Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung eines nass verarbeiteten, pastösen Produkts sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, zur Konditionierung und Trocknung eines nass verarbeiteten, pastösen Produkts, insbesondere eines Lebensmittelprodukts, eine Extrusion des pastösen Produkts und nachfolgend eine Lufttrocknung vorzunehmen. Ferner ist bekannt, eine Trocknung im Vakuum vorzunehmen und hierzu einen Vakuumbandtrockner zu verwenden.
Gegenüber diesen bekannten Verfahren und Anlagen, welche den Nachteil einer langen Verweilzeit des zu trocknenden Produkts entweder an der Luft oder im Vakuum und damit eines relativ geringen Ausstosses von Trockenprodukt haben, bietet eine Realisierung des Gedankens, Extrusion und Vakuumbandtrocknung des pastösen Produkts zu kombinieren, den Vorteil eines höheren Ausstosses. Der Grund liegt darin, dass der Extruder das zu behandelnde Produkt bereits erwärmt, so dass dieses nicht erst im Vakuumraum erwärmt werden muss. Zudem wird bei expandierenden Produkten durch den direkten Übergang des im Extruder erwärmten Produkts in den Vakuumraum eine bessere Expansion erzielt, was den Trocknungsvorgang abkürzt.
Nachteile bei einer solchen denkbaren Kombination sind jedoch, dass wesentliche Aufstellungsschwierigkeiten für die Anlage entstehen, welche von der Grösse und Gewicht sowie dem Betrieb der vorzusehenden, bekannten Maschinen und Apparate herrühren und nur durch kostspielige bauliche und apparative Massnahmen gelöst werden können. Zudem hat die bekannte Vakuumbandtrocknung den wesentlichen Nachteil einer schlechten Raumnutzung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung eines nass verarbeiteten, pastösen Produkts und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile vermeiden und unter günstiger Raumausnutzung eine rasche Trocknung des pastösen Produkts und die Erzielung unterschiedlicher Strukturen des getrockneten Produkts mit einfachen Mitteln ermöglichen.
Erfindungsgemäss weist das Verfahren die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale auf. Durch die Beaufschlagung des pastösen Produkts mit einem Gasstrom hoher Geschwindigkeit in einem Vakuumbereich erübrigen sich im Vakuumbereich aufwendige mechanische Fördervorrichtungen. Ferner erfolgt die Trocknung des durch den Gasstrom bewegten Produkts besonders rasch. Zudem erlaubt eine entsprechende Einführungsart des Gasstroms in den Vakuumbereich, das zugeführte Produkt beispielsweise entweder zu zerstäuben oder als zusammenhängende Materialmasse, das heisst als Strang, zu fördern. Das Gas kann ein Inertgas oder Wasserdampf sein.
Die erfindungsgemässe Anlage ist durch die im Patentanspruch angeführten Merkmale gekennzeichnet. Da die evakuierbare Trocknungskammer rohrförmig ist, besteht im wesentlichen bloss ein jeweiliger Raumbedarf in der Höhenrichtung, wobei zudem Düsenvorrichtungen für das Gas samt ihrer Steuerorgane und auch die Trenneinrichtung zum Abscheiden des getrockneten Produkts vom Gas einen einfachen Aufbau haben können.
Eine Verbesserung der Trocknungsdynamik lässt sich erfindungsgemäss erzielen durch:
1. Einen Expansionseffekt im Vakuum; ergibt eine gesteuerte Porosität des Produkts.
2. Eine Zerstäubung, wodurch eine grosse Oberfläche erzielt wird.
3. Eine intensive Durchmischung; die turbulente Konvektion erhöht den Stoff- und Wärmeaustausch.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen in schematischen Darstellungen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Anlage zur kontinuierlichen Trocknung eines pastösen Produkts in einer grundsätzlichen Ausführungsform,
Fig. 2 die Anlage mit Einzelheiten,
Fig. 3 eine erste Düsenanordnung am Ausgang eines Extruders zur externen Zerstäubung des Produkts,
Fig. 4 eine zweite Düsenanordnung am Ausgang eines Extruders zur integrierten Zerstäubung und Mischung des Produktes mit Dampf,
Fig. 5 eine dritte Düsenanordnung am Ausgang eines Extruders zur Beschleunigung des Produkts durch eine Dampfführung,
Fig. 6 eine vierte Düsenanordnung am Ausgang eines Extruders zur Zerstäubung des Produkts von innen,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 einen offenen Extruderausgang ohne eigentliche Düse.
