Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entzug von Flüssigkeit oder festen Partikeln aus diese Flüssigkeit oder diese Partikeln enthaltendem Gut, welches auf einem Träger ausgebreitet ist und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Man weiss, dass bei allen Trocknungs- und Eindickungsverfahren, sei es nun z. B. die Trocknung bei atmosphärischen Verhältnissen, Trocknung im Vakuum oder Gefriertrocknung, die letzten Flüssigkeitsanteile nur schwer und mit grossem Aufwand aus dem zu trocknenden Gut herauszubringen sind.
So sind speziell bei der Vakuum- und bei der Gefriertrocknung der Zeit- und Energieaufwand zum Entfernen von Restfeuchtigkeit vergleichsweise gross.
Es ist deshalb anzustreben, das mit der Restfeuchtigkeit abzusaugende Luft-Endvolumen zu verkleinern und den Zeitbedarf für den Flüssigkeitsentzug zu verkürzen, was unter anderem erreicht werden kann durch Sammeln und Beschleunigen der zu entziehenden Flüssigkeit, die sich an der Oberfläche des Trockengutes befindet.
Bekanntlich kann eine Beschleunigung der entzogenen Flüssigkeitsteilchen durch erhöhte Temperatur erreicht werden. Dies ist jedoch nicht für alle zu trocknenden Materialien zweckmässig. Eine Konzentration von Dämpfen, also eine Verkleinerung ihres Volumens, eine ausgerichtete Entzugsbewegung und die dadurch mögliche rasche Fortschaffung der Teilchen von der unmittelbar über dem zu trocknenden Gut gelegenen Zone ist durch blosse Temperaturerhöhung jedoch nicht möglich.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich mittels eines elektrostatischen Feldes Flüssigkeits- oder Staubteilchen sammeln und in eine bestimmte Richtung beschleunigen lassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die im Gut enthaltenen Flüssigkeits- oder Feststoffteilchen der Wirkung eines in der Intensität variierbaren elektrostatischen Feldes ausgesetzt werden, das zwischen dem als Elektrode an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossenen Träger und einer dem Träger gegenüber, in einem variierbaren Abstand angeordneten Gegenelektrode, die am anderen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, erzeugt wird, wobei die am Träger geladenen Teilchen im elektrostatischen Feld zur Gegenelektrode hin beschleunigt, an dieser entladen und dadurch gesammelt und alsdann entfernt werden, um ein Zurückströmen zum Träger zu verhindern.
Mit Vorteil kann das Verfahren, z. B. bei einer Vakuumtrocknung zur Beschleunigung der Endtrocknung, bei einer Gefriertrocknung dagegen zweckmässig zur Beschleunigung des ganzen Trocknungsvorganges angewendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann jedoch bei allen andern Trocknungs- und Eindickungsverfahren entsprechend angewendet werden, sofern eine Differenz in den spezifischen Gewichten des zu behandelnden Gutes und der zu entziehenden Partikeln vorhanden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger für das zu behandelnde Gut als Elektrode an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle anschliessbar, eine an den andern Pol der Gleichspannungsquelle anschliessbare Gegenelektrode in ihrer Lage relativ zum Träger einstellbar und ferner die Gleichspannung an den Elektroden variierbar ist, wobei die Gegenelektrode einen Fangbehälter für die zu entziehenden Partikeln bildet.
Für die Vakuumtrocknung kann bei der Vorrichtung die Gegenelektrode als Absaugstutzen ausgebildet sein, der an seinem Eingang elektrisch leitend und an seinem andern Ende mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.
Für die Gefriertrocknung kann die Vorrichtung technisch ganz anders ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass das Grundprinzip der Einwirkung des elektrostatischen Feldes gewahrt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert.
Die einzige Figur veranschaulicht schematisch und nur soweit wie dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich erscheint, eine Vorrichtung zum Entzug von Flüssigkeit aus einem diese Flüssigkeit enthaltenden Gut.
Die anschliessend beschriebene Vorrichtung ist als Versuchsapparat aufzufassen.
Mit 1 ist ein Träger für das zu behandelnde Gut S bezeichnet, der geheizt oder gekühlt werden kann. Dieser Träger kann z. B. als Sieb, Rost, Gitter oder als Transportband ausgebildet sein. Unter der Trägeroberfläche angeordnete Rohre sind durch Stutzen la, 1b an einen Erhitzungs- oder Kühlkreislauf angeschlossen, der weiter nicht gezeigt ist. Eine aus elektrisch nicht leitendem Material bestehende Haube oder Glocke 2 liegt mit ihrem unteren Flansch 2a mittels einer Dichtung 3 dichtschliessend auf der Trägeroberfläche auf und hat oben einen Hals 2b, in dem der hohlzylindrische, aussen mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe verbundene Teil 4a eines metallischen, z. B. kupfernen Absaugstutzens 4 gasdicht festgehalten ist.
