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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prozessgasverteilung in
einem Trockenturm, insbesondere für Sprühtrocknungsanlagen für die Milch-, Food-
und Pharmaindustrie.
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Bekannt
ist ein zylindrischer Trockenturm für Sprühtrocknungsanlagen, bei dem
das in einem Wärmetauscher
erhitzte Prozessgas, vorzugsweise Prozessluft, dem eigentlichen
Gasverteiler in horizontaler Richtung zugeführt wird. Der Gasverteiler
selbst ist im Zentrum der oberen Turmdecke eingebaut. Das um den
Gasverteiler angeordnete Gehäuse
zum Zuführen
des Prozessgases ist zum Umfang des Gasverteilers hin spiralartig
ausgebildet. Durch den gegenüber
dem Gasverteiler abnehmenden Raum bleibt die Strömungsgeschwindigkeit der Prozessluft am
gesamten Umfang des Gasverteilers gleich. Am Umfang des Gasverteilers
sind in mehreren Ebenen vertikal stehende und radial verlaufende
Luftleitschaufeln angeordnet, über
die das auch eine rotierende Bewegung enthaltene Prozessgas einem
Gasverteiler zugeführt
wird. In diesem Gasverteiler erhält das
Prozessgas eine Richtungsänderung
in vertikale Richtung. Dazu besteht der Gasverteiler aus mehreren übereinander
angeordneten kegel- bzw. konusartig geformten Gasleitringen, die
in ihrem vertikalen Abstand zueinander fest beabstandet sind. In
ihrem Querschnitt sind die Gasleitringe schräg nach unten zu ihrer Öffnung hin
sowie jeweils zueinander unterschiedlich ausgebildet, um ein Geschwindigkeitsprofil
mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten
der Prozessluft zu erreichen. In den Öffnungen der Gasleitringe ist
axial zum Trockenturm eine Zuführung
für das
zu trocknende Gut angeordnet. Am Austritt des Gasverteilers in den
Trockenraum des Trockensturms wird dem Gasstrom das zu trocknende
Konzentrat entweder über
Düsen oder
Zerstäuberscheiben
zugeführt
und innerhalb des Trockenturms und den nachgeschalteten Anlageteilen
getrocknet, wodurch das Gut seine endgültigen Eigenschaften erhält. Dieser
Gasverteiler ist baulich sehr aufwendig und besitzt eine starre
Luftmengenverteilung, wodurch in der Sprühtrockenanlage nur ein Produkt
oder nur eine gleiche Produktmenge des zu trocknenden Gutes getrocknet
werden kann. Die am Gasverteiler ausströmende Prozessluft besitzt keine optimale
Geschwindigkeitstrennung der einzelnen im Gasverteiler erzeugten
Luftströme.
Eine Einstellung von unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofilen
für andere
Produkte ist, wenn überhaupt,
nur bei Stilllegung der Anlage mit hohem Aufwand möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Prozessgasverteilung
in einem Trockenturm zu schaffen, die baulich einfach und unaufwendig herstellbar
ist, wobei das Trocknen des zu trocknenden Gutes energieverbrauchsoptimiert
mittels eines mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofilen direkt auf
das versprühte
Trockengut strömenden
Prozessgases zum Erreichen gewünschter
Trockenguteigenschaften erfolgen soll. Außerdem sollen in einem Trockenturm
und damit in der gesamten Sprühtrocknungsanlage
unterschiedliche Produkte oder gleiche Produkte in jeweils unterschiedlicher
Durchflussmenge mit den gewünschten
Eigenschaften herstellbar sein.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Einrichtung zur Gasverteilung in einen Trockenturm
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Weitere detaillierte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 beschrieben.
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Der
Gasverteiler der gattungsgemäßen Einrichtung
besteht aus mindestens zwei vertikal zueinander beabstandeten und
jeweils aus Trichterkegel und Trichterrohr bestehenden Trichtern.