Gemäss der schematischen Darstellung der Fig. 1 weist die Anlage grundsätzlich eine rohrförmige, vertikale Trocknungskammer (1) auf, die über einen Sockel (2) auf dem Boden (3) verankert ist.
Ein Zufuhrrohr 4 ist speiseseitig an die Ausgangsseite eines nicht dargestellten Extruders angeschlossen, der durch einen Pfeil 5 angedeutet ist. Das Zufuhrrohr 4 mündet im unteren Endbereich der Trocknerkammer 1 mit einer nach oben gerichteten Austrittsdüse 6. Die Trocknerkammer 1 ist luftdicht verschlossen und mittels einer nicht dargestellten Vakuumanlage evakuiert. Die Austrittsdüse 6 befindet sich somit in einem Vakuumraum.
Der Austrittsdüse 6 für das über das Zufuhrrohr 4 vom Extruder 5 zugeführte pastöse Produkt ist eine Einlassdüse 7 für ein in die Trocknungskammer 1 eingeleitetes Gas zugeordnet, das von einem Gasanschluss 8 unter Druck durch einen im Zufuhrrohr 4 ausgebildeten Kanal 9 zur Einlassdüse 7 gelangt und sich dort mit dem pastösen Produkt mischt. Das mit hoher Geschwindigkeit bei der Austrittsdüse 6 ankommende Gas zerstäubt das austretende pastöse Produkt und beschleunigt es in einem angedeuteten Mischstrom 10 nach oben. Die Einlassdüse 7 kann in die Austrittsdüse 6 integriert sein, um ein integriertes Zweistoff-Zerstäubungssystem zu bilden. Eine solche integrierte Anordnung wird nachfolgend noch anhand der Fig. 4 erläutert.
Zwischen dem Extruder 5 und der Austrittsdüse 6 ist zum Anfahren und Abfahren der Anlage und aus Sicherheitsgründen ein in Fig. 1 nur angedeutetes Umschaltventil 11 für das Produkt angeordnet.
Unterhalb der Austrittsdüse 6 ist zusätzlich bzw. als Alternative zur Einlassdüse 7 eine andere Gaseinlassdüse 12 schematisch dargestellt, welche mit einem äusseren Gasanschluss 13 versehen ist und einen durch Pfeil 14 angedeuteten Gasvorhang ebenfalls hoher Geschwindigkeit erzeugt. Eine Austrittsdüse für das pastöse Produkt mit einer Einlassdüse zur Erzeugung eines solchen Gasvorhangs oder Gasschleiers wird nachfolgend anhand der Fig. 5 noch erläutert.
Die Innenwand der Trocknungskammer ist glatt poliert, um ein Ankleben des Produkts möglichst zu verhindern. Mit 15 ist ein Mannloch bezeichnet, damit insbesondere der untere Endbereich der Trocknerkammer 1 zwecks Inspektion, Unterhalt und Reinigung leicht zugänglich ist.
In der Trocknerkammer 1 herrscht ein Vakuum zwischen 5 und 200 mbar. Das Gas wird über die Einlassdüsen 7 und 12 in flüssigem oder gasförmigem Zustand in die Trocknerkammer 1 eingeleitet. Der Gasdruck liegt zwischen 100 mbar und 6 bar. Das Rohr der Trocknerkammer 1 ist so konzipiert, dass hohe Gasgeschwindigkeiten zwischen 2 und 300 m/sec entstehen können. Statt einem Gas, vorzugsweise einem Inertgas, kann auch Wasserdampf in die Trocknerkammer 1 eingeleitet werden. Das Gas umströmt das aus dem Zufuhrrohr 4 austretende pastöse Produkt in solcher Weise, dass es das austretende Produkt entweder in kleinere bis grössere Partikel zerreisst und so in der Trocknerkammer 1 nach oben mitreisst oder dass es das austretende Produkt als zusammenhängendes Profil bzw. als Strang nach oben führt. Die Geschwindigkeit des Gases ist hierbei ganz wesentlich höher als diejenige des geförderten Produkts.
Aus dem Impulssatz, Masse x Geschwindigkeit = konstant ergibt sich die Notwendigkeit einer hohen Gasgeschwindigkeit zur Erzielung einer bestimmten Fördergeschwindigkeit des Produkts, da die Masse des Gases wesentlich kleiner ist als diejenige des Produkts.
