DE102007031425A1

DE102007031425A1 - Mischtrockner und/oder Reaktor

Info

Publication number: DE102007031425A1
Application number: DE102007031425A
Authority: DE
Inventors: Heinz Geisenhof
Original assignee: KMPT AG
Current assignee: KMPT AG
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-22
Also published as: EP2011563A1; ATE526076T1; EP2011563B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mischtrockner (1) und/oder Reaktor, welcher ein Rührwerk mit Rührwelle (11) und daran befestigten Mischorganen (13, 14) in seinem Produktraum (48) aufweist, und der Produktraum (48) durch einen Oberboden (2), einen sich daran anschließenden Konusmantel (38) und einen sich daran anschließenden Boden (34, 49, 50, 51, 52) definiert wird, und mindestens ein Rohstoff-Einlass (3) und mindestens ein Produkt-Auslass (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem kleinsten und größten Durchmesser des Konusmantels (38) in einem Bereich zwischen etwa 0,25 und 0,75, insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 und insbesondere bei etwa 0,5, liegt und/oder dass mindestens zwei axial voneinander beabstandete Mischorgane (13, 14) radial asymmetrisch auf der Rührwelle (11) des Rührwerks angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei unterschiedlich lange Ankerschaufeln (15, 16; 39, 40) aufweisen. Es wird damit die Aufgabe gelöst, bei wesentlich geringerer Bauhöhe, geringeren Herstellungskosten und einem verbesserten Produkttrocknungs- und Durchmischungsgrad einen kostengünstigeren Mischtrockner bereitzustellen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Mischtrockner und/oder Reaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 3. Auf dem Gebiet der Mischtrockner ist es bekannt, sogenannte Konusschneckenmischer zu verwenden, die dadurch gebildet sind, dass in einem konusförmigen Produktraum eine ebenfalls konisch ausgebildete Mischschnecke drehend angetrieben angeordnet ist. In an sich bekannter Weise besteht ein solcher Konusschneckenmischer aus einem Konusmantel, der einen unteren, zentralen mittigen Auslauf aufweist und aus einem dem Produktraum nach oben abschließenden Oberboden, an dem verschiedene Einlauf- und sonstige Öffnungen angeordnet sind.
Es ist bekannt, den Konusschneckenmischer beheizt oder unbeheizt auszubilden. Bei den bekannten Konusschneckenmischern besteht der Nachteil, dass sie eine relativ hohe Bauhöhe haben. Dies liegt daran, dass der Konusmantel bodenseitig nach unten stark zuläuft, weil sich das Produkt im Bereich eines zentralen Auslaufes konzentrieren soll. Dadurch ergibt sich ein relativ spitz nach unten zulaufender Produktraum mit dem Nachteil, dass wegen des geforderten Nutzvolumens eine sehr lange Mischschnecke verwendet werden muss. Bei der Verwendung einer langen Mischschnecke besteht der Nachteil, dass aufgrund der wirkenden Querdrehmomente im Produktraum während des Mischvorganges die Mischschnecke seitlich auslenkt und die Gefahr besteht, dass die Mischschneckenwendeln an den Innenwandungen des Produktraumes anlaufen. Dadurch werden in unerwünschter Weise Partikel der Mischschnecke selbst in das Produkt eingetragen, was bei verschiedenen Produkten nicht tolerabel ist. Aus diesem Grund muss die Mischschnecke in ihrem radial äußeren Bereich einen wesentlichen radialen Abstand zur Innenwandung des Konusmantels aufweisen, wobei dieser Abstand etwa je nach Länge der Mischschnecke etwa 20 mm beträgt.
Die hohe Bauform ist bei Einbauten in einem Chemiebetrieb unerwünscht und führt zu unnötig hohen Baukosten, denn es ist üblich, bei chemischen Produktionsanlagen die einzelnen Apparate stockweise anzuordnen. Im oberen Stockwerk (z. B. dem zweiten Stock) sind hierbei die Reaktionsbehälter angeordnet, deren Auslauf mit einer Zentrifuge verbunden ist, welche Zentrifugen im ersten Stock der Produktionsanlage angeordnet sind und der Auslauf der Zentrifuge wiederum in einem im Erdgeschoss angeordneten Mischtrockner einläuft. Sind nun derartige Mischtrockner als unerwünscht hohe Konusschneckenmischtrockner ausgebildet, besteht der Nachteil, dass Bauvolumen verloren geht und die genannte dreistöckige Anordnung einer Chemieanlage notwendig ist.
