DD215619A1 - Verfahren und vorrichtung zur trocknung thermolabiler anbackungsanfaelliger stoffe - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfaelliger Stoffe zur Anwendung in stoffverarbeitenden Bereichen. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen ein Anbacken und eine thermische Schaedigung der Stoffe bei ihrer Trocknung verhindert, die Produktausbeute erhoeht und die Waermeverluste vermindert werden koennen. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, alle Apparateteile, mit denen der zu trocknende Stoff in Beruehrung kommen kann, unterhalb der Temperatur zu halten, bei der die Gefahr eines Anbackens und einer thermischen Schaedigung besteht. Erfindungsgemaess wurde diese Aufgabe geloest, indem beim Trocknungsverfahren das Trocknungsmedium vor seiner Aufheizung um alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen gefuehrt wird, um diese zu kuehlen. Zur Realisierung dieses Verfahrens wurde eine erfindungsgemaesse Vorrichtung entwickelt, bei der alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Raeumen umgeben sind, durch die das Trocknungsmedium vor seiner Aufheizung gefuehrt wird.
Description
Verfahren und Vorrichtung·'zur Trocknung thennolabiler anbackungsanfälliger Stoffe . ,
Die Erfindung ist In stoffverarbeitenden Bereichen dar VoLks. wirtschaft, wie der chemischen Industrie, der Nahrungsgüter-. wirtschaft, der pharmazeutischen Industrie anwendbar, wenn es darauf ankommt, beim Trocknen von Stoffen ein Anbacken oder eine thermische Schädigung zu verhindern·
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bei den bekannten Verfahren und, Vorrichtungen zur Trocknung wird das zu trocknende Gut mit dem Trocknungsmedium in'einem Trocknerraum kontaktiert, dessen Wandungen, insbesondere am Eintritt des Trocknungsmediums (z, B» der Anströmboden von Wirbelschichttrocknern), eine höhere Temperatur besitzen als das zu trocknende Gut· Auch Einbauten zur mechanischen Vermischung im Trocknerraum können eine höhere Temperatur als das zu trocknende Gut aufweisen» Insbesondere bei der Inbetriebnahme von Trocknern : sind in der Regel alle den Trocknerraum begrenzenden Wandungen und in ihm vorhandenen Einbauten vor Einbringen des zu ^trocknenden Gutes in den Trocknerraum nahezu bis auf die Temperatur des Trocknungsmediums aufgeheizt» Bei der'Trocknung thermolabiler, zum Anbacken neigender. Produkte kommt es wegen der nicht auszuschließenden Berührung von zu trocknendem Produkt und heißen Wandungen sowie Einbauten zu ProduktSchädigungen.
I Λ Λ Π j.
Besonders groß ist die Gefahr des Aufheizens der Wandungen und Einbauten auch während des Betriebes von Trocknungsanlagen» wenn infolge vonBetriebsstörungen die Zufuhr von zu trocknendem Gut unterbrochen.wird oder dessen Eintritts- feuchte stärk schwankt·.
Um d'ie Kontaktierung von Teilchen einer Wirbelschicht mit dem heißen Anströmboden zu verhindern, ist in der Patentschrift DE-OS 23 35 514 vorgesehen, das Trocknungsmedium durch gesonderte, die untere Begrenzungswandung des Wirb elraumes durchstoßende Rohre in den Trocknungsraum zu führen· Besonders bei Inbetriebnahme ist aber auch dadurch ein Aufheizen der unteren Begrenzungswandung des Wirbelraumes nicht verineidbar· .' . ' - ' Bisher ist kein Verfahren und auch keine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, mit Hilfe derer die . gesamte den Trocknerraum begrenzende Wandung sowie auch alle Einbauten im Trocknerraum sowohl im Zustand der Inbetriebnahme als auch während des Betriebes sowie bei Betriebsstörungen unterhalb, der Eintrittstemperatur des ,20 Trocknungsmediums'gehalten werden können« Damit ist die Trocknung thermolabiler, zum &nbacken neigender Produkte immer mit einer Qualitätsminderung verbunden. Zwar kann mit bekannten Lösungen dem Aufheizen mit einer schlagartigen Temperatursenkung des Trocknungsmediums.begegnet
25. werden, jedoch ist diese Maßnahme-'mit einem großen Segelaufwand verbunden·
,Ziel 'der ISr-findung \. - '
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine-entsprechende-Vorrichtung zu entwickeln, mit Hilfe derer ein Anbacken und eine thermische Schädigung.dazu neigender Stoffe im Verlaufe des Trocknungsprozesses '.verhindert und die Produkt ausbeute sowie die Produktqualität erhöht werden können· Gleichzeitig sollen mit dem Verfahren und der Vorrichtung Wärmeverluste vermindert und damit eine bessere EnergieÖkonomie gegenüber bisherigen Trocknungsverfahren erreicht werden» - .