Die senkrechte Trocknerkammer 1 weist je nach Zweck der Anlage eine Länge von 3 bis 12 m auf. An ihrem oberen Ende ist an die Trocknungskammer 1 eine horizontale Beruhigungskammer 16 angebaut, in welche das Gas-Produktgemisch horizontal abgelenkt wird. In der Beruhigungskammer 16 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Produktgemisches um das 10- bis 100fache reduziert. Zur Umlenkung des Gas-Produktgemisches ist oberhalb der Trocknungskammer 1 an der Beruhigungskammer 16 ein weiterer düsenförmiger Gaseinlass 17 angeordnet. Ferner ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass längs des Rohrs der Trocknungskammer 1 weitere ringförmige Gaseinlassdüsen 18 angeordnet sind, von welchen in Fig. 1 eine schematisch dargestellt ist.
Die zusätzlichen Gaseinlassdüsen 18 dienen dazu, den Gas-Produktstrom 10 in gewissen gewünschten Bahnen zu halten und ein Ankleben des Produkts an der Innenfläche der Trocknerkammer 1 zu vermeiden.
Nach Verlassen der Beruhigungskammer 16 gelangt das Gas-Produktgemisch in einen als Produktabscheider ausgebildeten Behälter 19, der in einem unteren Teil in an sich bekannter Weise als Zyklon 20 ausgebildet ist. Über eine Klappe 21 wird das getrocknete Produkt 22 einer in Fig. 1 nicht dargestellten Vakuumschleuse zugeführt, nach welcher das Produkt verpackt oder anderweitig verwendet werden kann. Das mit dem Produkt in den Behälter 19 gelangende Gas 23 wird über ein Filter 24 und einem Rohrstutzen 25 abgesogen, und zwar vorzugsweise von der nicht dargestellten Vakuumeinrichtung, beispielsweise über eine Kondensationseinrichtung.
In Fig. 2 ist eine Anlage gemäss der prinzipiellen Anordnung der Fig. 1 mit einigen Einzelheiten und zusätzlichen Einrichtungen schematisch dargestellt. Soweit übereinstimmend sind in Fig. 2 die einzelnen Teile gleich wie in Fig. 1 bezeichnet.
Die Anlage der Fig. 2 umfasst wiederum die senkrechte, rohrförmige Trocknerkammer 1, welcher sich an ihrem oberen Ende die horizontale Beruhigungskammer 16 anschliesst. Am unteren Ende der luftdicht verschlossenen Trocknerkammer 1 ist die mit der Gaseinlassdüse 7 kombinierte Austrittsdüse 6 für das pastöse Produkt angeordnet.
Die Austrittsdüse 6 steht über das Zufuhrrohr 4 und das Produkt-Umschaltventil 11 mit dem Ausgang des Extruders 5 in Verbindung. Unterhalb der Austrittsdüse 6 ist die weitere Gaseinlassdüse 12 angeordnet. An der Umlenkstelle von der Trocknerkammer 1 sind die zusätzlichen Gaseinlassdüsen 17 bzw. 18 angeordnet. Alle Gaseinlassdüsen 7, 12, 17 und 18 sind von einer angedeuteten Gaserzeugungseinrichtung 26, beispielsweise einer Einrichtung zur Erzeugung von Sattdampf, über individuelle Dosiereinrichtungen 27 gespeist. An die Beruhigungskammer 16 ist der Behälter 19 mit dem Zyklon 20, dem Filter 24 und dem Absaugstutzen 25 angeschlossen.
Um eine Kondensation zu verhindern, sind Gas berührte Teile der Anlage, mit Ausnahme derjenigen Teile, die vollständig im Gasraum stehen, mit Vorteil mit einer Begleitheizeinrichtung versehen. Hierzu sind, wie angedeutet, die Trocknerkammer 1, die Beruhigungskammer 16 und der Behälter 19 von einem Doppelmantel 28 umgeben. In den durch den Doppelmantel 28 gebildeten Zwischenraum ist über Leitungen 29 ein Heizmedium, beispielsweise heisses Wasser, von einer entsprechenden Heizmittelquelle 30 zugeführt.
Zur Absaugung der Gase aus dem oberen Bereich des Behälters 19 ist an den Rohrstutzen 25 ein Röhren-Kondensator 31 angeordnet, der mit Kühlwasser 32 gekühlt ist. Über eine Leitung 33 wird das Kondensat und das Gas von einer Wasserringpumpe 34, das heisst einer volumetrischen Vakuumpumpe angesaugt, worauf das vom Kondensat befreite Gas über eine Leitung 35 freigesetzt oder einer Wiederverwendung zugeführt wird. Durch die Wasserringpumpe 34 wird danach das Vakuum bzw. der Unterdruck in der Trocknungskammer 1, in der Beruhigungskammer 16 und im Behälter 19 erzeugt.