Dabei tauchen die Trichter in den jeweils benachbarten unteren Trichter
ringspaltbildend ein. Durch diese Gestaltung können vorzugsweise mehrere Luftströme mit unterschiedlichen
Geschwindigkeitsprofilen nahezu getrennt auf das zu trocknende Gut
geleitet werden. Somit ist die Gegebenheit, dass die Eigenschaften des
Produktes im hohen Grade auf dem ersten Meter nach dem Einbringen
in den Gasstrom hergestellt werden, realisierbar. Dazu dient auch,
dass die Mündungen
der Trichterrohre in einer annähernd
gleichen horizontalen Ebene in der Trockenkammer des Trockenturms 1 enden.
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Das
zusätzliche
Beschleunigen des Prozessgases wird durch die unterschiedlich ausgebildeten
Krümmungen
der Trichterkegel erreicht. Da die Trichterkegel mit den Trichterrohren
zueinander abstandsändernd
verfahrbar sind, können
unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile erzeugt werden, wodurch
im gleichen Trockenturm verschiedene Produkte oder gleiche Produkte
in jeweils unterschiedlicher Durchflussmenge mit den gewünschten
Eigenschaften herstellbar sind. Gleichzeitig wird dadurch der Energieverbrauch
für das
zu erzeugende Prozessgas optimiert. Die gleichen Außendurchmesser der
Trichterkegel ermöglichen
ein günstiges
Einströmen
des Prozessgases in den Gasverteiler. Durch die konvex gewölbte Ausbildung
der Trichterkegel erfolgt ein strömungsgünstiges Umlenken des Prozessgases
vom waagerechten Einleiten zu einem hochgradigen vertikalen Ausströmen in die
Trockenkammer. Da das Gasverteilergehäuse zylinderähnlich ausgebildet
ist, ist eine baulich einfache und kostengünstige Ausführung möglich. Die gleichmäßige Prozessgasverteilung
im Gasverteilergehäuse
wird durch die asymmetrische Anordnung des Gasverteilers im Gasverteilergehäuse und
die am Umfang des Gasverteilers vertikalen, jeweils die gesamte
Gaseinströmhöhe übergreifenden
Leitbleche erreicht.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die
zugehörige Zeichnung
zeigt:
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1 Perspektivische
Darstellung eines Trockenturmes mit Einrichtung zur Gasverteilung
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2 Perspektivische
Darstellung der vom Trockenturm separierten Einrichtung zur Gasverteilung
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3 Prinzipdarstellung
im Schnitt durch die Einrichtung zur Gasverteilung
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4 Prinzipdarstellung
des Gasverteilers
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5 Prinzipdarstellung
des Gasverteilers mit am Umfang angeordneten Leitblechen
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In 1 ist
ein Trockenturm 1 einer Sprühtrocknungsanlage dargestellt,
an dessen Oberseite eine Einrichtung zur Verteilung des Prozessgases
angeordnet ist. Der Zulaufkanal 3 für das in einem separaten, nicht
dargestellten Gebläse
beschleunigte Prozessgas ist auf der Turmabdeckung 2 angeordnet.
Der Zulaufkanal 3 steht mit einem zylinderartigen Gasverteilergehäuse 4 in
Wirkverbindung, das im Mittenbereich des Trockenturmquerschnittes angeordnet
ist. In diesem Gasverteilergehäuse 4 ist asymmetrisch
der Gasverteiler 5 eingesetzt, wobei sich vorzugsweise
der geringste Abstand zwischen Gasverteiler 5 und Wandung
des Gasverteilergehäuses 4 an
der der Öffnung
zum Zulaufkanal 3 gegenüberliegenden
Seite befindet. Der Gasverteiler 5 selbst ist dabei zentrisch
im Trockenturm 1 angeordnet. Am Umfang des Gasverteilers 5 sind,
wie in 5 dargestellt, vertikale, die gesamte Gaseinströmhöhe übergreifende
Leitbleche 6 angesetzt, die jeweils so gerichtet sind,
dass das Prozessgas optimal in den Gasverteiler 5 strömen kann.
