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Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Trocknung feinteiliger Feststoffe Es ist bekannt, feinteilige oder pulverförmige Stoffe durch Verdampfen der anhaftenden Flüssigkeit mit Hilfe der sogenannten Stromtrocknung zu trocknen. Bei dieser Arbeitsweise, die sich gegenüber sonstigen Trocknungsverfahren besonders bewährt hat, wird das feuchte Gut einem Strom von vorher erwärmtem Gas oder überhitztem Dampf zugemischt und mit diesem durch ein langes Rohr von unten nach oben geführt. Die zum Trocknen erforderliche Wärme für die Verdampfung der Flüssigkeit und Aufwärmung des Feststoffes wird im allgemeinen von der fühlbaren Wärme des vorher erhitzten Gases geliefert.
Das Verfahren weist jedoch nicht unerhebliche technische Mängel auf. So muss eine relativ hohe Gasgeschwindigkeit angewandt werden, um den pneumatischen Transport auch gröberer Teilchen sicherzustellen, und ausserdem der besonders bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit bestehenden Gefahr der Verkrustung der Rohrwände der Apparatur, die bei feuchten Pulvern meist gegeben ist, zu begegnen. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit bedingt entsprechend lange Rohre, um die für die Trocknung erforderliche Aufenthaltszeit zu gewährleisten.
Der im wesentlichen geradlinige pneumatische Feststofftransport bedeutet ferner, dass eine etwaige Wärmeübertragung von der Rohrwandung auf den Feststoff hauptsächlich über das Trägergas erfolgen muss, wodurch sich relativ niedrige Wärmeübertra- gungszahlen ergeben. Die durch die Rohrwand zuzuführende Wärmemenge ist deshalb gering und die Trocknungsgeschwindigkeit für die einzelnen Partikel je nachdem, ob sie im Innern des Rohres oder am Rande strömen, sehr unterschiedlich, so dass der erforderliche Aufwand vielfach nicht lohnend ist.
Dies ist besonders für die wärmeempfindlichen Stoffe ein Nachteil, weil bei diesen, um eine Schädigung des Gutes zu vermeiden, die Trocknungstemperaturen und damit die Trocknungsleistung pro Einheit der Gasmenge beschränkt bleiben müssen. Nachteilig ist ferner, dass beim üblichen, mehr oder weniger geradlinigen pneumatischen Transport der Feststoff in ausgeprägten, oft intensiv geballten Strähnen innerhalb der Trägergasmasse strömt. Dies ist dem gleichmässigen Trocknungsverlauf hinderlich und bringt sowohl eine Verlängerung der Trocknungszeit als auch die Gefahr der L7berhitzung der vorweg getrockneten Partikel mit sich.
Die geschilderten Nachteile der bekannten Stromtrockner können nach dem erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden. Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Trocknung von feinteiligen Feststoffen mit Hilfe eines warmen Gasstromes in einem Trocknungs- rohr, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass das Feststoff-Gas-Gemisch in schrauben- linienförmigen Bahnen geführt wird bei gleichzeitiger Wärmezufuhr durch die Rohrwand.
Auf diese Weise wird erreicht, dass trotz einer Gasgeschwindigkeit, die zur Vermeidung von Verkrustungen und zum sicheren Transport auch gröberer Teilchen ausreicht, ein relativ kurzes Rohr verwendet werden kann, so dass schon bei kleinen Rohrlängen erhebliche Trocknungsleistun- gen möglich sind. Ferner werden die Feststoffteilchen dabei infolge der Zentrifugalkraft an die Wand getrieben und bewegen sich hier in einem Schleier an der Wand entlang. Es ist also möglich, durch Beheizen der Rohrwände während des Trocknungsvor- ganges laufend Wärme zuzuführen.
Dadurch, dass das Gut trotz geringem Gesamttrockengas und ge-
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ring er linearer Strömungsgeschwindigkeit in Achsrichtung mit relativ grosser Geschwindigkeit an der Wand entlanggleitet, ergeben sich im Vergleich zu dem bekannten Verfahren ausserordentlich günstige Wärmeübertragungsverhältnisse. Diese werden noch dadurch gesteigert, dass sich gegenüber der üblichen Stromtrocknung infolge der Wandreibung des Festgutes hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Trok- kengas und Feststoff ergeben. Es ist auch möglich, die Rohrerhitzung über der Länge zu unterteilen und verschieden hohe Temperaturen einzustellen, um so bei schonender Gutbehandlung möglichst höchste Trocknungsleistungen zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch dadurch, dass trotz kleiner Trockengasmengen durch entsprechende Wahl der Wendelsteigung die Gleitgeschwindigkeit des Gutes an der Wand so gewählt werden kann, dass die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Neigung der Pulver zum Anbacken an den Wänden auf ein Minimum reduziert wird.