In der prinzipiellen Anordnung der Fig. 1 ist an den Boden des Zyklons 20 über die Klappe 21 die erwähnte Vakuumschleuse angeschlossen. In der Ausführungsform der Fig. 2 ist dargestellt, dass bei besonderem Bedarf zwischen den Zyklon 20 und die handelsübliche Vakuumschleuse 36 eine horizontale Nachbehandlungsstufe 37 angeordnet werden kann, welche ebenfalls unter Vakuum steht. Diese Nachbehandlungsstufe 37 kann, wie dargestellt, aus einem bekannten Bandtrockner, einem Paddeltrockner oder einem anderen mechanischen Vakuumtrockner bestehen. Zudem kann die Nachbehandlungsstufe 37 bedarfsweise mit einer zusätzlichen Heizung oder Kühlung versehen sein. Die Vakuumschleuse 36 ist dann an die Nachbehandlungsstufe 37 angeschlossen. Der Vakuumschleuse 36 wird das fertige Trockenprodukt 38 zwecks Konfektionierung (Verpackung) oder Lagerung entnommen.
In den Fig. 3 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen von Austrittsdüsen 6 und Gaseinlassdüsen 7, 12 der Fig. 1 bzw. 2 im Schnitt näher dargestellt.
In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher das pastöse Produkt extern zerstäubt wird. An dem Endbereich eines an sich bekannten Extruders 40 für das nass verarbeitete, pastöse Produkt 41 ist ein Düsenkopf 42 mit einem sich verengenden Produkt-Kanal 43 angeschraubt. Unmittelbar neben der Austrittsöffnung 44 ist eine Gas- oder Dampfdüse 45 angeordnet, welcher das Gas oder der Dampf 46 über eine Rohrleitung 47 zugeführt ist. Der Gas- bzw. der Dampfstrahl 48 zerstäubt und transportiert das pastöse Produkt. Um das zerstäubte Produkt 49 in der Trocknungskammer 1 der Fig. 1 nach oben zu fördern, kann, falls nötig, eine zweite in Fig. 3 nicht dargestellte Gas- oder Dampfdüse angeordnet sein, beispielsweise in Form der Einlassdüse 12 der Fig. 1 und 2.
Bei der Ausführungsform der Fig. 4 liegt eine in die Austrittsdüse integrierte Zerstäubung des pastösen Produkts vor. Am Ausgang des Extruders 40 ist ein Düsenkopf 50 befestigt, der wiederum den sich verengenden Kanal 43 für das pastöse Produkt 41 aufweist. An die Mündung des Kanals 43 schliesst sich eine zylindrische Mischkammer 51 an. Die Mischkammer 51 mündet über radiale Kanäle 52 mit \ffnungen 52a als Einlassdüsen, von welchen in Fig. 4 eine sichtbar ist, an der Mantelfläche des Düsenkopfs 50. Auf den Düsenkopf 50 ist ein Flanschring 53 dichtend aufgeschraubt, der eine innere Ringnut 54 hat. Die Ringnut 54 steht mit einer äusseren Rohrleitung 55 für das Gas oder den Dampf 46 in Verbindung und wirkt als Verteilkanal für das Gas bzw. den Dampf. Somit wird im Betrieb das Gas oder der Dampf 46 unter hohem Druck in die Mischkammer 51 eingespritzt.
Aus der Mischkammer gelangt das Gas-Produktgemisch 56 über eine sich erweiternde Ausnehmung 57 in die Trocknerkammer 1 der Fig. 1 und 2.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform bezweckt die Bildung eines vorhang- oder schleierartigen Gas- oder Dampfstromes am Ausgang einer Austrittsdüse für das pastöse Produkt. Ein Düsenkopf 58 weist bei der Ausführungsform der Fig. 5 den sich verengenden Produkt-Kanal 43 für das aus dem nicht dargestellten Extruder, an welchem der Düsenkopf 58 befestigt ist, austretenden pastöse Produkt 41. Nach dem Austritt aus dem Produkt-Kanal 43 expandiert der Produktstrom 59 wie angedeutet. Um den verengten Teil des Produkt-Kanals 43 sind in axialer Richtung mehrere radial leicht nach aussen geneigte Kanäle 60 ausgebildet, welche als Einlassdüsen 60a an der Austrittsfläche 61 des Produktstroms 59 münden. Die Kanäle 60 stehen mit weiteren, radialen Kanälen 62 in Verbindung, welchen das Gas oder der Dampf 46 unter Druck zugeführt ist.