Im Bereich der Öffnung
des Zulaufkanals 3, also im Bereich des zentralen Prozessgaseintritts
in das Gasverteilergehäuse 9 sind
beispielsweise drei, jeweils übernächste Zwischenräume zwischen
den Leitblechen 6 geschlossen, um die einströmende Gasmenge
in diesem Bereich zu verringern, wodurch ein gleichmäßiges Gaseinströmen am gesamten
Umfang des Gasverteilers 5 erreicht wird. Diese Gestaltung
der Leitbleche 6 ist als Leitbleche 6.1 in 5 gezeigt.
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Der
Gasverteiler 5 selbst besteht hier, wie in den 3 und 4 dargestellt,
aus drei vertikal zueinander beabstandeten und jeweils aus Trichterkegel
(7, 9.1 bis 9.3) und Trichterrohr (8, 10.1 bis 10.3) bestehenden
Trichtern. Die Trichter tauchen dabei in den jeweils vorherigen
unteren Trichter ringspaltbildend zum Durchströmen von Prozessgas ein. Eine analog
zu den Trichtern ausgebildete Gehäusewand 14 mündet dabei
vom Boden des Gasverteilergehäuses 4 aus
bündig
in der oberen Trockenkammerfläche
des Trockenturms 1. Die Innenseite der trichterförmigen Gehäusewand 14 wirkt
als äußere Gasleitfläche des
Gasverteilers.
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Der
Trichterkegel 7 ist konvex, also nach innen gewölbt ausgebildet,
wobei der obere äußere Trichterkegelrand
abdichtend mit dem oberen Gasverteilergehäuse 4 verbunden ist.
Die Außenseite des
Trichterkegels 7 wirkt als Leitfläche für das Prozessgas. Die Trichterkegel 9.1 bis 9.3 sind
ebenfalls konvex gewölbt
gestaltet. Die Trichterrohre 10.1 bis 10.3 und
die Gehäusewand 14 umhüllen das
jeweils benachbarte Trichterrohr 8, 10.1, 10.2 und 10.3,
wodurch sich zwischen den Trichterrohren 8 und 10.1 bis 10.3 und
der Gehäusewand 14 Ringspalte
bilden. Die Mündungen
der Trichterrohre 8, 10.1, 10.2 und 10.3 enden
annähernd
in einer gleichen horizontalen Ebene in der Trockenkammer des Trockenturms 1.
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Der
Außendurchmesser
der Trichterkegel 7 und 9.1 bis 9.3 ist
zum günstigen
Prozessgaseinströmen
in gleichen Abmaßen
ausgebildet. Da die Innendurchmesser der Trichterkegel 7 und 9.1 bis 9.3 entsprechend
der Durchmesser der Trichterrohre 8 und 10.1 bis 10.3 gestaltet
sind, ergeben sich für
die Trichterkegel 7 und 9.1 bis 9.3 im
Querschnitt unterschiedliche Krümmungen
und Krümmungsradien, wodurch
ein unterschiedliches Beschleunigen des Prozessgases beim Durchströmen der
Trichter erreicht wird.
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In
dem Trichterrohr 8 des oberen Trichters ist ein Zuführrohr 11 für das zu
trocknende Gut angeordnet. Das trockenkammerseitige Ende des Zuführrohrs 11 trägt eine
Verteilerdüse 12.
Das Trichterrohr 8 ist auch selbst als Zuführrohr 11 gestaltbar.
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Die
Trichterkegel 9.1 bis 9.3 mit den Trichterrohren 10.1 bis 10.3 sind
verfahrbar angeordnet und mit einer Verstelleinrichtung 13,
vorzugsweise an drei am Umfang gleichmäßig verteilten Stellen angeordnet,
verbunden. Durch die Verstelleinrichtung 13 können die
einzelnen Trichterkegel 9.1 bis 9.3 in ihren Positionen
zueinander verändert
werden, womit sich ein verändertes
Strömungsverhalten
des Prozessgases durch die Trichter ergibt. Durch zusätzliche
Mittel, wie teleskopartige Verlängerungen,
kann die Länge
der Trichterrohre 10.1 bis 10.3 so variiert werden, dass
die Mündungen
der Trichterrohre 10.1 bis 10.3 etwa immer in
der gleichen Ebene enden.
