of the device, in a range of about 11 kV to about 15 kV found.
- a field application device may comprise at least one, a plurality or all of the shaft-mounted elements 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 20, 21, 23 (see list of reference numerals and figures) and optionally additionally or alternatively the shaft 14 ,
- a fluid drop which is present in the material to be dried can be a fluid comprising a suspension of liquids and solids.
- a fluid droplet may include, for example, suspended non-soluble or undissolved particles in wastewater, for example, typical suspended matter present in wastewater (eg feces, leftovers, paper and similar materials).
- a fluid drop which is present in the material to be dried may comprise a suspension of solid particles of the material to be dried (or of parts of the material to be dried which are already of a suitable size to form a suspension in a liquid) in a liquid portion of the material to be dried by the comminuting device 21 ,
- a fluid drop which is present in the material to be dried may also comprise only liquid portions of the material to be dried.
- a portion of the item to be dried may comprise (or be) a fluid drop, a particle or the like, but the portion of the item to be dried may also be a volume portion in which the item to be dried is located, preferably the volume portion having a mean velocity therein entrained dried goods.
- a volume portion as a portion of the material to be dried is preferably set in motion by causing the material to be dried therein to be set in motion.
- the treatment of the materials may be carried out according to this method with the combined and preferably simultaneous action of kinetic energy and thermal energy and may be carried out in the electric or magnetic or electromagnetic field under the kinetic energy conversion of the rotor.
- a conversion of the energy of electrical and magnetic fields into thermal energy for contacting and convective heating of the material to be processed preferably with the use and effect of static fields of permanent magnets with a magnetic flux density of up to 1.4 T.
- High frequency currents can occur in the range of 1 KA to 100 KA and alternating magnetic fields with a frequency of 500 to 12000 Hz, preferably with a frequency of 500 to 2000 Hz, can be used.
- magnetic flux densities in the range of 1 to 10 T are proposed.
- the treatment of the materials may be carried out according to this method with the combined and preferably simultaneous action of kinetic energy and thermal energy and may be carried out in the electric or magnetic or electromagnetic field under the kinetic energy conversion of the rotor.
- a conversion of the energy of electrical and magnetic fields into thermal energy for contacting and convective heating of the material to be processed preferably with the use and effect of static fields of permanent magnets with a magnetic flux density of up to 1.4 T.
- High frequency currents can occur in the range of 1 KA to 100 KA and alternating magnetic fields with a frequency of 500 to 12000 Hz, preferably with a frequency of 500 to 2000 Hz, can be used.
- magnetic flux densities in the range of 1 to 10 T are proposed.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von organischen und anorganischen Stoffen.
- Das Abscheiden von Wasser ist oft die letzte Stufe bei der Herstellung einer großen Anzahl von Produkten.
- Dies ist meist die energieintensivste Stufe, die wesentlich die Herstellungskosten des Endprodukts bestimmt.
- Um die Effizienz der technologischen Prozesse zu steigern, wird oft die Flüssigkeit so fein wie möglich versprüht und zwar in mechanischen, thermischen und kombinierten Verfahren der Zerkleinerung der FlüssigkeitsTropfen bzw. Partikel.
- Bei jedem dieser Verfahren werden jeweilige Energieformen in die Oberflächenenergie der Flüssigkeitstropfen/Partikel transferiert.
- Es ist bekannt, dass beim Versprühen einer Leitflüssigkeit, das Aerosol immer kurzzeitig unipolar elektrisiert wird, was als Balloelektrizität und auch als Lenard-Effekt bezeichnet wird.
- Bei spontaner kurzzeitiger Aufladung sind die entstandenen Ladungen einzelner Tröpfchen relativ gering, weshalb eine vollständige unipolare Aufladung des gesamten Aerosolvolumens nicht möglich ist.
- Durch elektrostatische Induktion ermöglicht die erfinderische Vorrichtung schon während des Sprühvorgangs die stabile unipolare Aufladung der dispergierten Aerosolphase, also der kleinsten Flüssigkeitstropfen, über das gesamte Volumen.
- Bei erfindungsgemäßen Verfahren entsteht diese Eigenschaft direkt während des mechanischen Ausschlagens von Flüssigkeitstropfen aus dem nassen Material.
- Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur Entfernung von einer oder mehreren Flüssigkeiten (Trocknung) aus verschiedenen organischen und anorganischen Stoffen während der Zerkleinerung der jeweiligen Partikel durch Umwandlung des größten Teils einer oder mehreren Flüssigkeiten in Aerosol, Dampf oder Nebel (weiter als Aerosol benannt).
- Dabei wird der Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, insbesondere gegenüber der herkömmlichen thermischen Verdampfung derselben Flüssigkeiten, erheblich reduziert.
- Nach bisherigem Stand der Technik liegen allen bisher üblichen technischen Verfahren oder Prozessen zur Entfernung von Flüssigkeiten aus vorzerkleinerten Stoffen
- die mechanische Entfernung durch Zentrifugieren, Fällung, Abpressen oder/und
- Formen der thermischen Flüssigkeitsverdampfung aus diesem Stoff zugrunde.
- Die Erfindung hat zum Ziel, ein neues Verfahren der Entfernung von Flüssigkeiten aus den in den zitierten Fachquellen beschriebenen Stoffen aufzuzeigen und zugleich eine technische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzubieten.
- Es handelt sich hierbei um Stoffe, die spezifisch auf die beschriebene Weise getrocknet werden, nachdem ein Teil der Flüssigkeit auf vorn beschriebene, herkömmliche Weise bereits teilweise entfernt worden ist.
- In der Fachliteratur wird eine Anzahl verschiedener traditioneller Trocknungssysteme beschrieben, die in erster Linie verschiedene Arten der Zufuhr von Energie zum Stoff, aus dem die Flüssigkeit verdampft werden soll, enthalten.
- Die Vielzahl der anzuwendenden Methoden wird durch Stoff- und Flüssigkeitsarten, Partikelgrößen sowie durch die thermodynamischen Bewertungen des Stoffverhaltens während des Prozesses begründet.
- Der bisherige Stand der Technik beschreibt unter anderem folgende Verfahren, Prozesse und Anlagen:
- Infrarottrockner, wo die Energie in Form von Infrarotstrahlung hinzugefügt wird;
- verschiedene Arten von Tunnelöfen;
- Trockner, wo das Material in einem vertikalen Zylinder durch rotierende Gebläse und den Gegenstrom aus heißer Luft oder aus einem anderen erhitzten Gas getrocknet wird.