Dadurch entsteht ein sich mit grosser Geschwindigkeit fortbewegender, den Produktstrom 59 umgebender Gas- oder Dampfschleier 63.
Eine Zerstäubung des pastösen Produkts ausserhalb der Austrittsdüse kann, im Gegensatz zu Fig. 3, auch durch eine Gas- oder Dampfzuführung aus dem inneren der Austrittsdüse erfolgen, wie dies in der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Ein am Extruder 40 befestigter Düsenkopf 64 ist mit einem ringförmigen, sich verengenden Produkt-Kanal 65 für das pastöse Produkt versehen. Im verengtem Teil des Kanals 65 ist eine axiale Bohrung 66 ausgebildet, die als Einlassdüse 66a an der Austrittsfläche 67 des Produkt-Kanals 65 mündet. Die axiale Bohrung 66 steht mit zwei radialen Kanälen 68 in Verbindung, welchen von aussen das Gas oder der Dampf 46 unter Druck zugeführt ist. Ausserhalb der Austrittsfläche 67 mischt sich das mit hoher Geschwindigkeit austretende Gas mit dem austretenden Produkt 69, zerstäubt dieses und befördert es in axialer Richtung.
Statt einer besonderen Austrittsdüse für das pastöse Produkt kann der Extruder 40 gemäss Fig. 8 auch nur einen einfachen, offenen Austritt 70 aufweisen. Diese Ausführungsform ist dann von Vorteil, wenn das Produkt in der Trocknerkammer durch die Expansion von sich aus in kleine Stücke zerplatzt und nur noch mit Dampfstrom gefördert werden muss.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anlage ist die Trocknerkammer 1 immer ein senkrecht angeordnetes Rohr, in welchem das Produkt im Vakuum durch den Gasstrom von unten nach oben gefördert wird. Wenn es bauliche Verhältnisse erfordern, kann die Förderung des Produkts aber auch in umgekehrter Richtung erfolgen: Anstelle eines Steigrohrs ist dann die Trocknerkammer ein Fallrohr, in welches das Produkt am oberen Rohrteil statt am untersten Rohrteil eingespiesen wird.
Neben den beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der erfindergemässen Anlage sind weitere, nicht dargestellte Varianten möglich. Beispielsweise kann als Speiseeinrichtung für das pastöse Produkt anstelle eines Extruders eine Pumpe oder ein anderes Fördermittel vorgesehen werden. Ein Extruder weist jedoch den Vorteil auf, dass er das in die Trocknerkammer geleitete Produkt vorwärmt, so dass eine zusätzliche Heizung in der Trocknerkammer in den meisten Fällen unnötig ist. Als weiteres Variantenbeispiel sei angeführt, dass die Trocknerkammer sich konisch gegen oben öffnend ausgebildet sein kann, was das verkleben der Trocknerwand verhindern kann.
Eine zusätzliche Wärmeübertragung, welche das Trocknen beschleunigt, findet auch vom Gas an das Produkt statt. Dies geschieht dort, wo das Gas oder der Dampf überhitzt ist und eine höhere Temperatur aufweist als das Produkt. Bei intensiver Durchwirbelung, vor allem kleiner und poröser Partikel im Gas-Dampf-Strom, findet gerade mit dieser Erfindung ein intensiver Wärme- und Stoffaustausch statt, welcher die Trocknung wesentlich beschleunigen kann.
Durch gegenüber dem Produkt tiefere Gas-Temperaturen können ggf. Kristallisationsvorgänge eingeleitet werden.
The present invention relates to a method for the continuous treatment of a wet processed, pasty product and to a plant for carrying out the method.
It is known for the conditioning and drying of a wet processed, pasty product, in particular a food product, to carry out an extrusion of the pasty product and subsequently to air dry it. It is also known to carry out drying in a vacuum and to use a vacuum belt dryer for this purpose.
Compared to these known methods and systems, which have the disadvantage of a long dwell time of the product to be dried either in air or in vacuum and thus a relatively low output of dry product, the realization of the idea of extrusion and vacuum belt drying of the pasty product offers to combine the Advantage of a higher output. The reason for this is that the extruder is already heating the product to be treated, so that it does not have to be heated in the vacuum space. In addition, with expanding products, the direct transition of the product heated in the extruder into the vacuum space results in better expansion, which shortens the drying process.