Der Träger 1 ist nun, etwa durch Schliessung eines Schalters 5, an den einen Pol 6a einer Gleichstrom-Hochspannungsquelle 6 anschliessbar, an deren anderen Pol 6b der Absaugstutzen 4, etwa über ein Milliamperemeter 7 und einen Strombegrenzer 8, angeschlossen ist.
Der Absaugstutzen 4 ist elektrisch leitend mit einem als Gegenelektrode dienenden Gitter, Sieb oder Rost verbunden.
Dieses Gitter liegt parallel zur Oberfläche des Trägers 1 in einem gewissen Abstand von demselben. Auf dieser Oberfläche ist die zu trocknende Substanz, oder einzudickende Flüssigkeit in einer Schicht S ausgebreitet.
Wenn eine Vakuumtrocknung durchzuführen ist, wird diese vorzugsweise zuerst wie üblich durchgeführt (also ohne Anschaltung an die Gleichspannungsquelle), bis der Flüssigkeitsentzug einen gewissen Wert erreicht hat. Wenn nun der die eine Elektrode bildende Träger durch Schliessung des Schalters 5 beispielsweise an den Pluspol der Gleichstromhochspannungsquelle 6 angeschlossen wird, an deren Minuspol 6b der Absaugstutzen 4 und das die Gegenelektrode bildende Gitter 9 angeschlossen werden, entsteht zwischen dem Träger 1 und dem Gitter bzw. der Gegenelektrode 9 ein elektrostatisches Feld, dessen Stärke sich durch Veränderung der Spannung und/oder des Abstandes zwischen Träger und Gitter verändern lässt. Das zu trocknende Gut nimmt die Ladung des Trägers an. Die aus dem zu trocknenden Gut austretenden Flüssigkeitsteilchen haben ebenfalls diese Ladung (z. B.
plus). Sie werden vom Träger abgestossen und in ausgerichteter Bewegung und mit zunehmender Geschwindigkeit vom Gitter 9 angezogen und somit gesammelt, das entgegengesetzt geladen ist. Dank ihrer Geschwindigkeit treten die Teilchen durch das Gitter in den Fangtrichter der Gegenelektrode, wo sie an der Innenwand auftreffen und das Potential der Gegenelektrode annehmen. Der Absaugstutzen konzentriert den Strom der Teilchen, und sie werden auf ihrem Weg zur Vakuumpumpe kondensiert, wodurch die Vakuumpumpe entlastet wird. Anderseits können die Teilchen nach der Umladung nicht mehr zurückströmen.
Bei einer Gefriertrocknung verläuft der Flüssigkeitsentzug ähnlich. In diesem Falle wird allerdings vorzugsweise die Anschaltung an die Hochspannungsquelle schon zu Beginn vollzogen, also wenn der Trockensubstanzgehalt beispielsweise 40% beträgt. Die durch Sublimation entstehenden Wasserdampfteilchen treten an der freien Oberfläche der Substanzschicht S aus und werden infolge des elektrostatischen Feldes in ausgerichteter Bewegung zum Gitter 9 hin beschleunigt und an diesem gesammelt. Der weitere Vorgang ist wie oben beschrieben. In beiden Fällen wirkt der Absaugstutzen für die Teilchen wie eine Falle. Unter der Wirkung des elektrostatischen Feldes werden die Dämpfe praktisch von dem zu trocknenden Gut weggerissen, das wegen seines höheren spezifischen Gewichtes unbewegt auf dem Träger 1 liegen bleibt.
Auf diese Weise wird eine erhebliche Verkürzung der Trocknungszeit erreicht. Einige durchgeführte Versuche haben dies bestätigt.
Das Milliamperemeter 7 dient nach entsprechender Eichung zur Kontrolle der fortschreitenden Trocknung.
Ein Strombegrenzer 8 kann als Sicherheitsvorkehr verwendet werden, um das Bedienungspersonal zu schützen.