Durch die lange Bauform des Konusmantels bedingt, welcher das Produkt auf den Bodenbereich und den dortigen Auslauf konzentriert, besteht der Nachteil, dass in diesem Bereich eine schlechte Durchmischung des Produktes stattfindet und somit auch die Trocknungszeit des Produktes durch die verlängerte Trocknungszeit des Produktes in diesem Bodenbereich insgesamt bestimmt wird. Hierdurch geht viel Trocknungsenergie verloren, denn die Trocknungsenergie liegt dann unnützerweise für den gesamten Produktraum vor, obwohl das eigentliche zu trocknende Produkt nur noch im Bodenbereich angeordnet ist. Bedingt durch die Tatsache, dass die Mischwendel in der Konusschnecke im Bodenbereich nur eine sehr geringe Durchmischungswirkung hat, besteht die Gefahr, dass das Produkt in diesem Bodenbereich anhaftet, klebt und nicht vollständig über den Auslauf entfernt wird. Damit bleibt in unerwünschter Weise Produkt im Auslaufbereich hängen, und der Konusschneckenmischer muss nach einer vollständigen Befüllung und Entleerung als Zwischenmaßnahme gereinigt werden, um das möglicherweise noch anhaftende Produkt zu entfernen. Dies ist mit einem aufwendigen Zwischenvorgang verbunden, der Zeit und Energie kostet.
Bei einem handelsüblichen Konusschneckenmischer, wie er zum Stand der Technik gehört, wird ein typisches Füllvolumen im Produktraum von etwa 500 Liter angegeben. Ein solcher Konusschneckenmischer nach dem Stand der Technik hat hierbei eine Konusmantelhöhe von etwa 130 cm bei einem Gesamtdurchmesser von etwa 140 cm.
Wichtig ist nun, dass die bodenseitige Auslauföffnung und insgesamt die Stirnfläche im Bereich des Konusbodens einen Durchmesser von 20 cm aufweist. Dies erfordert die Anfertigung eines sehr schmalen und hohen Konusmantels, was mit den herkömmlichen Walzmitteln relativ schwierig ist, denn es ist außerordentlich schwierig, entsprechende Walzen im Bereich des sehr schmalen Konusbodens mit einem Durchmesser von 20 cm anzusetzen.
Die Herstellung eines solchen bekannten Konusschneckenmischers ist daher besonders aufwendig. Aus diesem Grund besteht auch die Gefahr, dass ein solcher Konusmantel unrund ist, weil insbesondere im Bodenbereich nur eine erschwerte Auswalzung des Materials gegeben ist, was wegen der Unrundheit des Konusmantels insgesamt zu einem schlechteren Mischergebnis führt. Dies deshalb, weil die Mischwendeln dann unterschiedliche Abstände zu den Innenflächen des Konusmantels während des Mischvorganges haben und deshalb in diesem Bereich unvermischtes Produkt sich ablagert, was nicht mehr in den Mischkreislauf einbezogen wird.
Wegen dieser Anpresserscheinungen der Mischwendeln in den nicht durchmischten Bereichen des Konusmantels neigt das Produkt auch zum Ankleben an der Innenwandung und kann dann nicht mehr vollständig ausgetragen werden. Weiterer Nachteil eines bekannten Konusschneckenmischers ist, dass die von außen in den Konusmantel eingeführten Einbauten immer im unteren Bereich des Konusmantels angesetzt werden müssen, gerade dort, wo wenig Einbauplatz zur Verfügung steht. Diese Einbauten führen zu einem unerwünschten Verzug des Konusmantels in diesem sehr schmalen und engen Einbauraum, was zur Erzeugung einer zusätzlichen Unrundheit des Konusmantels im Bereich der Auslauföffnung führt. Hierdurch wird das Mischergebnis wiederum verschlechtert.
Es ist ferner bekannt, sogenannte Kugelmischer zu verwenden. Es handelt sich um vollkugelige Mischkörper, in deren Innenraum das Produkt gemischt wird, weil der Kugeltrockner von einer Mischwelle durchsetzt ist, welche drehfest mit Mischschaufeln verbunden ist, welche eine Durchmischung des Produktes erreichen.
Die Herstellungskosten eines derartigen Kugelkörpers sind außerordentlich hoch, denn diese Kugelkörper bestehen aus mittig miteinander verbundenen Halbkugeln, wobei jede Halbkugel wiederum aus Kugelsegmenten besteht, die in einem aufwendigen Schweiß- und Verarbeitungsvorgang miteinander verbunden sind. Die Kugeltrockner haben aufgrund ihrer Kugelform eine sehr kleine Heizfläche und daher einen schlechten Trocknungswirkungsgrad. Um diesen Trocknungswirkungsgrad zu verbessern, ist es bekannt, eine sehr hohe Antriebsleistung an der Mischschneckenwelle zu installieren, um hohe Umdrehungszahlen zu erzielen, die aufgrund erhöhter Reibung im Produkt eine verbesserte Wärmeübertragung aufgrund entstandener Reibungswärme in das Produkt ermöglichen sollen.
Ferner ist es bekannt, in aufwendiger Weise die Mischschnecke zu beheizen, was wiederum mit erhöhtem Aufwand verbunden ist.