- Rotationstrocknung, wo die Energie mittels Flamme in den Trockner eingeblasen wird oder Heißblasverfahren, bei dem die Energie mittels verschiedener wärmeleitender Elemente (Rohre, Platten, etc.), in die sogenannten Öl- oder Dampftrockner eingebracht wird;
- Wirbelschichttrockner, die üblicherweise aus einem vertikalen Zylinder mit einem Gitter oder mit einer Lochplatte am Boden bestehen, durch die das erhitzte Gas eingeblasen wird, um das Material zu erhitzen und die Flüssigkeiten zu verdampfen;
- Die Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik sind in einer Reihe von Handbüchern, wie z.B. Perry's Chemical Engineering Handbook, ausführlich beschrieben.
- Aus dem bisherigen Stand der Technik ist eine Vorrichtung gemäß dem Patent «A kinetic energy drying device and drying method for sludge», (Patent number:
US 20,150,308,742 A1 . Date of patent: Okt. 29, 2015) bekannt. - Sie besteht aus einem Gehäuse, einer rotierenden Welle, auf der die Messer und eine perforierte beheizte Prallplatte befestigt sind.
- Die Nachteile dieser technischen Lösung sind: erhöhter Energieverbrauch aufgrund der Verwendung von Heizelementen und das Fehlen der Möglichkeit, während der Verarbeitung dichtere und/oder schwerere Partikel nach ihrem spezifischen Gewicht abzutrennen.
- Der hier vorgeschlagenen, erfinderischen Lösung kommt die Vorrichtung gemäß Patent "Device and method for comminution " (Patent number:
US 6,024,307 . Date of patent: Feb. 15, 2000) am nächsten, wo die vorzerkleinerten Stoffe mittels eines Bogenabweisers in die Mahlkammer zurückgeführt und die Feinpartikel durch den Luftstrom fortgetragen werden. - Die Nachteile dieser technischen Lösung bestehen in einer geringeren Trocknungsleistung und im Fehlen der Möglichkeit, die im Ergebnis erhaltenen Stoffe nach deren spezifischem Gewicht zu trennen.
- Das grundsätzliche Problem der benannten, traditionellen Methoden ist jedoch, dass durch den enormen Energieverbrauch beim Verdampfen von Flüssigkeiten das Endprodukt in der Regel preislich sehr hoch angesetzt werden muss, damit sich die Kosten der Trocknung amortisieren können.
- So existiert eine Reihe von verschiedenen Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen, für die das Trocknen bislang völlig unwirtschaftlich ist. Aber auch für diese Gemische wäre die Trocknung schon allein aus Gründen des Umweltschutzes von Nutzen.
- Solche Stoff-Flüssigkeits-Gemische sind beispielsweise:
- bewässerte und herkömmliche Torfe und Kohlen, einschließlich Braunkohle, im Prozess ihrer Vorbereitung zur Verbrennung einschließlich der Staubverbrennung,
- alle Flüssigkeit enthaltenden Filtrate aus Zentrifugen,
- verschiedene industrielle, biologische und chemische Abfälle und Schlämme, die bei der Ölraffination, Holzverarbeitung, in der Papier-, Lebensmittel- und Lederindustrie entstehen,
- erz- und nicht erzhaltige Mineralien, einschließlich solche Gemische mit hohem Feuchtigkeitsgehalt,
- Schlamm aus kommunalen oder industriellen Abwassersystemen und Kläranlagen,
- Abfälle aus Biogasanlagen,
- Gülle und Mist von Nutztieren und Vögeln.
- Die meisten dieser Stoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie als Abfall gelten und deshalb für traditionelle, teure Trocknungsverfahren mittels Verdampfung oft ökonomisch noch ungeeignet sind.
- Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet demnach ein Verfahren zum Trocknen, Mahlen und Abscheiden solcher und ähnlicher Stoffe mittels Trocknungsvorgängen, die weit weniger energieintensiv als herkömmliche Verfahren sind und bei denen die Flüssigkeit nicht verdampft, sondern durch Umwandlung in Aerosol entfernt wird.
- So beträgt z.B. der theoretische Energieverbrauch (bei Effizienzkoeffizient 100%) für das Aufheizen von 1 Liter Wasser von 20°C bis 100°C konkret 335 kJ = 0,093 kWh.
- (1) Der theoretische Energiebedarf bei Flüssigkeitsverdampfung wird durch folgende Gleichung beschreiben:
- Q - durch Flüssigkeit aufgenommene Wärme, J;
- m - Masse der Flüssigkeit, kg;
- C - spezifische Wärme der Flüssigkeit, J/cal°;
- Δt - Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur und der Anfangstemperatur der Flüssigkeit.
- h2 - Dampfenthalpie bei der Verdampfungstemperatur;
- h1 - Wasserenthalpie bei der Vorlauftemperatur, d.h. die Temperatur des Wassers bei der das Wasser und die Feststoffe in den Prozess eingeleitet werden,
- k - Prozessverluste.
- (2) Der theoretische Energieverbrauch (bei einem Effizienzgrad von 100%) für die Verdampfung von 1 Liter Wasser mit Temperatur 100°C beträgt 2300 kJ = 0,639 kWh.
Der gesamte Energieverbrauch für thermische Trocknung und Verdampfung ergibt sich aus der Addition beider Verbräuche.
Der praktische Prozessverlustkoeffizient bei der Verdampfung von Wasser in Industrieanlagen, unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Verluste, beträgt meist 1,5; sodass für die Verdampfung von 1 Liter Wasser mit einer Bezugstemperatur von 20 °C - demnach 1,1 kWh/l Elektrizität benötigt werden. -
- xs - Gewichtsverhältnis von Feststoffen;
- cs - spezifische Wärme von Feststoffen;
- xv - Gewichtsverhältnis von Wasser.
- Wenn im Material mehrere unterschiedliche Feststoffe vorhanden sind, wird die Gleichung für jeden festen Bestandteil mit seinem geeigneten Gewichtsverhältnis und spezifischer Wärme angewendet.
- Als Beispiel kann man Berechnungen bezüglich des Kommunalschlamms nehmen, der im Standardverfahren mittels Zentrifugieren im Dekanter oder/und mittels Abpressen auf einer Bandpresse zum Teil entwässert wurde.