Eine erste Versuchsserie zeigte die Wirkung des elektrostatischen Feldes bei der Vakuumtrocknung. Die Temperatur lag in diesen Versuchen konstant bei 30 C. Für die Resttrocknung von einem Trockensubstanzgehalt von 84% zu einem solchen von 96 % ohne Wirkung des elektrostatischen Feldes betrug die Trocknungszeit 51/2 Stunden, wobei schliesslich ein Vakuum von 3 Torr erreicht worden ist. Sie betrug unter sonst gleichen Bedingungen nur 4 Stunden, wenn Träger und Gitter an die Pole einer 500-Volt-Gleichspannungsquelle angeschlossen wurden, wobei schliesslich ein Vakuum von 2 Torr erreicht worden ist. Sie betrug nur 3 Stunden, wenn Träger und Gitter an die Pole einer 1500 Volt-Gleichspannungsquelle angeschlossen wurden, wobei schliesslich ein Vakuum von 1 Torr erreicht worden ist.
Eine zweite Versuchsserie zeigt die Wirkung des elektrostatischen Feldes bei der Gefriertrocknung. Die Temperatur betrug 250 C, das Vakuum betrug anfänglich 2, zuletzt 1 Torr. Um den Trockensubstanzanteil von 40 auf 96 % zu erhöhen, benötigte man 18 Stunden, wenn ohne elektrostatisches Feld gearbeitet wurde, dagegen nur 12 Stunden, wenn Träger und Gitter an die Pole einer 1500-Volt-Gleichspannungsquelle angelegt waren.
Das beschriebene Verfahren kann auch bei einer Trocknung unter atmosphärischem Druck angewendet werden.
Der Träger 1 kann stationär oder beweglich, z. B. als Band, Trommel oder Rüttler, ausgeführt sein. Der Träger kann z. B. geneigt, eventuell senkrecht, angeordnet sein, so dass z. B. einzudickende Flüssigkeit darüber hinabfliessen kann.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Entzug von Flüssigkeit oder festen Partikeln aus diese Flüssigkeit oder diese Partikeln enthaltendem Gut, welches auf einem Träger ausgebreitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Gut enthaltenen Flüssigkeits- oder Feststoffteilchen der Wirkung eines in der Intensität variierbaren elektrostatischen Feldes ausgesetzt werden, das zwischen dem als Elektrode an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossenen Träger und einer dem Träger gegenüber in einem variierbaren Abstand angeordneten Gegenelektrode, die am andern Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, erzeugt wird, wobei die am Träger geladenen Teilchen im elektrostatischen Feld zur Gegenelektrode hin beschleunigt, an dieser entladen und dadurch gesammelt und alsdann entfernt werden, um ein Zurückströmen zum Träger zu verhindern.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entzug der Flüssigkeit bzw. der festen Partikel neben dem elektrostatischen Feld noch die Differenz zwischen dem spezifischen Gewicht des Gutes und der zu entziehenden Substanz ausgenützt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es im Vakuum oder unter atmosphärischen Verhältnissen durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass im Gut enthaltene Flüssigkeit vor dem Entzug in den gefrorenen Zustand übergeführt wird.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger für das zu behandelnde Gut als Elektrode an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle anschliessbar, eine an den andern Pol der Gleichspannungsquelle anschliessbare Gegenelektrode in ihrer Lage relativ zum Träger einstellbar und ferner die Gleichspannung an den Elektroden variierbar ist, wobei die Gegenelektrode einen Fangbehälter für die zu entziehenden Partikeln bildet.
UNTERANSPRÜCHE
4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger stationär als Platte, Sieb, Rost oder Gitter oder beweglich, z. B. als Band oder Trommel oder Rüttler, ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger direkt oder indirekt beheizbar oder kühlbar ist.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode an der dem Träger zugekehrten Seite als Sieb, Gitter oder Rost ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in einem geschlossenen Behälter untergebracht sind.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis der Elektroden ein elektrisches Kontrollinstrument, z. B. ein Milliamperemeter, eingeschaltet ist, dessen Anzeige Aufschluss über den Verlauf und das Fortschreiten des Trocknungsvorganges gibt.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis der Elektroden als Sicherheitsvorkehrung ein Strombegrenzer eingeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet dass die Gegenelektrode als Trichter ausgebildet ist, dessen grössere Öffnung mit einem Gitter, Sieb oder Rost versehen und dessen kleine Öffnung mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter mit mehreren Absaugstutzen versehen ist.
12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und die Gegenelektrode in ihrer Lage von der Horizontalen bis zur Vertikalen verstellbar sind.
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The invention relates to a method for removing liquid or solid particles from this liquid or material containing these particles, which is spread out on a carrier, and a device for carrying out the method.