Es ist zwar bekannt, exotherme Gasreaktionen in Gegenwart staubförmiger Kontaktmassen durchzuführen, wobei die Gas- und Kontaktmassen in Rotationsbewegung durch das Kontaktrohr hindurchgeleitet werden. Hier handelt es sich jedoch nicht um die Zuführung von Wärme durch die Reaktionsgase und gegebenenfalls durch die Rohrwandungen wie bei der Trocknung von feinteiligen festen Massen, sondern um die Abführung der bei derartigen katalytischen Prozessen auftretenden Reaktionswärme. Bei der Trocknung soll jedoch die zum Trocknen erforderliche Wärme für die Verdampfung der Flüssigkeit und Aufwärmung des Feststoffes von der fühlbaren Wärme des vorher erhitzten Gases geliefert werden.
Hier wird also durch die Gase Wärme zugeführt, während sie bei katalytischen Prozessen durch Gasreaktionen selbst entsteht und über die Katalysatormasse an die Behälterwand abgeführt wird. Sehr wesentlich ist es auch, dass bei dem Trocknungspro- zess im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens feuchte Festteilchen in das Trocknungsrohr eingeführt werden. Bei katalytischen Gasreaktionen werden Gase und Katalysatormasse in Staubform und trocken in das Reaktionsrohr eingeführt, so dass etwaige Verkrustungen hier kaum auftreten können. Das Patent betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können ausser zur Trocknung auch zum Heizen und Kühlen pulverförmiger Stoffe dienen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden anschliessend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei tangentialer Gaszuführung und -ableitung, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Führung des Gasstromes in schraubenlinienförmigen Bahnen durch Leitorgane im Innenrohr im Durchgang von unten nach oben, Fig.4 bei Führung von oben nach unten und Fig. 5 bei Hintereinanderschal- tung zweier Stufen.
Die für die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung charakteristische Drehbewegung des Gas- und damit des Gutstromes kann auf verschiedene Weise herbeigeführt werden, am einfachsten dadurch, dass man das Trocknungsgas und den Fest- Stoff tangential in das Rohr einströmen lässt (Fig. 1 und 2). Die dadurch erzeugte tangentiale Bewegungskomponente des Gutes nimmt beim Durchströmen des Rohres zwar allmählich ab, hält sich aber über eine beträchtliche Rohrlänge aufrecht.
In Fig. 1 und 2 ist 1 ein Trichter, der das zu trocknende Material aufnimmt. Durch ein Zellenrad 2 wird es mit passender Geschwindigkeit in die Rohrleitung 3 eingetragen. In diese Rohrleitung 3 werden mit ausreichender Geschwindigkeit Luft oder andere geeignete Gase eingeführt. Diese gasförmigen Medien können gegebenenfalls mit Hilfe der Wärme: vorrichtung 4 erhitzt werden.
Die Rohrleitung 3 ist tangential mit dem untern Ende des senkrechten Rohres 5 verbunden. Auf diese Weise entsteht innerhalb des Rohres 5 ein schrauben- linienförmig aufsteigender Gasstrom, der die zu trocknenden pulverförmigen Stoffe staubförmig nach oben führt. Infolge der schraubenlinienförmigen Bewegung kommt das Material dauernd mit der Innenfläche des Rohres 5 in Berührung.
Das Rohr 5 ist von einem Heizmantel 6 umgeben, der mit Hilfe der Rohranschlüsse 7 und 8 von einem flüssigen oder gasförmigen Heizmedium durchflossen wird. Die Temperaturen des Rohres 5 werden dabei so hoch gehalten, dass man an seinem obern Ende die beabsichtigte Entwässerung der festen Bestandteile erreicht. Das Trägergas mit dem getrockneten Material verlässt das Rohr 5 durch eine ebenfalls tangential zum Rohr 5 eingesetzte Leitung 9. Diese führt zu einem Zentrifugalabscheider 10, wo die festen Bestandteile aus dem Gasstrom abgeschieden und einem Sammelbehälter 11 zugeführt werden. Die den Zen- trifugalabscheider 10 verlassenden Gase durchlaufen noch ein Tuchfilter 12, das die letzten Reste an staubförmigen Bestandteilen zurückhält.