- Der Kommunalschlamm hat z.B. eine Temperatur von 20°C und enthält in der Regel bis zu 25% Trockensubstanz und 75% Wasser.
- Vorausgesetzt, dass bei thermischer Trocknung gilt:
- Δt = 100-20 = 80°C,
- cs = 1500 J / kg °C = 1,5 kJ / kg °C,
- h2 = 2676000 J / kg °C = 2676 kJ / kg °C und
- h1 = 83900 J / kg °C = 83,9 kJ / kg °C,
- Hinzu kommen Prozessverluste, die in der Größenordnung von mehreren Zehner-Prozenten oder mehreren Hunderten-Prozenten liegen können.
- Dabei kann der tatsächliche Energieverbrauch den Rechenwert um das Dreifache und mehr übersteigen.
- Wenn der Bedarf an Energie zur Umwandlung von Wasser in Aerosol-Partikel in Betracht gezogen werden soll, so ist die entstehende Tropfengröße, die im Bereich zwischen 0,01 µm und 10 µm liegt, entscheidend.
- Bei einer Durchschnittsgröße von (0,01 + 10) / 2 = 5 µm, kann ein Liter Wasser eine Tropfenmenge bilden, die die Gleichung N = V / dV beschreibt, wobei V das Volumen von einem Liter Wasser = 100.0003 µm3 und dV das Volumen von jedem Tropfen = d3π/ 6 sind.
- Dabei gilt: N = 100.0003•6/53 µm = 1,53•1013.
- Die zur Tropfenbildung erforderliche Energie, kann gleich der Energie der Oberflächenspannung der gesamten Oberfläche zwischen Wasser und Luft angenommen werden.
-
-
-
- Dies ist bezüglich der Größenordnung etwa 34.000 Mal weniger als der Energieverbrauch bei einer einfachen Wasserverdampfung.
- Die oben genannten trocknenden Stoffe sind fast immer eine heterogene Masse, die aus einer Anzahl verschiedener Stoffe sowie aus einer Art oder mehreren verschiedenen Arten von Flüssigkeiten bestehen kann, obwohl üblicherweise diese Masse überwiegend aus Wasser besteht.
- Es ist allgemein bekannt, dass die Flüssigkeiten in solchen Gemischen sowohl aus freibeweglicher Flüssigkeit als auch aus der durch physikalische Verbindungen in Substanzen gebundenen Flüssigkeit bestehen können, wobei sich diese Verbindungen hauptsächlich durch die Kapillarkräfte äußern.
- Um diese Kräfte in einem gewöhnlichen Trocknungsprozess zu überwinden, muss der Dampfdruck den Kapillardruck überwinden, der gegenüber der Reduzierung der porösen Struktur proportional ansteigt.
- Bei einem herkömmlichen Trocknungsverfahren wird dies erreicht, indem die Stoffe bei einer bestimmten Temperatur getrocknet werden, die die Überwindung des Kapillardrucks durch den Dampfdruck ermöglicht.
- Dabei werden in der Regel solche Temperaturen benötigt, welche die zur Verdampfung erforderliche Temperatur deutlich übersteigen.
- Ein weiterer Aspekt, der die rein thermische Trocknung beeinflusst, besteht darin, dass sich die thermodynamischen Werte der Stoffe während des Prozesses verschlechtern.
- Dies sollte wiederum durch die höheren Temperaturen und durch eine größere Heizfläche ausgeglichen werden, was zum thermischen Abbau und gegebenenfalls zu einer entsprechenden Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften sowie zu höheren Anlagen- und Betriebskosten führt.
- Um das technische Ergebnis der Erfindung: Trocknen, Mahlen und Abscheiden in einem geschlossenen Prozess erreichen zu können, erfolgt erfindungsgemäß anfänglich eine kinetische und elektromagnetische Beeinflussung des z.T. porösen Input-Materials durch eine intensive Wirbelbildung, die lokal im erforderlichen Umfang schnell erreicht wird.
- Dadurch wird sofort ein großes Spannungsgefälle der kinetischen Potentiale der daran beteiligten Teilchen erzeugt, die signifikante Wechselbeanspruchungen bis zu Hunderten von g erreichen.
- Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist es, in einer einzigen Vorrichtung das Trocknen, Mahlen, und die wichteabhängige Trennung und Klassifizierung gleichzeitig zu ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend unter anderem aus einem Gehäuse 3, 19 und einer rotierenden Welle 14 mit einer darauf befestigten Scheibe aus para- oder diamagnetischem Material 11 und kinetische Energie zur Dispersion des Materials in einem elektrischen oder elektromagnetischen Feld mit einer regulierbaren Stärke im Bereich von 103 V/m bis 106 V/m, bei gleichzeitiger Induktionserwärmung des Dispersionsmediums und die Dispersionsphase in einem magnetischen Wechselfeld mit einer Frequenz von 500 bis 12000 Hz bei gleichzeitiger Abtrennung von Partikeln mit höherem spezifischen Gewicht verwendet.
- Eine Induktionsheizung durch Wirbelströme wird durch die Verwendung von Permanentmagneten 16 wechselnder Polarität sichergestellt, die an dem unteren Gehäuseteil 19 unter der rotierenden Scheibe aus diamagnetischem Stoff befestigt sind und unterschiedliche geometrische Formen, zum Beispiel ein Prisma, haben können.
- Das technische Resultat, das durch die obige Gesamtheit der Merkmale gewährleistet wird, besteht in der Möglichkeit einer kontrollierten konduktiven und konvektiven Erwärmung des dispergierten Mediums und der Dispersionsphase bei gleichzeitiger Wichtescheidung und Abtrennung.
- Das nasse Input-Material mit einzelnen Elementen in einer Größe bis zu 100 mm wird mittels einer Vorschubvorrichtung und Schleusenverschluss 25 in die Mahlkammer 24 befördert, wo es durch die kinetische Stoßenergie der rotierenden und unbeweglichen Mahlbauteile 7, 9, 20, 21 zermahlen und durch die konvektive und konduktive elektrostatische Trocknung entwässert wird.
- Eine unipolare Induktionsladung des Aerosols erfolgt durch ein elektrisches oder elektromagnetisches Wechselfeld.
- Ein unipolar geladenes Aerosol mit einem einstellbaren Grad elektrostatischer Aufladung wird durch induktives Elektrisieren erzeugt.