Die Verhinderung des Anbackens und einer thermischen Schädigung muß sich auch auf die Inbetriebnahme und auf Be-* triebsstörungen beziehen*
Der Erfindung"liegt die Aufgabe zugrunde, alle Apparateteile, mit denen der zu trocknende Stoff in Berührung kommen kann, unterhalb der Temperatur zu halten, bei der die Gefahr eines • Anbackens und einer thermischen Schädigung besteht· Mit bisher bekannten Trocknungsanlagen, insbesondere Wirbelschichtanlagen, ist das Ziel, ein Anbacken und eine thermische Schädigung dazu neigender Stoffe zu verhindern, nicht zu erreichen., da.bei Inbetriebnahme zunächst alle Apparate-, teile'annähernd die das Anbacken hervorrufende hohe Temperatur des eintretenden Trocknungsmediums besitzen und bei Betriebsstörungen sich die inneren Apparateteile wieder zeitweise aufheizen können bzw· kommt es an Toträume begrenzenden ApparateteiIeη zu örtlichen Temperaturerhöhun-. .gen». , . ' . . . '
Brfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrenstechnisch in der iOrm gelöst, daß ein Trocknungsmedium durch eine Trocknungsanlage hindurchgezogen wird, wobei ein kaltes Trocknungsmedium durch die Bäume des Trocknungsapparates, die in und um einen Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, durch einen AiUfheizer und das aufgeheizte Trocknungsmedium durch den Trocknerraum.strömt und mit dem zu trocknenden Gut kontaktiert und dabei abkühlt, das abgekühlte und befeuchtete Trocknungsmedium durch einen Abscheider und,das von Feststoffteilchen befreite abgekühlte und befeuchtete Trocknungsmedium durch die Saugseite in einen Verdichter, durch den Verdichter und über dessen Druckseite aus der Trocknungsanlage herausströmt, ;
"Es gehört weiter zur Erfindung, daß das kalte Trocknungsmedium in den Räumen des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit. besitzen als das erwärmte
Trocknungsinedium im Trocknerraum (1,1 bis > mal) und daß
alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen eine geringere Temperatur aufweisen als diejenige, bei der ein Anbacken und eine thermische Schädigung erfolgen kann (0,4 bis 0,9 mal Eintritt stemperätur des Trocknungsmediums)· Zur Realisierung der Verfahrensschritte und zur Einstellung der Ströme des kalten Trocknungsmediums durch die Räume des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, sind Drosselklappen erfor— derlich und die Wärmeübertragungsoberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen su den Räumen, die ,diese umgeben, sind 1,05 bis 1,2 mal größer als zum Trocküerraum und es ist. zur Gewährleistung der verfahrensge- · rechten, Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeitsverhältnisse ein Trocknungsapparat mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwenden» Drückende Betriebsweise ,bezüglich des Trocknung sine diuins: Eür den Fall, daß das Trocknungsmediuin durch die Trocknungsanlage gedrückt'wird, ändern sich die Verfahrensschritte in- sofern, als das kalte Trocknungsmedium von einem Verdichter angesaugt und von dessen Druckseite in die Räume des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben,· gelangt» Im übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren identisch wie bei saugender 3 et rieb s*- weise bezüglich des Trocknungsmediuias.