It is known that in all drying and thickening processes, be it z. B. the drying under atmospheric conditions, drying in a vacuum or freeze-drying, the last portions of liquid are difficult and with great effort to get out of the material to be dried.
For example, the time and energy required to remove residual moisture are comparatively large, especially in vacuum and freeze drying.
It is therefore desirable to reduce the final air volume to be extracted with the residual moisture and to shorten the time required for the removal of liquid, which can be achieved, among other things, by collecting and accelerating the liquid to be removed, which is located on the surface of the dry goods.
It is known that the extracted liquid particles can be accelerated by increasing the temperature. However, this is not practical for all materials to be dried. A concentration of vapors, i.e. a reduction in their volume, an aligned withdrawal movement and the rapid removal of the particles from the zone immediately above the material to be dried is not possible by simply increasing the temperature.
The invention is based on the knowledge that liquid or dust particles can be collected by means of an electrostatic field and accelerated in a certain direction.
The method according to the invention is characterized in that the liquid or solid particles contained in the material are exposed to the action of an electrostatic field of variable intensity, which is formed between the carrier connected as an electrode to one pole of a DC voltage source and a carrier opposite the carrier variable distance arranged counterelectrode, which is connected to the other pole of the DC voltage source, is generated, the particles charged on the carrier accelerated in the electrostatic field to the counterelectrode, discharged at this and thereby collected and then removed to prevent a flow back to the carrier.
Advantageously, the method, for. B. in a vacuum drying to accelerate the final drying, in contrast, in a freeze-drying, it can be used to accelerate the entire drying process.
The method according to the invention can, however, be used correspondingly in all other drying and thickening processes, provided that there is a difference in the specific weights of the material to be treated and the particles to be removed.
The device according to the invention for carrying out the method is characterized in that the carrier for the item to be treated can be connected as an electrode to one pole of a direct voltage source, a counter electrode connectable to the other pole of the direct voltage source can be adjusted in its position relative to the carrier and also the direct voltage can be varied at the electrodes, the counter-electrode forming a collecting container for the particles to be extracted.
For vacuum drying, the counter electrode in the device can be designed as a suction nozzle, which is electrically conductive at its inlet and connected to a vacuum pump at its other end.
For freeze-drying, the device can have a completely different technical design, provided that the basic principle of the action of the electrostatic field is maintained.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawing, for example.
The single figure illustrates schematically and only insofar as this appears necessary for understanding the invention, a device for the extraction of liquid from a material containing this liquid.
The device described below is to be regarded as an experimental apparatus.
1 with a carrier for the item to be treated S is referred to, which can be heated or cooled. This carrier can e.g. B. be designed as a sieve, grate, grid or as a conveyor belt. Pipes arranged under the carrier surface are connected to a heating or cooling circuit, which is not shown further, by connecting pieces 1 a, 1 b. A hood or bell 2 made of electrically non-conductive material rests with its lower flange 2a tightly on the carrier surface by means of a seal 3 and has a neck 2b at the top in which the hollow cylindrical part 4a of a metallic, externally connected to a vacuum pump (not shown) z. B. copper suction nozzle 4 is held gas-tight.
The carrier 1 can now be connected, for example by closing a switch 5, to one pole 6a of a direct current high-voltage source 6, to the other pole 6b of which the suction nozzle 4 is connected, for example via a milliammeter 7 and a current limiter 8.
The suction nozzle 4 is connected in an electrically conductive manner to a grid, sieve or grate serving as a counter electrode.
This grid is parallel to the surface of the carrier 1 at a certain distance from the same. The substance to be dried or the liquid to be thickened is spread out in a layer S on this surface.
If vacuum drying is to be carried out, this is preferably carried out first as usual (i.e. without being connected to the DC voltage source) until the liquid has been removed from a certain value. If the carrier forming one electrode is now connected by closing the switch 5, for example, to the positive pole of the direct current high voltage source 6, to the negative pole 6b of which the suction nozzle 4 and the grid 9 forming the counter electrode are connected, then between the carrier 1 and the grid or the counter electrode 9 an electrostatic field, the strength of which can be changed by changing the voltage and / or the distance between the carrier and the grid. The goods to be dried take the load of the carrier. The liquid particles emerging from the material to be dried also have this charge (e.g.
plus). They are repelled by the carrier and, in an aligned movement and with increasing speed, are attracted by the grid 9 and thus collected, which is oppositely charged. Thanks to their speed, the particles pass through the grid into the collecting funnel of the counter electrode, where they hit the inner wall and take on the potential of the counter electrode. The suction nozzle concentrates the flow of particles and they are condensed on their way to the vacuum pump, thereby relieving the vacuum pump. On the other hand, the particles can no longer flow back after the charge reversal.