- Bei einem starken unipolaren Grad elektrischer Ladung des Aerosols ist eine drastische Abnahme der mittleren Tropfengröße zu beobachten, was zu einer Zunahme der gesamten Verdampfungsoberfläche führt.
- Für einen Wasser-Aerosol-Phasenübergang beträgt daher die erforderliche Energiemenge 300 bis 400 kJ/Liter.
- Das technische Ergebnis besteht in der Vergrößerung der gesamten Verdampfungsoberfläche und dem entsprechenden Abtrennen und Abscheiden von Flüssigkeit oder Flüssigkeitsgemisch, die dann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kombinierten Trocknen, Mahlen und Abscheiden von organischen und/oder anorganischen Stoffen und deren Gemische durchgeführt wird, wobei die genannten Vorgänge infolge eines Zermahlens unter gleichzeitiger Abtrennung einer oder mehrerer Flüssigkeiten aus festen Stoffen in Form von Aerosol zustande kommen.
- Die Erfindung wird näher anhand der beigefügten Figuren beschreiben, wobei
-
Figur 1 . in zeichnerischer Abfolge die Zerkleinerung eines Tropfens in einem Strom beim Elektrisieren verdeutlicht, die sich das erfinderische Verfahren zu eigen macht; -
Figur 2 . das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart; und -
Figur 3 . eine Hohlplatte zeigt. -
Figur 1 . verdeutlicht in zeichnerischer Abfolge die Zerkleinerung eines Tropfens in einem Strom beim Elektrisieren, die sich das erfinderische Verfahren zu eigen macht. - Der Prozess der Wasser-Aerosol-Phasenübergang erfolgt innerhalb von ca. 10 Millisekunden.
- Die Fragmentierung eines Wassertropfens in einem elektromagnetischen Feld erfolgt aufgrund der Tatsache, dass die Abweichung der Tropfenform von der Kugelform ihren instabilen Zustand und die Abnahme der Oberflächenspannungskraft verursacht, was zu einer Zunahme der Verformung beiträgt und den Tropfen zum Zerfall bringt.
- Nach 1 ms. der anfängliche Tropfen hat eine sphärische Form.
- Nach 2 ms. unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes nimmt die Oberflächenspannungskraft stark ab, der Tropfen beginnt sich zu verformen und nimmt eine halbkugelförmige Gestalt an.
- Nach 3 ms. ein Ring mit einem Film in der Mitte wird gebildet.
- Nach 4 ms. der Film wird zu einer Blase verformt.
- Nach 5 ms. die Blase platzt nahe der Spitze.
- Nach 6 und 7 ms. gerissene Kanten des Films unter dem Einfluss von Restoberflächenspannungskräften werden an den Ring angezogen.
- Nach 8 und 9 ms. die Kanten des Films treffen den Ring.
- Nach 10 ms. der Ring zerfällt in eine Reihe von extrem kleinen Tröpfchen.
-
Figur 2 . offenbart das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung. - Die Materialeingabe erfolgt durch das Anschlussstück für Materialaufgabe 26 und weiter durch den Schleusenverschluss 25 in die Trocknungs- und Mahlkammer 24.
- Das Material wird dann mittels Hammerplatten 21 zermahlen und die Partikel des heterogenen Gemisches werden von dem Rotor 23 unipolar geladen.
- Während des Zermahlens wird das Material gegen die Hohlplatte 8 durch die Hammerplatten 21 wiederholt geschlagen, danach fließt es durch das auf der Hohlplatte 8 stationär befestigte Prallgitter 20 hindurch, und prallt hinter dem Prallgitter gegen die an der rotierenden Scheibe 11 befestigten Einschlagstifte 9 erneut auf.
- Durch die Drehzahl der Scheibe 11 und durch die Anzahl der Luftblasplatten 10 sowie derer Neigungswinkel können die durch Wirbelströme erzeugte Induktionsheizung und mit ihr entsprechend auch die benötigte Temperatur sowie die durch die Luftöffnung 17 einströmenden Luftmengen gesteuert werden.
- Die einströmende Luft bläst auf die aufgeheizte Scheibe 11, erwärmt sich und fördert über den Luftkanal 18 das durch die Hammerplatten 21 zerkleinerte Material.
- Das zerkleinerte Material wird durch den steuerbaren Luftstrom zuerst gegen den Hohlkegel 8 und dann über den Bogenabweiser 22 geschleudert und in die Mahlkammer zurückgeführt.
- Das zerkleinerte Material wird teilweise mittels Luftstroms separiert und die leichteren Teilchen werden davon durch das Tangentialgebläse 2, und schwere Teilchen werden durch die Austragsöffnung 5 nach außen befördert.
- Das Tangentialgebläse 2 dreht sich in die gleiche Richtung wie der Rotor 23 und erzeugt einen steuerbaren Luftdruck.
- Der Hohlplatte 8 ist gegenüber der Prallplatte 7 an unterem Gehäuseteil 19 befestigt und weist Öffnungen zur Wärmeträgerzufuhr auf.
- Die Einstellschrauben 4 ermöglichen die Regulierung des Volumens des Verfahrensraumes 24 zum Trocknen und Zermahlen, und zwar durch das Anheben und Absenken des oberen Gehäuseteils 3.
- Ein Verfahren zur kombinierten Entfernung einer oder mehrerer Flüssigkeiten (Trocknung), zum Mahlen und Abscheiden von organischen und anorganischen Stoffen basiert insbesondere auf der Verwendung kinetischer Energie zum Mahlen von Stoffen bei gleichzeitiger konduktiver und konvektiver Erwärmung des im Ergebnis erhaltenen Dispersionsmediums und der anschließenden Abscheidung dehydrierter Produkte, die dann je nach spezifischem Gewicht verarbeitet werden.
- Dabei erfolgt eine solche Weiterverarbeitung nicht durch Wärmezufuhr aus externer Quelle, sondern mittels kinetischer und elektromagnetischer Energie, die gleichzeitig das Trocknen, Mahlen und Abscheiden von verschiedenen organischen und anorganischen Stoffen, einschließlich Abfällen, bewirkt.
- Dies geschieht durch Verwandlung von einer oder mehreren Flüssigkeiten in Aerosol.