Zur Durchführung des Verfahrens, bei dem das Trocknungsmedium durch die Trocknungsanlage hindurchgesogen wird, wurde mit Hilfe eines an sich bekannten Trocknungsapparates, insbesonv dere eines Wirbelschichtapparates, eine Vorrichtung gefunden, indem alle in und .um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Räumen umgeben werden, durch die das kalte Trocknungsmedium geführt wird«· Die Oberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerräum abgewandt sind, werden größer als die ausgeführt, die dem Trocknerraum augewandt sind (0,5 % bis 20.%)«..
A.n der Trennwand des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum, umgibt und an der Trennwand des Raumes, der den Anströmboden umgibt , sind an gegenüberliegenden Seiten Stutzen
angeordnet· Der eine Stutzen ist zur Umgebung offen und vom anderen führt eine Verbindungsleitung zur kalten Trocknungs—' mediumeintrittsseite des Heizers. An einem der beiden Stutzen befindet sich eine Drosselklappe· Zwischen der heißen Trocknungsmediumsaustrittsseite dss Heizers "and der Trocknungsmediumvertellungskammer des Trpcknungsappärates befindet sich eine Verblndungsleitung»
Kaltes Trocknungsmedium wird in den Trocknerraum umgebenden Baum, in die Räume, die im Trocknerraum vorhandene Teile, insbesondere solche zur mechanischen Vermischung, umgeben und in den Raum, der den Anströmboden umgibt, durch die entsprechenden Stutzen angesaugt, durchströmt diese Räume und kühlt dabei alle den Trocknerraum umgebenden und in diesem angeordneten Wandungen bis auf eine gewünschte Temperatur« Die dazu erforderliche Einstellung der Volumenströme des Trocknungsinediums erfolgt mittels der Drosselklappen· • Das erwärmte Trocknungsmedium gelangt durch die Verbindungsleitungen in die kalte Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers und wird, indem es durch diesen,hindurchfließt, bis auf die erforderliche Trocknungsmediumeintrittsteinperatur aufgeheizt· .
. Durch eine Verbindungsleitung strömt das aufgeheizte .Trocknungsmedium in die Trocknungsmediumverteilungskammer des : Trocknungsapparates und durch den Anströmboden in den Trocknerraume Im Ergebnis der Kontaktierung zwischen zu trocknendem Stoff und Trocknungsmedium nimmt letzteres feuchtigkeit . auf. Dabei kühlt sich der zu trocknende Stoff, solange auf dessen Oberfläche noch eine Restfeuchte vorhanden ist, bis auf die.Kühlgrenztemperatur ab und die Temperatur des Trocknungsmediums sinkt bis auf eine Temperatur oberhalb der Kahlgrenztemperatur· Das befeuchtete und abgekühlte Trocknungs-medium gelangt'danach in einen Abscheider, in welchem mitgeführte feste Stoffe abgetrennt werden und von dort zur Saug- seife eines Verdichters· .
Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums:/ Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediüms die gleiche, wie die für die saugende, nur sind jeweils zwischen den Stutzen an den Trennwänden der Bäume um den Trocknerraum, um die im .Trocknerraum, vorhandenen Teile und um den Anströmboden, die bei der saugenden Betriebsweise zur Umgebung offen sind und der Druckseite eines Verdichters Verbindungsleitungen angeordnet·
Bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums. .ist die funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber saugender dahingegen unterschiedlich, indem das kalteTrqck- nungsmedium. von einem Verdichter durch.die Verbindungsleitungen zwischen dessen Druckseite und jeweils den Stutzen an den Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum vorhandenen Teile und um den Anströmboden gedrückt wird und durch diese Räume hindurchströmt· Dabei werden alle um und-in dem Trocknerraum vorhandenen Wandungen gekühlt, '
A-usführungsbeispiel \
Die Erfindung soll nachfolgend an den ikusführungsb ei spielen mit den Fig· 1 bis 4 näher erläutert werden,- wobei die Fig» 1 die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums, die Fig« 3 die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums zeigt. In den Fig. 2 und 4 sind die-A.nströmboden von Fig* 1 und Fig.. 3 dargestellt. Das kalte Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01 kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird in die Eäume des Trocfcnungsapparates 3j eines Wirbelscaichttrock- ners, die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandüngen umgeben, angesaugt: in den Raum 5 zur Umgebung-, der den Trocknerraum 8 umgibt, durch den Stutzen 13ϊ in den Baum 6, der im.Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, im Beispiel einen mechanischen Rührer,durch den Stutzen 17; in den Saum 7»der den Anströmboden umgibt, durch den Stutzen
'35 16· Das kalte Trocknungsmedium durchströmt diese Räume, kühlt dabei alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen auf 328 E ab und wird selbst auf 323 K aufgeheizt* Ss verläßt
diese Bäume durch den Stutzen 14, 15» 18 und gelangt durch die Verbindungsleitungen 20, 21, 22 zur kalten Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers 23· Me Volumenströme an Trocknungsmedium durch die drei Räume werden mit Hilfe von Drosselklappen 9, 10, 11 eingestellt: 150 nr/h mit der Drosselklappe 9» 350 r/h mit der Drosselklappe 1Oj 4500 r/h mit 'der Drosselklappe 11· Im Heizer 4, einem Rippenrohrwärmeüberb rager, erwärmt 'sich das Trocknungsmedium auf 403 £ und wird über die Trocknungsaustrittsseite 24 in die Trocknungsmediumverteilungskammer 27 des 'Trocknungsapparates 3 geleitet. Durch den Anströmboden 12 strömt das'Trocknungsmedium in den Trocknerraum 8, eine Wirbelkammer· Dort kommt es zur Kontaktierung mit dem zu trocknenden thermolabilen, anbackungsanfälligen Stoff, im vorliegenden- Falle 250 kg/h mit ca.
60 Massen-/^ Feuchtigkeit aus einer Zentrifuge kommende Reibsei roher Kartoffeln· Das im Ergebnis- der Kontaktierung auf ν 0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und auf 333 K abgekühlte Trocknungsmedium gelangt mit dem bis auf 10 Massen-% Restfeuchte getrockneten Stoff in einen Abscheider 2, beispielsweise in einen Zyklon, in dem der getrocknete Stoff vom Trocknungsmedium getrennt wird«. Letzteres, . ': von einem Verdichter.1 angesaugt, strömt dessen Saugseite zu und verläßt ihn wieder durch seine Druckseite 26; der Druckaufbau beträgt 550 mmWS·
Der Trocknungsapparat 3 nach Fig» 1, ein an sich bekannter Wirbelschichtapparat mit einem Durchmesser des Trocknerraumes 8 von 800 mm, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß
- infolge von Oberflächenvergrößerungselementen 19: i£ Form stumpf aufgeschweißter kompakter Zylinder·· mit 20 mm Durch- . · messer und 30 mm Länge die Wärmeübertragungsflache der ..'. Trennwand zum ^aum zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, um 10 % größer ist als die Wärmeübertragungsflache dieser Trennwand zum Trocknerraum 8;
- bei 1000 mm Außendurchmesser des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmediums in diesem 20 % größer ist als die im Trocknerraum 8 j ' . . :
·-. 8 - . '
' ' P
-•bei einem Strömungsquerschnitt von 100 cm in dem .ttaum 7,» der den anströmboden umgibt, die Geschwindigkeit des Trocknung smediums in dem aus geschlossenen Kanälen zusammengesetzten Anströmboden 12 um 20 % größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im 'Trocknerraum.