Disadvantages with such a conceivable combination, however, are that there are significant installation difficulties for the system, which result from the size and weight and from the operation of the known machines and apparatuses to be provided and can only be solved by costly structural and apparatus measures. In addition, the known vacuum belt drying has the main disadvantage of poor use of space.
It is an object of the present invention to provide a process for the continuous treatment of a wet-processed, pasty product and a plant for carrying out the process, which avoid the disadvantages mentioned and rapid drying of the pasty product and the achievement of different structures of the dried while using less space Enable the product with simple means.
According to the invention, the method has the features stated in patent claim 1. By applying a high-speed gas stream to the pasty product in a vacuum area, there is no need for complex mechanical conveying devices in the vacuum area. Furthermore, the drying of the product moved by the gas stream takes place particularly quickly. In addition, a corresponding type of introduction of the gas flow into the vacuum area allows, for example, either to atomize the feed or to convey it as a coherent mass of material, that is to say as a strand. The gas can be an inert gas or water vapor.
The system according to the invention is characterized by the features stated in the patent claim. Since the evacuable drying chamber is tubular, there is essentially only a respective space requirement in the vertical direction, whereby nozzle devices for the gas together with their control elements and also the separating device for separating the dried product from the gas can have a simple structure.
According to the invention, the drying dynamics can be improved by:
1. An expansion effect in a vacuum; results in a controlled porosity of the product.
2. An atomization, whereby a large surface is achieved.
3. Intensive mixing; The turbulent convection increases the mass and heat exchange.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. The following are shown in schematic representations:
1 shows a system according to the invention for the continuous drying of a pasty product in a basic embodiment,
2 the system with details,
3 shows a first nozzle arrangement at the outlet of an extruder for external atomization of the product,
4 shows a second nozzle arrangement at the outlet of an extruder for integrated atomization and mixing of the product with steam,
5 shows a third nozzle arrangement at the outlet of an extruder for accelerating the product through a steam guide,
6 shows a fourth nozzle arrangement at the outlet of an extruder for atomizing the product from the inside,
7 shows a section along the line VII-VII in FIG. 6,
8 shows an open extruder outlet without an actual nozzle.
1, the system basically has a tubular, vertical drying chamber (1) which is anchored to the floor (3) via a base (2).
A feed tube 4 is connected on the feed side to the output side of an extruder, not shown, which is indicated by an arrow 5. The feed pipe 4 opens in the lower end region of the dryer chamber 1 with an upwardly directed outlet nozzle 6. The dryer chamber 1 is sealed airtight and evacuated by means of a vacuum system, not shown. The outlet nozzle 6 is thus in a vacuum space.
The outlet nozzle 6 for the pasty product fed via the feed pipe 4 from the extruder 5 is assigned an inlet nozzle 7 for a gas introduced into the drying chamber 1, which passes from a gas connection 8 under pressure through a channel 9 formed in the feed pipe 4 to the inlet nozzle 7 and becomes mixes there with the pasty product. The gas arriving at the outlet nozzle 6 at high speed atomizes the outlet pasty product and accelerates it upwards in an indicated mixed flow 10. The inlet nozzle 7 can be integrated into the outlet nozzle 6 to form an integrated two-substance atomization system. Such an integrated arrangement is explained below with reference to FIG. 4.
Between the extruder 5 and the outlet nozzle 6, a switching valve 11 for the product, which is only indicated in FIG. 1, is arranged for starting up and shutting down the system and for safety reasons.
Below the outlet nozzle 6, in addition or as an alternative to the inlet nozzle 7, another gas inlet nozzle 12 is shown schematically, which is provided with an outer gas connection 13 and also produces a gas curtain indicated by arrow 14 at high speed. An outlet nozzle for the pasty product with an inlet nozzle for producing such a gas curtain or gas curtain is explained below with reference to FIG. 5.
The inside wall of the drying chamber is polished to prevent the product from sticking. 15 denotes a manhole so that in particular the lower end region of the drying chamber 1 is easily accessible for inspection, maintenance and cleaning.
A vacuum between 5 and 200 mbar prevails in the drying chamber 1. The gas is introduced into the dryer chamber 1 in a liquid or gaseous state via the inlet nozzles 7 and 12. The gas pressure is between 100 mbar and 6 bar. The tube of the dryer chamber 1 is designed so that high gas velocities between 2 and 300 m / sec can arise. Instead of a gas, preferably an inert gas, water vapor can also be introduced into the drying chamber 1. The gas flows around the pasty product emerging from the feed pipe 4 in such a way that it either tears the emerging product into smaller to larger particles and thus carries it upward in the drying chamber 1, or that it follows the emerging product as a coherent profile or as a strand leads above. The speed of the gas is much higher than that of the product being pumped.