- Dieses Verfahren ermöglicht als Spezifik eine gleichzeitige Trennung und Trocknung von Stoffen mit einem stark reduzierten Energieverbrauch, verglichen mit den bisher bekannten herkömmlichen Verfahren zum Zerkleinern, Abpressen oder/und Verdampfen von Flüssigkeiten und anschließendem Abscheiden dieser Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen.
- Eine Vorrichtung zum kombinierten Trocknen, Mahlen und Abscheiden von Stoffen bestehend aus einem Gehäuse und einer rotierenden Welle mit darauf befestigter rotierender Scheibe, die aus einem para- oder diamagnetischem Material besteht. Durch die kinetische und elektromagnetische Energie werden in dieser Vorrichtung verschiedene organische und anorganische Stoffe in einem elektromagnetischen Feld dispergiert, wobei die Dispersion durch die Wirbelströme in einem magnetischen Wechselfeld gleichzeitig induktiv erhitzt wird.
- Dadurch werden eine oder mehrere sich abscheidende Flüssigkeiten in Aerosol verwandelt, wobei jeweils dichtere und/oder schwerere Partikel nach ihrem spezifischen Gewicht daraus abgetrennt und entfernt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren basiert insbesondere auf der Verwendung kinetischer Energie zum Mahlen von Stoffen bei gleichzeitiger konduktiver und konvektiver Erwärmung des im Ergebnis erhaltenen Dispersionsmediums und der anschließenden Abscheidung dehydrierter Produkte.
- Dabei erfolgt eine Weiterverarbeitung insbesondere nicht durch Wärmezufuhr aus externer Quelle, sondern mittels kinetischer und elektromagnetischer Energie, die gleichzeitig das Trocknen, Mahlen und Abscheiden von verschiedenen organischen und anorganischen Stoffen bewirkt.
- Verfahrenstechnisch werden dabei eine oder mehrere Flüssigkeiten im zu trocknenden Medium in Aerosol verwandelt.
- Verglichen mit bekannten Verfahren zum Zerkleinern, Abpressen oder/und Verdampfen von Flüssigkeiten und anschließendem Abscheiden dieser Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen ermöglicht das erfinderische Verfahren eine gleichzeitige Trennung und Trocknung bei stark reduziertem Energieverbrauch.
- Die erfinderische Vorrichtung zum kombinierten Trocknen, Mahlen und Abscheiden ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung, mit welcher das vorbenannte Verfahren durchgeführt werden kann.
- Sie kann aus einem Gehäuse und einer rotierenden Welle mit darauf befestigter, rotierender Scheibe, die aus einem para- oder diamagnetischem Material gefertigt ist, bestehen, das Vorsehen weiterer Teile ist jedoch auch alternativ möglich.
- Durch kinetische und elektromagnetische Energie werden in der Vorrichtung verschiedene organische und anorganische Stoffe in einem elektromagnetischen Feld dispergiert, wobei die Dispersion durch die Wirbelströme in einem magnetischen Wechselfeld gleichzeitig induktiv erhitzt wird.
- Dadurch werden sich abscheidende Flüssigkeiten in Aerosol verwandelt, wobei jeweils dichtere und/oder schwerere Partikel nach ihrem spezifischen Gewicht daraus abgetrennt und entfernt werden.
- Die Vorrichtung besteht aus unbeweglichen und beweglichen Teilen.
Der unbewegliche Teil besteht, unter anderem, aus einem Gehäuse mit daran befestigten Elementen 3, 4, 5, 6, 8, 16, 17, 19, 22, 26, 27, 28.
Der bewegliche Teil besteht, unter anderem, aus einer Welle mit allen darauf befestigten Elementen 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 20, 21, 23.
Der bewegliche Teil ist vom unbeweglichen Teil durch die dielektrische Scheibe 13 isoliert.
Die Ladung wird über den Kontaktstecker 15 an dem gesamten rotierenden Teil zugeführt.
Die Ladung fließt schließlich in den Körper.
Abstand für den Durchgang einer Ladung ist überall von 2 bis 4 mm. - Die elektromagnetische Feldstärke wird durch Anlegen einer Spannung in der Größenordnung von 1 bis 50 kV und ausgehend von elektromagnetischen Eigenschaften von verarbeiteten Medien, automatisch oder im manuellen Modus reguliert.
- Der Erfinder hat herausgefunden, dass die beschriebenen Effekte auftreten können, und die gewünschten Feldstärken eingestellt werden können, wenn zwischen den beweglichen Teilen, welche während des Betriebs der Vorrichtung rotieren, und an welchen eine Hochspannung im Bereich von 1 bis 50 kV angelegt wird, und dem Gehäuse der Vorrichtung, welches geerdet sein kann, ein Minimalabstand im Bereich von 1 bis 50 mm vorliegt, vorzugsweise ein Minimalabstand von 2 - 4 mm vorliegt.
- Für die Verarbeitung von feuchter Braunkohle als Trocknungsgut in der Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern von Trocknungsgut hat der Erfinder bei Vorliegen des oben beschriebenen Minimalabstandes von 2 - 4 mm einen optimalen Arbeitspunkt der Spannung, welche wie oben beschrieben an rotierenden Teilen der Vorrichtung angelegt wird, in einem Bereich von ca. 24 kV bis ca. 26 kV gefunden.
- Für die Verarbeitung von feuchtem Klärschlamm als Trocknungsgut in der Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern von Trocknungsgut hat der Erfinder bei Vorliegen des oben beschriebenen Minimalabstandes von 2 - 4 mm einen optimalen Arbeitspunkt der Spannung, welche wie oben beschrieben an rotierenden Teilen der Vorrichtung angelegt wird, in einem Bereich von ca. 11 kV bis ca. 15 kV gefunden.
- Diese Beispiele für die Bestimmung des Arbeitspunkts der Spannung bei gegebenem Trocknungsgut und bei gegebenem Minimalabstand sollen nicht den Gegenstand der Erfindung beschränken sondern zeigen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann.
- Wenn in der Anmeldung von einem elektromagnetischen Feld gesprochen wird, jedoch nur die elektrische Feldstärke angegeben wird, so ergibt sich die weitere Charakterisierung des elektromagnetischen Feldes bei bekanntem elektrischen Feld aus den Maxwellgleichungen, wobei die angegebene elektrische Feldstärke eine maximale elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes angeben kann.
- Eine Feldapplizierungsvorrichtung kann mindestens ein, eine Mehrzahl oder alle auf der Welle befestigten Elemente 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 20, 21, 23 (siehe Bezugszeichenliste und Figuren) und gegebenen falls zusätzlich oder alternativ die Welle 14 umfassen.