Das durch die Rohrleitung 13 entweichende Gas enthält in dampfförmigem Zustand die aus den festen Bestandteilen aufgenommene Feuchtigkeit. Durch Abkühlung kann dieser Dampf als Flüssigkeit leicht abgeschieden werden.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemässe Verfahren ohne völlige Ausnutzung der Wasserdampf- Aufnahmefähigkeit des Gases durchgeführt. Beim Durchgang durch das erhitzte senkrechte Rohr 5 erwärmt sich auch das gasförmige Medium, wobei eine wesentliche Erhöhung seiner Wasserdampf-Auf- nahmefähigkeit eintritt. Das bei 13 abströmende Gas kann aus diesem Grunde zum grössten Teil von neuem in den Kreislauf des Verfahrens zurückkehren. Nur ein Teil des Gases muss ausgeschieden und durch
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Abkühlung von der aufgenommenen Feuchtigkeit befreit werden.
Eine besonders wirkungsvolle Arbeitsweise wird in der nachfolgenden Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Ausführung wird ein Leitsystem für das schrau- benlinienförmig zu führende Gas durch Leitbleche auf einer zentral angebrachten Stange oder Rohr hergestellt.
Die Leitorgane können beispielsweise als durchgehende Schraubengänge ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, diese als in Abständen voneinander angeordnete Flügel auszubilden, welche als Ausschnitte aus Schraubenflächen oder auch als ebene Leitbleche ausgebildet sein können. Durch derartig in Abständen angeordnete Leitorgane wird der Gas- und Gutstrom immer wieder zerteilt und der im allgemeinen vorhandenen Neigung zur Strähnenbildung dadurch wirksam begegnet, dass sich ein gleichmässiger Schleier ausbildet und die ganze Heizfläche ausgenutzt wird.
Gemäss Fig. 3 wird aus dem Vorratsbehälter 1 das zu behandelnde Gut über den Zuteiler 2 direkt in das Trockenrohr 5 eingeführt. Das Trockengas strömt über den Erhitzer 4 durch die Leitung 3 dem Trocknungsapparat 5 zu. Dieser wird durch ein Heiz- medium, welches sich im Rohrmantel 6 befindet, geheizt. Im Trockenrohr 5 befindet sich ein drehbares Innenrohr 12, welches ebenfalls mit einem Heizmittel durch die Zuleitung 14 beaufschlagt werden kann; falls als Heizmittel Dampf gebraucht wird, so strömt dieser in kondensierter Form durch die Leitung 15 wieder ab.
Durch diese Innenheizung wird erreicht, dass bei gleichen äussern Abmessungen des Trock- nungsrohres 5 die Trocknungsleistung gesteigert und der Gasbedarf vermindert werden kann. Das Innenrohr 12 ist mit Flügeln 13 versehen, welche entsprechend der gewünschten Strömungsbahn geneigte Flächen haben und nachgiebig ausgebildet sein können, so dass ihre Aussenkanten die Innenwand des Rohres 5 abstreifen. Der Antrieb des Innenrohres 12 mit den Flügeln 13 erfolgt über ein Antriebsgetriebe 17 und Antriebsräder 16 und 18. Das Gut strömt an der Innenwand des Trockenrohres 5 entlang in Schraubenlinien mit dem Trägergas von unten nach oben. Dabei wird gleichzeitig durch die Wände des Rohres 5 laufend Wärme zugeführt.
Das behandelte Gut wird mit dem Trägergas durch 9 abgezogen, und im Zyklon 10, welcher isoliert oder ebenfalls beheizbar ist, werden Feststoff und Behandlungsgas bzw. Wasserdampf voneinander getrennt, so dass die behandelten Feststoffteile durch ein Zellenrad 11 oder sonstige Austragsvorrichtungen entnommen werden können.
Bei dieser Arbeitsweise tritt eine reinigende Wirkung des rotierenden Leitwerkes auch schon ein, wenn die Flügel 13 mit einem geringen Abstand über die Innenwand des Trockenrohres 5 streichen, nämlich durch die mit hoher Geschwindigkeit durch die engen Spalte strömende Luft. Durch Steigerung der Drehzahl der rotierenden Leitorgane 13 und entsprechende Flügelstellung, zumindest auf einem Teil der Rohrlänge, kann man nicht nur erreichen, dass sich Trocknungsgas und Gut auf den gewünschten schraubenlinienförmigen Bahnen durch das Rohr 5 bewegen, sondern auch die Strömung beschleunigen, so dass die Leitorgane 13 gleichzeitig als Förderorgane anstelle eines sonst erforderlichen besonderen Gebläses wirken.
Bei genügend hoher Flügeldrehzahl können die Flügel 13 auch aus ebenen, in axialer Richtung angeordneten Leisten bestehen, die besonders einfach herstellbar sind.