From the set of impulses, mass x velocity = constant, the necessity of a high gas velocity for the achievement of a certain conveying velocity of the product results, since the mass of the gas is considerably smaller than that of the product.
The vertical dryer chamber 1 has a length of 3 to 12 m depending on the purpose of the system. At its upper end, a horizontal calming chamber 16 is attached to the drying chamber 1, into which the gas-product mixture is deflected horizontally. In the settling chamber 16, the flow rate of the gas-product mixture is reduced 10 to 100 times. To redirect the gas-product mixture, a further nozzle-shaped gas inlet 17 is arranged above the drying chamber 1 on the settling chamber 16. 1 that further annular gas inlet nozzles 18 are arranged along the tube of the drying chamber 1, one of which is shown schematically in FIG. 1.
The additional gas inlet nozzles 18 serve to keep the gas product stream 10 in certain desired paths and to prevent the product from sticking to the inner surface of the drying chamber 1.
After leaving the calming chamber 16, the gas-product mixture passes into a container 19 which is designed as a product separator and which is designed in a lower part in a manner known per se as a cyclone 20. Via a flap 21, the dried product 22 is fed to a vacuum lock (not shown in FIG. 1), after which the product can be packaged or used in some other way. The gas 23 entering the container 19 with the product is drawn off via a filter 24 and a pipe socket 25, preferably from the vacuum device, not shown, for example via a condensation device.
In Fig. 2 a system according to the basic arrangement of Fig. 1 is shown schematically with some details and additional facilities. To the extent that they correspond, the individual parts in FIG. 2 are identified in the same way as in FIG. 1.
The system of FIG. 2 in turn comprises the vertical, tubular dryer chamber 1, which is connected to the horizontal calming chamber 16 at its upper end. At the lower end of the air-tightly sealed dryer chamber 1, the outlet nozzle 6 for the pasty product combined with the gas inlet nozzle 7 is arranged.
The outlet nozzle 6 is connected to the outlet of the extruder 5 via the feed pipe 4 and the product changeover valve 11. The further gas inlet nozzle 12 is arranged below the outlet nozzle 6. The additional gas inlet nozzles 17 and 18 are arranged at the deflection point of the dryer chamber 1. All gas inlet nozzles 7, 12, 17 and 18 are fed by an indicated gas generating device 26, for example a device for generating saturated steam, via individual metering devices 27. The container 19 with the cyclone 20, the filter 24 and the suction nozzle 25 is connected to the calming chamber 16.
In order to prevent condensation, parts of the system that come into contact with gas, with the exception of those parts that are completely in the gas space, are advantageously provided with an auxiliary heating device. For this purpose, as indicated, the dryer chamber 1, the calming chamber 16 and the container 19 are surrounded by a double jacket 28. In the intermediate space formed by the double jacket 28, a heating medium, for example hot water, is supplied from a corresponding heating medium source 30 via lines 29.
A tube condenser 31, which is cooled with cooling water 32, is arranged on the pipe socket 25 for suctioning off the gases from the upper region of the container 19. The condensate and the gas are drawn in via a line 33 by a water ring pump 34, that is to say a volumetric vacuum pump, whereupon the gas freed from the condensate is released via a line 35 or is fed to a reuse. The water ring pump 34 then creates the vacuum or negative pressure in the drying chamber 1, in the settling chamber 16 and in the container 19.
In the basic arrangement of FIG. 1, the aforementioned vacuum lock is connected to the bottom of the cyclone 20 via the flap 21. The embodiment of FIG. 2 shows that, if there is a particular need, a horizontal aftertreatment stage 37 can be arranged between the cyclone 20 and the commercially available vacuum lock 36, which is also under vacuum. As shown, this post-treatment stage 37 can consist of a known belt dryer, a paddle dryer or another mechanical vacuum dryer. In addition, the aftertreatment stage 37 can be provided with additional heating or cooling if necessary. The vacuum lock 36 is then connected to the aftertreatment stage 37. The finished dry product 38 is removed from the vacuum lock 36 for the purpose of packaging (packaging) or storage.
3 to 8 different embodiments of outlet nozzles 6 and gas inlet nozzles 7, 12 of FIGS. 1 and 2 are shown in detail in section.