- Ein Fluidtropfen, welcher in dem Trocknungsgut vorliegt kann ein Fluid umfassen, welches eine Suspension aus Flüssigkeiten und Feststoffen umfasst. Bei Klärschlamm kann ein Fluidtropfen z.B. in Abwasser schwebende nicht lösliche oder noch nicht gelöste Teilchen, beispielsweise typische Schwebestoffe, welche in Abwasser vorkommen (z.B. Kot, Essensreste, Papier und ähnliche Stoffe) umfassen.
- Ebenso kann ein Fluidtropfen, welcher in dem Trocknungsgut vorliegt, eine Suspension von durch die Zerkleinerungsvorrichtung 21 zerkleinerten Festkörperanteilen des Trocknungsguts (oder von Teilen des Trocknungsguts, welche bereits eine geeignete Größe aufweisen, um eine Suspension in einer Flüssigkeit auszubilden) in einem Flüssigkeitsanteil des Trocknungsguts umfassen.
- Ein Fluidtropfen, welcher in dem Trocknungsgut vorliegt, kann jedoch auch nur Flüssigkeitsanteile des Trocknungsguts umfassen.
- Ein Bereich des Trocknungsguts kann ein Fluidtropfen, ein Partikel oder ähnliches umfassen (oder sein), es kann sich aber auch bei dem Bereich des Trocknungsguts um ein Volumenabschnitt handeln, in dem sich Trocknungsgut befindet, wobei vorzugsweise der Volumenabschnitt sich mit einer mittleren Geschwindigkeit des darin befindenden Trocknungsguts mitbewegt. Ein Volumenabschnitt als ein Bereich des Trocknungsguts wird vorzugsweise dadurch in Bewegung gesetzt, dass das darin befindliche Trocknungsgut in Bewegung gesetzt wird.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kombinierten Trocknen oder/und Mahlen oder/und Trennen von organischen oder/und anorganischen Materialien und deren Mischungen kann sich durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale, Parameter und Eigenschaften auszeichnen:
- eine hohe Dispersion,
- eine Intensivierung der Trocknung,
- Änderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften,
- innere - und Oberflächenenergie von Materialien.
- So kann eine Trennung der organischen oder/und anorganischen Materialien und deren Mischungen nach mechanischen, elektrophysikalischen und magnetischen Eigenschaften erhalten werden.
- Die Behandlung der Materialien kann gemäß diesem Verfahren mit der kombinierten und vorzugsweise gleichzeitigen Wirkung von kinetischer Energie und thermischer Energie erfolgen und kann im elektrischen oder magnetischen oder elektromagnetischen Feld unter der kinetischen Energieumwandlung des Rotors durchgeführt werden.
- Vorteilhaft kann eine Umwandlung der Energie elektrischer und magnetischer Felder in thermische Energie zur Kontaktierung und konvektiven Erwärmung des zu bearbeitenden Materials erfolgen, vorzugsweise mit dem Einsatz und der Wirkung statischer Felder von Permanentmagneten mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 1,4 T. Je nach Verfahrensführung können Hochfrequenzströme bis in den Bereich von 1 KA bis 100 KA auftreten und es können magnetische Wechselfelder mit einer Frequenz von 500 bis 12000 Hz, vorzugweise mit einer Frequenz von 500 bis 2000 Hz, eingesetzt werden. Hierzu werden magnetische Flussdichten im Bereich von 1 bis 10 T vorgeschlagen.
- Wichtige Aspekte der Erfindung können sich auf die folgenden Gegenstände beziehen, die hiermit offenbart werden:
- 1. Ein kombiniertes Verfahren zum Trocknen, Mahlen und Abscheiden von organischen und/oder anorganischen Stoffen und deren Gemische unter gleichzeitiger Anwendung von kinetischer und elektromagnetischer Energie, die diese Stoffe in der regulierbaren elektrischen oder elektromagnetischen Feldstärke von ca. 103 V/m bis 106 V/m dispergiert und eine oder mehrere Flüssigkeiten in der Form von Aerosol abtrennt.
- 2. Verfahren nach Gegenstand 1, das eine gleichzeitige Induktionserwärmung des Dispersionsmediums durch die Wirbelströme in einem magnetischen Wechselfeld der Frequenz 500 bis 12.000 Hz bewirkt.
- 3. Verfahren nach Gegenstand 1 oder 2, das eine gleichzeitige Entfernung von Partikeln mit höherem spezifischem Gewicht ermöglicht.
- 4. Verfahren nach einem der Gegenstände 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Wärmeträgers, darunter in Form von erhitzter Luft oder Gas, zur Erhöhung der Betriebstemperatur im Verfahrensabschnitt Trocknen, Mahlen, Abscheiden verwendet wird, wodurch der Wirkungsgrad des Prozesses der Verarbeitung von Stoffen, einschließlich der thermisch nicht zersetzbaren Stoffe, steigt.
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Gegenstand 1, bestehend aus (oder lediglich diese Elemente umfassend) einem Gehäuse mit einem unteren Gehäuseteil 19 und einem oberen Gehäuseteil 3, die einen Verfahrensraum 24 zur Durchführung des Verfahrens mit einem Einlass für Materialaufgabe 26, mit einer rotierenden Welle 14 und einer darauf befestigten Scheibe 11 aus para- oder diamagnetischem Material aufweist.
- 6. Vorrichtung nach Gegenstand 5, wobei die Scheibe 11 aus Para- oder Diamagnetikum durch eine dielektrische Scheibe 13 von der rotierenden Welle 14 isoliert ist, wobei die rotierende Welle 14 an ein regulierbares elektrisches oder elektromagnetisches Feld mit einer Potentialdifferenz von 1 bis 50 kV mittels eines Kontaktsteckers 15 angeschlossen ist.
- 7. Vorrichtung nach Gegenstand 5 oder 6, wobei am Gehäuse 19 unterhalb der rotierenden Scheibe 11 als Para- oder Diamagnetikum, Permanentmagnete 16 unterschiedlicher geometrische Form und wechselnder Polarität vorgesehen sind.