Die Trockenvorrichtung im Sinne der Erfindung wird vorzugsweise in senkrechter Anordnung ausgeführt, wobei das Gut und das Gas von unten nach oben strömen. Bei den beschriebenen Vorkehrungen zur zwangsweisen Führung des Gut- und Gasstromes kann die Strömungsrichtung aber auch umgekehrt gewählt werden.
In Fig.4 ist eine solche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, bei welcher das Feststoff-Trockengas-Gemisch im wesentlichen abwärts strömt und das Trockenrohr an seinem untern Ende als Zyklonabscheider ausgebildet ist. Das Gas tritt nach Vorwärmung durch die Heizeinrichtung 1 durch das Rohr 2 nach Aufnahme des Trockengutes durch die Trockengutaufgabe 3 in das Trockenrohr 4 ein.
Das Gas-Trockengut-Gemisch strömt in den Zwischenraum zwischen dem Reingasrohr 5 und dem Trockenrohr 4 in schraubenlinienförmigen Bahnen abwärts, wobei die Leitvorrichtungen 6 einerseits die schraubenlinienförmige Bewegung des Gases einleiten und aufrechterhalten und anderseits bewirken, dass das Trockengut statt in Strähnen in Form eines feinverteilten Schleiers über die Innenwand des Rohres 4 gleitet. Im untern Ende des Trockenrohres 4, dessen Wand durch ein Heizmedium im Heizmantel 7 beheizt wird, schliesst sich direkt ein konisches Rohrstück 8 zur Abscheidung der Feststoffteilchen aus dem Gas wie bei einem Zyklonabscheider an.
Um eine Abscheidung der feinsten Feststoffteilchen zu bewirken, kann im untern Ende des Trockenrohres 4 noch ein - einen stärkeren Drall erzeugender - Leit- apparat 9 eingebaut werden. Das abgeschiedene Trockengut wird im Sammelbehälter 10 aufgefangen, und das Reingas entweicht durch das zentrale Reingasrohr 5.
In den Fig.l bis 4 sind die Trockenrohre in senkrechter Anordnung gezeigt worden. Die Trok- kenrohre können jedoch auch schräg oder waagrecht angeordnet sein. Es können mehrere Rohre hintereinander, beispielsweise abwechselnd auf- und abwärts durchströmt oder auch parallel geschaltet angewandt werden. Ferner können mehrere derartige schraubenlinienförmige Trocknungsbahnen durch ineinander angeordnete Trockenrohre auf engstem Raum untergebracht werden.
In Fig. 5 ist eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, die mehrere hintereinandergeschaltete, beheizte, zyklonförmig ausge-
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bildete Apparate aufweist. Das Gas tritt nach Aufwärmung durch die Heizvorrichtung 2 und Zugabe des zu behandelnden Feststoffes durch die Zugabevorrichtung 1 tangential oben in den ersten Apparat 4 ein, wo es in schraubenförmigen Bahnen abwärts strömt, wobei der Feststoff unter gleichzeitiger Trocknung durch das Trägergas und die Wärmeaufnahme aus der durch den Heizmantel 5 beheizten Innenwand getrocknet wird. Das getrocknete Gut wird durch eine Zellenradschleuse 6 ausgetragen.
Das mit dem Trägergas durch das Gasrohr 7 aus dem ersten Apparat 4 ausgetragene Gut wird im nachgeschalteten beheizten Zyklon 8 abgeschieden und entfernt. Hierbei kann das Verfahren durch die entsprechende Gestaltung des ersten Zyklons 4 so ausgebildet werden, dass dieser vorzugsweise die schwereren, noch nicht genügend getrockneten Partikel abscheidet, während die leichten, nahezu fertig getrockneten Partikel zur Fertigtrocknung in den zweiten Zyklonapparat 8 entweichen. Die nicht ausreichend getrockneten Teilchen aus dem zweiten Zyklonapparat 8 können im Kreislauf der Zugabevorrichtung 1 wieder zugeführt werden.
Besonders für die Behandlung gasförmiger Stoffe, bei denen Feststoffteilchen gebildet werden, ist die in Fig.5 beschriebene Ausführungsform geeignet, da hierbei genügend grosse Feststoffpartikel im ersten Zyklon 4 jeweils ausgeschieden werden und die noch zu feinen Panikelchen zur weiteren Trocknung bis zur Abscheidung im jeweils nächsten oder übernächsten Zyklon im Trägergas verbleiben.
Eine Verwendung des beschriebenen Verfahrens besteht in der Trocknung von Kunststoffpulvern, insbesondere Polyäthylen.