In the case of freeze-drying, the dehydration process is similar. In this case, however, the connection to the high-voltage source is preferably carried out at the beginning, i.e. when the dry matter content is 40%, for example. The water vapor particles produced by sublimation emerge from the free surface of the substance layer S and, as a result of the electrostatic field, are accelerated in an aligned movement towards the grid 9 and collected there. The rest of the process is as described above. In both cases, the suction nozzle acts like a trap for the particles. Under the effect of the electrostatic field, the vapors are practically torn away from the material to be dried, which remains unmoved on the carrier 1 because of its higher specific weight.
In this way, a considerable reduction in the drying time is achieved. Some tests carried out have confirmed this.
The milliammeter 7 is used after appropriate calibration to control the progressive drying.
A current limiter 8 can be used as a safety precaution to protect the operating personnel.
A first series of tests showed the effect of the electrostatic field in vacuum drying. The temperature in these experiments was constant at 30 ° C. For the residual drying from a dry matter content of 84% to a dry matter content of 96% without the effect of the electrostatic field, the drying time was 51/2 hours, a vacuum of 3 Torr finally being achieved. Under otherwise identical conditions, it was only 4 hours when the carrier and grid were connected to the poles of a 500-volt direct voltage source, a vacuum of 2 Torr being finally achieved. It was only 3 hours when the carrier and grid were connected to the poles of a 1500 volt DC voltage source, a vacuum of 1 Torr finally being achieved.
A second series of tests shows the effect of the electrostatic field in freeze-drying. The temperature was 250 ° C., the vacuum was initially 2 and finally 1 torr. In order to increase the dry matter content from 40 to 96%, it took 18 hours when working without an electrostatic field, but only 12 hours when the carrier and grid were connected to the poles of a 1500-volt direct voltage source.
The method described can also be used with drying under atmospheric pressure.
The carrier 1 can be stationary or movable, e.g. B. be designed as a belt, drum or vibrator. The carrier can e.g. B. inclined, possibly perpendicular, be arranged so that, for. B. liquid to be thickened can flow down over it.
PATENT CLAIM 1
A method for removing liquid or solid particles from this liquid or material containing these particles, which is spread out on a carrier, characterized in that the liquid or solid particles contained in the material are exposed to the action of an electrostatic field of variable intensity, which is between the carrier connected as an electrode to one pole of a DC voltage source and a counter-electrode arranged opposite the carrier at a variable distance, which is connected to the other pole of the DC voltage source, the particles charged on the carrier being accelerated in the electrostatic field towards the counter-electrode this discharged and thereby collected and then removed in order to prevent a backflow to the carrier.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that, in addition to the electrostatic field, the difference between the specific gravity of the material and the substance to be removed is used to remove the liquid or the solid particles.
2. The method according to claim I, characterized in that it is carried out in a vacuum or under atmospheric conditions.
3. The method according to claim I, characterized in that the liquid contained in the material is converted into the frozen state prior to withdrawal.
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the carrier for the item to be treated can be connected as an electrode to one pole of a direct voltage source, a counter electrode connectable to the other pole of the direct voltage source can be adjusted in its position relative to the carrier and furthermore the direct voltage can be varied at the electrodes, the counter-electrode forming a collecting container for the particles to be extracted.
SUBCLAIMS
4. Device according to claim II, characterized in that the carrier is stationary as a plate, sieve, grate or grid or movable, for. B. is designed as a belt or drum or vibrator.
5. Device according to claim II, characterized in that the carrier can be heated or cooled directly or indirectly.
6. Device according to claim II, characterized in that the counter electrode is designed as a sieve, grid or grate on the side facing the carrier.
7. Device according to claim II, characterized in that the electrodes are housed in a closed container.
8. Device according to claim II, characterized in that in the circuit of the electrodes, an electrical control instrument, for. B. a milliammeter, is switched on, the display provides information about the course and the progress of the drying process.
9. Device according to claim II, characterized in that a current limiter is switched on in the circuit of the electrodes as a safety precaution.
10. The device according to claim II, characterized in that the counter electrode is designed as a funnel, the larger opening of which is provided with a grid, sieve or grate and the small opening of which is connected to a suction device.
11. Device according to dependent claim 10, characterized in that the funnel is provided with several suction nozzles.
12. The device according to claim II, characterized in that the carrier and the counter electrode are adjustable in their position from the horizontal to the vertical.
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