- 8. Vorrichtung nach Gegenstand 7, wobei die Permanentmagnete 16 unterschiedliche geometrische Formen, beispielsweise ein Prisma, aufweisen können und ihre räumliche Lage, insbesondere in Bezug auf den Abstand zur rotierenden Scheibe 11 aus Para- oder Diamagnetikum, einstellbar ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 5 bis 8, wobei auf der Unterseite der rotierenden Scheibe 11 aus para- oder diamagnetischem Material Luftblasplatten 10 befestigt sind.
- 10. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 5 bis 9, wobei am Bogenabweiser 22 eine Austragsöffnung 6 für schwerere Partikel vorgesehen ist.
- 11. Vorrichtung nach Gegenstand 10, wobei die Abtrennung von schweren homogenen Partikeln in Form eines Konzentrats diskret vom Bogenabweiser mittels eines Mechanismus 5 durch die Austragsöffnung 6 erfolgt.
- 12. Vorrichtung nach einem der Gegenstände 5 bis 11, wobei dem Hohlkegel 8 ein Wärmeträger in Form von erhitztem Luft oder Gas zugeführt wird.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kombinierten Trocknen oder/und Mahlen oder/und Trennen von organischen oder/und anorganischen Materialien und deren Mischungen kann sich durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale, Parameter und Eigenschaften auszeichnen:
- eine hohe Dispersion,
- eine Intensivierung der Trocknung,
- Änderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften,
- innere - und Oberflächenenergie von Materialien.
- So kann eine Trennung der organischen oder/und anorganischen Materialien und deren Mischungen nach mechanischen, elektrophysikalischen und magnetischen Eigenschaften erhalten werden.
- Die Behandlung der Materialien kann gemäß diesem Verfahren mit der kombinierten und vorzugsweise gleichzeitigen Wirkung von kinetischer Energie und thermischer Energie erfolgen und kann im elektrischen oder magnetischen oder elektromagnetischen Feld unter der kinetischen Energieumwandlung des Rotors durchgeführt werden.
- Vorteilhaft kann eine Umwandlung der Energie elektrischer und magnetischer Felder in thermische Energie zur Kontaktierung und konvektiven Erwärmung des zu bearbeitenden Materials erfolgen, vorzugsweise mit dem Einsatz und der Wirkung statischer Felder von Permanentmagneten mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 1,4 T. Je nach Verfahrensführung können Hochfrequenzströme bis in den Bereich von 1 KA bis 100 KA auftreten und es können magnetische Wechselfelder mit einer Frequenz von 500 bis 12000 Hz, vorzugweise mit einer Frequenz von 500 bis 2000 Hz, eingesetzt werden. Hierzu werden magnetische Flussdichten im Bereich von 1 bis 10 T vorgeschlagen.
-
- 1 Antriebswelle für Tangentialgebläse
- 2 Tangentialgebläse
- 3 Oberer Gehäuseteil
- 4 Einstellschrauben
- 5 Abtrennungsmechanismus für schwerere Partikel
- 6 Austragsöffnung für schwerere Partikel
- 7 Prallplatten
- 8 Hohlplatte mit einem Einlass für Materialaufgabe
- 9 Einschlagstifte
- 10 Luftblasplatten
- 11 Scheibe aus Para- oder Diamagnetikum
- 12 Luftöffnungen
- 13 Dielektrische Scheibe
- 14 Rotierende Welle
- 15 Kontaktstecker
- 16 Permanentmagnet
- 17 Luftöffnung
- 18 Luftkanal
- 19 Unterer Gehäuseteil
- 20 Prallgitter
- 21 Hammerplatten
- 22 Bogenabweiser
- 23 Rotor
- 24 Verfahrensraum
- 25 Schleusenverschluss
- 26 Materialaufgabe
- 27 Dampfluftgemisch-Auslassöffnung
- 28 Gehäuse der Lagerungseinheit des Tangentialgebläses
- 29 Befestigungsloch
Claims (12)
- Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern von Trocknungsgut, vorzugsweise von organischen oder/und anorganischen Stoffen oder/und deren Gemischen, umfassend:einen Verfahrensraum (24), welcher durch ein Gehäuse der Vorrichtung definiert sein kann; undeine in dem Verfahrensraum (24) angeordnete Zerkleinerungsvorrichtung (21), welche dafür eingerichtet ist, in den Verfahrensraum (24) eingebrachtes Trocknungsgut unter Anwendung von kinetischer Energie zu zerkleinern;gekennzeichnet durcheine Feldapplizierungsvorrichtung für ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld, welche dafür eingerichtet ist, ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld zumindest lokal innerhalb des Verfahrensraums (24) mit einer elektrischen Feldstärke zu erzeugen, welche geeignet ist, um eine Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform eines in dem Trocknungsgut vorliegenden Fluidtropfens zu induzieren, wobei die Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform geeignet ist, eine Fragmentierung des Fluidtropfens auszulösen, um eine oder mehrere Flüssigkeiten in der Form von Aerosol abzutrennen,wobei die Vorrichtung dafür eingerichtet sein kann, dass zumindest jeweilige Abschnitte des Trocknungsguts gleichzeitig eine Wechselwirkung mit der Zerkleinerungsvorrichtung (21) und dem elektrischen oder elektromagnetischen Feld erfahren,wobei die Vorrichtung dafür eingerichtet sein kann, dass die elektrische Feldstärke des elektrischen oder elektromagnetischen Felds regulierbar ist,wobei die elektrische Feldstärke, welche geeignet ist, eine Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform eines in dem Trocknungsgut vorliegenden Fluidtropfens zu induzieren, wobei die Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform geeignet ist, eine Fragmentierung des Fluidtropfens auszulösen, vorzugsweise in dem Bereich von 103 V/m bis 106 V/m liegt;wobei vorzugsweise die Vorrichtung dafür eingerichtet ist, das Trocknungsgut in dem Verfahrensraum (24) zu dispergieren.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld, welche dafür eingerichtet ist, dass ein Bereich des Trocknungsguts einem Magnetfeld ausgesetzt wird, welches von dem Bereich des Trocknungsguts aus betrachtet ein lokales magnetisches Wechselfeld ist oder/und durch welches sich der Bereich des Trocknungsguts bewegt,
wobei der Bereich des Trocknungsguts dem magnetischen Feld ausgesetzt wird, um in dem Abschnitt des Trocknungsguts durch Erzeugung von Wirbelströmen eine Induktionserwärmung zu erzeugen. - Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend:ein Gehäuse (19);wobei die Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld ortsfest bezüglich des Gehäuses (19) angeordnet ist, und dafür eingerichtet ist, ein statisches Magnetfeld in dem Verfahrensraum (24) zu erzeugen, wobei das Magnetfeld vorzugsweise inhomogen ist;wobei die Zerkleinerungsvorrichtung (21) dafür eingerichtet ist, den Bereich des Trocknungsguts in eine Relativbewegung, vorzugsweise in einer Form einer Rotation, relativ zu der Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld zu versetzen, sodass die Induktionserwärmung durch die Relativbewegung des Bereichs des Trocknungsguts durch das Magnetfeld erzeugt wird;wobei vorzugsweise die Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld eine Mehrzahl von Permanentmagneten (16) umfasst,wobei vorzugsweise mindestens zwei, oder alle, benachbarten Permanentmagneten (16) mit jeweils wechselnder Polarität angeordnet sind,wobei vorzugsweise mindestens zwei Permanentmagnete (16) mit unterschiedlicher geometrische Form ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend:eine in Rotation versetzbare Welle (14), welche dafür eingerichtet ist, die Feldapplizierungsvorrichtung für ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld zu tragen, welche drehfest mit der Welle (14) verbunden ist,wobei die Welle (14) dafür eingerichtet ist, an der Feldapplizierungsvorrichtung eine Potentialdifferenz gegenüber dem Gehäuse (19) im Bereich von 1 bis 50 kV anzulegen, undwobei vorzugsweise die Welle (14) dafür eingerichtet ist, die Zerkleinerungsvorrichtung (21) anzutreiben.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei zwischen der Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld und dem Verfahrensraum (24) eine Scheibe (11) aus Para- oder Diamagnetikum an der Welle (14) angeordnet ist, welche vorzugsweise gegenüber der Welle (14) isoliert ist, insbesondere durch eine dielektrische Scheibe (13) isoliert ist.