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Beim
Trocknungsprozess strömt
das Prozessgas über
den Zulaufkanal 3 in das Gasverteilergehäuse 4 und
teilt sich vor dem Gasverteiler 5 in zwei Gasströme, die
durch den sich beidseitig verjüngenden
Raum nahezu mit gleicher Geschwindigkeit und nahezu ohne eine rotierende
Bewegung erhaltend in den Gasverteiler 5 abströmen. Als
Unterstützung
für ein
günstiges
Einströmen
des Prozessgases in den Gasverteiler 5 wirken die Leitbleche 6.
Zum Verteilen des Gasstromes und damit gleichmäßigem Einströmen wirken
die drei Leitbleche 6.1. Das Einströmen des Prozessgases wird begünstigt durch
die gleichen Außendurchmesser
der einzelnen Trichterkegel 7 und 9.1 bis 9.3.
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Zwischen
den Trichterkegeln 7 und 9.1 bis 9.3 wird
das horizontal zugeführte
Prozessgas in den einzelnen Ringspalten in eine vertikale Richtung nach
unten in den Trockenturm umgelenkt. In den Ringspalten zwischen
den verschiedenen Trichtern, bestehend aus Trichterkegeln 7 und 9.1 bis 9.3 und der
Gehäusewand 14 sowie
Trichterrohren 8 und 10.1 bis 10.3, wird
das Prozessgas auf Grund der verschiedenartigen geometrischen Gestaltung
der einzelnen Trichter zusätzlich
unterschiedlich beschleunigt. Diese unterschiedlichen Prozessgasströme gelangen
nahezu getrennt und in einer horizontalen Ebene in der Nähe der Düse 12 in
die Trockenkammer des Trockenturms 1 und trocknen das aus der
Düse 12 austretende
und zu trocknende Gut. Die Geschwindigkeiten und die verschiedenen
Strömungsprofile
des Prozessgases in den Ringspalten ist durch die gewählten Abstände zwischen
den Trichtern so bestimmt, dass das getrocknete Produkt seine optimalen
bzw. gewünschten
Eigenschaften besitzt.
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Wenn
in der gleichen Sprühtrocknungsanlage
ein anderes Produkt oder das gleiche mit veränderten Eigenschaften hergestellt
werden soll, sind die Geschwindigkeiten und die Strömungsprofile
des Prozessgases für
den Trockenprozess im Trockenturm so zu gestalten, dass auch für das neue
Produkt die gewünschten
Eigenschaften erreichbar sind. Da in der Regel diese Eigenschaften
mit dem für
das vorhergehende Produkt eingestellten Geschwindigkeitsprofil des
Prozessgases nicht erreichbar sind oder der Trocknungsprozess generell
unmöglich
ist, ist der Abstand der Trichterkegel 7 und 9.1 bis 9.3 zu verändern, um
die erforderlichen Geschwindigkeitsprofile zu erzeugen. Dazu wird
mittels der Verstelleinrichtung 13 der Abstand der Trichterkegel 9.1 bis 9.3 in
den möglichen
Bewegungsbereichen zueinander so verändert, dass die gewünschten
Geschwindigkeitsprofile für
das neue zu trocknende Gut erreichbar sind. Diese Abstandsveränderung
kann sowohl durch Verschieben einzelner, mehrerer oder aller verfahrbaren
Trichter erfolgen. Die jeweils erforderlichen Abstandsmaße zwischen
den Trichterkegeln 9.1 bis 9.3 sowie der Gehäusewand 19 können rechnerisch
ermittelt und ggf. empirisch verfeinert werden.
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- 1
- Trockenturm
- 2
- Turmabdeckung
- 3
- Zulaufkanal
- 4
- Gasverteilergehäuse
- 5
- Gasverteiler
- 6
- Leitblech
- 6.1
- geschlossenes
Leitblech
- 7
- Oberer
Trichterkegel
- 8
- Trichterrohr
- 9.1
bis 9.3
- Trichterkegel
- 10.1
bis 10.3
- Trichterrohr
- 11
- Zuführrohr
- 12
- Verteilerdüse
- 13
- Verstelleinrichtung
- 14
- trichterförmige Gehäusewand