—1
Die Drehzahl des mechanischen Mischers beträgt 3Q min , und das Öffnungsverhältnis des Anströmbodens ist mit 8 % festgelegt. . . — Drückende Betriebsweise bezüglich des -Trocknungsmediums:
Das erfindungsgemäße Verfahren bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums soll anhand eines Ausführungsbeispieles, in Eig· 3 dargestellt, erläutert werden. Das kalte Trocknungsmedium mit 293 & Umgebungstemperatur und' 0,01 kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird von einem Verdichter 1 angesaugt und mit einer Temperatur von 303 K und, 550 mmWS Überdruck gegenüber der Umgebung in die Räume des Trocknungsapparates 3j gleichfalls eines Wirbel—* schichttrockners, die alle in. und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen umgeben, gedrückt» ' Die weiteren Verfahrensschritte sind identisch denen, die, bei säugender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums ablaufen· Abweichend davon, verläßt das auf 343 £ abgekühlte, auf 0,038' kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und. von aus der Wirbelschicht mitgeführten Kartoffelreibsel befreite Trocknungsmedium die Trocknungsanlage nach Durchströmen des . Abscheiders 2« Auch, der erfindungsgemäß gestaltete Trocknungsapparat 3» ebenfalls ein an sich bekannter Wirbelschicht-'apparat, ist, bis auf die Ausführung des mechanischen Mischers, identisch dem Trocknungsapparat nach Fig. 1 für die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums. Da der Saum 7» ' der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums zur Atmosphäre abgeschlossen sein muß, sind, wie in der Fig. 3 dargestellt, für den Sin- und Austritt des ,Trocknungsmediums .je eine Zuführungs- und eine Abführungskammer erforderlich.
Claims (7)
1, Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe mittels Kontaktierung mit einem Trocknungsmedium, das von<einem Verdichter nacheinander durch einen Heiser, durch einen 'Trocknungsapparat)? vor zugsweise einen Wirbel- . schicht apparat und durch einen Abscheider gesaugt wird., 'gekennzeichnet dadurch, daß von dem Trocknungsmedium vor Eintritt in den Heizer (4) Bäume des Trocknungs- apparates (3) die in und um den Trocknerraum (8) vorhan-, dene Wandungen umgeben: einen Raum (5)» dar den Trocknerraum (S) umgibt $ einen Raum (7}, der den Anströmboden (12) umgibt, sowie einen Raum (6), der im Trocknerraum (8) vor-. handene Teile umgibt, durchströmt werdeno
2· Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälligerbstoffe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Trocknungsinedium in den Räumen-, des Trocknungsapparates (3)> die alle in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen umgeben, eine 1,1 bis 5 nial höhere Geschwindigkeit besitzt als im Trocknerraum»
3·1 Verfahren zur Trocknung theraolabiler anbackungsanfälli- ger Stoffe nach den Punkten,1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß alle in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen eine 0,4 bis 0,9 mal geringere Temperatur aufweisen als das Trocknungsmedium bei Eintritt. in den Trocknerraum besitzt.. .
4« Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe nach den Punkten 1 bis 3j gekennzeichnet dadurch, daß die Ströme des Trocknungsmediums durch die einzelnen Räume einstellbar gestaltet werden.
5· Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, 'daß das Trocknungsmedium vom Verdichter (1) durch die Eäume, die alle in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen umgeben., gedruckt wird»
6· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe in der Ausführung eines Tifirbelschichttrockners, gekennzeichnet dadurch, daß alle in und um einen Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen, von Räumen umgeben sind, die jeweils an entgegengesetzten'Seiten Öffnungen mit Stutzen (13 bis 18) : besitzen, wobei immer an einer öffnung eine Drosselklappe (9 bis 11) angeordnet ist·.
7» Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächen der in μηά um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen, die vom Trodknerraum (8) abgewandt sind, 0,5'% bis 20 % größer ausgeführt werden als die Oberflächen, die dem Trocknerraum (8) zugewandt sind«·
.- Hierau X Blatt Zeichnungen -
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