- Vorrichtung nach oder Anspruch 3 und einen der Ansprüche 4 oder 5, wobei eine räumliche Lage der Feldapplizierungsvorrichtung für ein Magnetfeld, bevorzugt eine räumliche Lage mindestens eines oder einer Mehrzahl oder aller Permanentmagneten (16), insbesondere in Bezug auf einen Abstand zur Scheibe (11), veränderbar oder/und einstellbar ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner
eine Heizmediumzuführungsvorrichtung (17) umfasst, welche dafür eingerichtet ist, dem Verfahrensraum (24) ein Heizmedium, z.B. erhitzte Luft oder ein erhitztes Gas, zuzuführen, oder/und
mindestens eine, bevorzugt eine Mehrzahl an Medium-Blasplatten oder an Luftblasplatten (10) umfasst, welche vorzugsweise drehfest mit der Welle (14) angeordnet sind, insbesondere drehfest an der Scheibe (11) befestigt sind. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner eine Abgabevorrichtung umfasst, um getrocknetes Trocknungsgut abzugeben,
wobei die Abgabevorrichtung vorzugsweise eine Austragsöffnung (6) in einem Bogenabweiser (22) der Vorrichtung umfasst, um schwerere Partikel des Trocknungsguts abzugeben, wobei der Bogenabweiser (22) vorzugsweise dafür eingerichtet ist, Trocknungsgut in Richtung der Zerkleinerungsvorrichtung (21) zu lenken;
wobei vorzugsweise an der Austragsöffnung (6) ein Mechanismus (5) der Vorrichtung vorgesehen ist, um die schwereren Partikel des Trocknungsguts aus der Vorrichtung abzugeben. - Verfahren zum Trocknen und Zerkleinern von Trocknungsgut, vorzugsweise von organischen oder/und anorganischen Stoffen oder/und deren Gemischen, folgende Schritte umfassend:- Einbringen des Trocknungsguts in einen Verfahrensraum (24);- Zerkleinern des Trocknungsguts in dem Verfahrensraum (24) unter Anwendung von kinetischer Energie;gekennzeichnet durch
Applizieren eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes an dem Trocknungsgut, vorzugsweise während des Schrittes des Zerkleinerns des Trocknungsguts, um eine oder mehrere Flüssigkeiten in der Form von Aerosol abzutrennen,- wobei das elektrische oder elektromagnetische Feld zumindest lokal innerhalb des Verfahrensraums (24) eine elektrische Feldstärke aufweist, welche geeignet ist, um eine Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform eines in dem Trocknungsgut vorliegenden Fluidtropfens zu induzieren,- wobei die Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform geeignet ist, eine Fragmentierung des Fluidtropfens auszulösen, um eine oder mehrere Flüssigkeiten in der Form von Aerosol abzutrennen,wobei zumindest jeweilige Abschnitte des Trocknungsguts gleichzeitig eine Wechselwirkung mit der Zerkleinerungsvorrichtung (21) und dem elektrischen oder elektromagnetischen Feld erfahren können,
wobei die elektrische Feldstärke des elektrischen oder elektromagnetischen Felds vorzugsweise reguliert werden kann,
wobei die elektrische Feldstärke, welche geeignet ist, eine Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform eines in dem Trocknungsgut vorliegenden Fluidtropfens zu induzieren,
wobei die Abweichung einer Tropfenform von einer Kugelform geeignet ist, eine Fragmentierung des Fluidtropfens auszulösen, vorzugsweise in dem Bereich von 103 V/m bis 106 V/m liegt;
wobei vorzugsweise das Verfahren einen Schritt eines Dispergierens des Trocknungsguts in dem Verfahrensraum (24) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend einen Schritt eines
Applizierens an einem Bereich des Trocknungsguts eines magnetischen Feldes, um in diesem oder einem Abschnitt des Trocknungsguts durch Erzeugung von Wirbelströmen eine Induktionserwärmung zu erzeugen,
wobei vorzugsweise das Magnetfeld von dem Bereich des Trocknungsguts aus betrachtet ein lokales magnetisches Wechselfeld ist, welches vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von 500 bis 12.000 Hz aufweist; und/oder
wobei der Bereich des Trocknungsguts durch das Magnetfeld bewegt wird. - Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend einen Schritt eines
Einbringens eines Heizmediums, z.B. erhitzter Luft oder eines erhitzten Gases, in den Verfahrensraum (24). - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend einen Schritt eines
Entfernens von Partikeln mit höherem spezifischem Gewicht, vorzugsweise während mindestens eines, vorzugsweise aller Schritte des Verfahrens.
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