3 shows an arrangement in which the pasty product is atomized externally. A nozzle head 42 with a narrowing product channel 43 is screwed onto the end region of an extruder 40 known per se for the wet-processed, pasty product 41. Immediately next to the outlet opening 44 is a gas or steam nozzle 45, to which the gas or steam 46 is supplied via a pipeline 47. The gas or steam jet 48 atomizes and transports the pasty product. In order to convey the atomized product 49 upward in the drying chamber 1 of FIG. 1, if necessary, a second gas or steam nozzle, not shown in FIG. 3, can be arranged, for example in the form of the inlet nozzle 12 of FIGS. 1 and 2 .
In the embodiment of FIG. 4, there is atomization of the pasty product integrated into the outlet nozzle. At the outlet of the extruder 40, a nozzle head 50 is fastened, which in turn has the narrowing channel 43 for the pasty product 41. At the mouth of the channel 43 there is a cylindrical mixing chamber 51. The mixing chamber 51 opens out via radial channels 52 with openings 52a as inlet nozzles, one of which is visible in FIG. 4, on the lateral surface of the nozzle head 50. A flange ring 53, which has an inner annular groove 54, is screwed tightly onto the nozzle head 50. The annular groove 54 is connected to an outer pipeline 55 for the gas or the steam 46 and acts as a distribution channel for the gas or the steam. Thus, in operation, the gas or vapor 46 is injected into the mixing chamber 51 under high pressure.
The gas-product mixture 56 passes from the mixing chamber via an expanding recess 57 into the dryer chamber 1 of FIGS. 1 and 2.
The embodiment shown in Fig. 5 aims to form a curtain or veil-like gas or steam flow at the outlet of an outlet nozzle for the pasty product. In the embodiment of FIG. 5, a nozzle head 58 has the narrowing product channel 43 for the pasty product 41 emerging from the extruder, not shown, to which the nozzle head 58 is fastened. After emerging from the product channel 43, the nozzle head 58 expands Product stream 59 as indicated. Around the narrowed part of the product channel 43, a plurality of channels 60 which are slightly inclined radially outward are formed in the axial direction and open out as inlet nozzles 60a on the outlet surface 61 of the product stream 59. The channels 60 are connected to further radial channels 62, to which the gas or steam 46 is supplied under pressure.
This creates a gas or vapor curtain 63 which moves at high speed and surrounds the product stream 59.
In contrast to FIG. 3, the pasty product can also be atomized outside the outlet nozzle by supplying gas or steam from the inside of the outlet nozzle, as shown in the embodiment of FIGS. 6 and 7. A nozzle head 64 fastened to the extruder 40 is provided with an annular, narrowing product channel 65 for the pasty product. In the narrowed part of the channel 65, an axial bore 66 is formed, which opens as an inlet nozzle 66a on the outlet surface 67 of the product channel 65. The axial bore 66 is connected to two radial channels 68, to which the gas or steam 46 is supplied from outside under pressure. Outside the exit surface 67, the gas emerging at high speed mixes with the emerging product 69, atomizes it and conveys it in the axial direction.
Instead of a special outlet nozzle for the pasty product, the extruder 40 according to FIG. 8 can also have only a simple, open outlet 70. This embodiment is advantageous if the product in the dryer chamber bursts into small pieces due to the expansion and only has to be conveyed with steam.
In the previously described embodiments of the system according to the invention, the drying chamber 1 is always a vertically arranged tube in which the product is conveyed in a vacuum from the bottom upwards by the gas stream. If structural conditions require it, the product can also be conveyed in the opposite direction: Instead of a riser pipe, the dryer chamber is a downpipe into which the product is fed in at the upper pipe section instead of the lowest pipe section.
In addition to the described and illustrated embodiments of the system according to the invention, further variants, not shown, are possible. For example, a pump or other conveying means can be provided as the feed device for the pasty product instead of an extruder. However, an extruder has the advantage that it preheats the product fed into the drying chamber, so that additional heating in the drying chamber is unnecessary in most cases. As a further variant example, it should be mentioned that the dryer chamber can be designed to open conically towards the top, which can prevent the dryer wall from sticking.
An additional heat transfer, which accelerates drying, also takes place from the gas to the product. This happens where the gas or steam is overheated and has a higher temperature than the product. In the case of intensive whirling, especially small and porous particles in the gas-steam flow, an intensive heat and material exchange takes place with this invention, which can significantly accelerate the drying.
If the gas temperature is lower than that of the product, crystallization processes may be initiated.