Durch den schlechten Trocknungswirkungsgrad und die Kompensationsversuche der Industrie mit hohen Umdrehungszahlen derartige Trocknungswirkungsgrade zu verbessern, besteht allerdings der Nachteil, dass das Produkt zerstört wird, weil die Mischwendeln zu einer Zerstörung des Produktes aufgrund der hohen kinetischen Energie führen.
Wegen der geforderten hohen Antriebsleistung zwecks Eintragung von Reibungswärme in das zu trocknende Produkt, folgt damit auch eine vergrößerte Dimensionierung der Mischschnecke und der Mischschneckenwendeln, was wiederum zu höheren Herstellungspreisen führt.
Bezüglich des Nutzvolumens und der damit verbundenen Bauhöhe sind sehr gute Verhältnisse angenähert, denn es ist bekannt, dass im Kugelinnenraum bei kleiner Bauhöhe eine große Menge des Produktes verarbeitet werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend von einem Konusschneckenmischer der eingangs genannten Art die Aufgabe zugrunde, bei wesentlich geringerer Bauhöhe, geringeren Herstellungskosten und einem verbesserten Produkttrocknungs- und Durchmischungsgrad einen kostengünstigeren Mischtrockner vorzuschlagen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 oder 3 gekennzeichnet.
Anspruch 1 sieht als wesentliche Merkmale vor, dass der Mischtrockner nach der Erfindung in seinem oberen Bereich einen gegenüber dem Stand der Technik gekürzten Konusmantel aufweist und in seinem unteren Bereich einen gewölbten Boden, wie z. B. sphärischen Kugelabschnittsboden oder einen Korbbogenboden bzw. Klöpperboden, oder aber einen ebenen Boden, wie z. B. einen Kegelboden oder auch einen einfachen Flachboden.
Anspruch 3 sieht als wesentliche Merkmale vor, dass mindestens zwei axial voneinander beabstandete Mischorgane radial asymmetrisch auf der Rührwelle des Rührwerks angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei unterschiedlich lange Ankerschaufeln aufweisen.
Mit der gegebenen technischen Lehre nach Anspruch 1 ergibt sich nun der wesentliche Vorteil, dass nun einerseits die Vorteile eines Konusschneckenmischers (große Heizfläche wegen großer berührter Flächen am Konusmantel) mit den Vorteilen eines Kugeltrockners verbunden werden, der den wesentlichen Vorteil hat, dass der Auslaufbereich nun nicht mehr auf einen sehr dünnen schmalen Konus zuläuft, sondern wesentlich breiter und gewölbt (z. B. kugelig), kegelig oder auch eben ausgebildet ist.
Damit besteht nach Anspruch 3 der Vorteil, dass nun auch in diesem Auslaufbereich, der insbesondere als Kugelboden ausgebildet ist, eine ausgezeichnete Durchmischung gegeben ist, weil in diesem Auslaufbereich (Kugelboden) ein spezieller Bodenmischer angeordnet werden kann, der sehr wandnah mit geringer Toleranz an der Wand entlang fahren kann, ohne dass die Gefahr besteht – die beim konischen Schneckenmischer gegeben war – dass diese Mischschnecke in diesen Bereich ausweicht aufgrund einwirkender Querdrehmomente und die Mischschneckenwendeln an der Wandseite auflaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen bodenseitigen Mischer, der insbesondere im Kugelboden arbeitet, können deshalb minimale Toleranzen des Bodenmischers in Richtung zur Wand von z. B. 5 mm erreicht werden, was bisher nicht bei Konusschneckenmischern möglich war.
Die Erfindung besteht also darin, dass man im Wesentlichen einen gekürzten Konusmantel im oberen Bereich verwendet und in dem unteren Bereich insbesondere einen Kugelboden verwendet, und es ergibt sich hieraus eine Glockenform eines neuartigen Mischtrockners, der deshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „Glockentrockner" bezeichnet wird.
Kennzeichnendes Merkmal dieses Glockentrockners ist, dass der Produktraum die Formgebung einer Glocke hat, nämlich einen kugeligen Glockenboden, der nachfolgend auch als Kugelboden bezeichnet wird und einem sich darüber ansetzenden Konusmantel, der in seinem Kegelmantelwinkel dem Kugelmantelwinkel des herkömmlichen Konusschneckenmischers entspricht.
Durch die gegebene technische Lehre ergibt sich nun der wesentliche Vorteil, dass in entscheidender Weise die Bauhöhe des neuartigen Glockentrockners bei gleichem Produktvolumen im Vergleich zu einem Konusschneckenmischer verringert werden kann. Bei einem Produktvolumen von z. B. 500 Litern hat ein Konusschneckenmischer eine Flanschhöhe von – wie eingangs erwähnt – 130 cm.
Der erfindungsgemäße Glockentrockner hat bei gleichem Durchmesser und bei gleichem Produktvolumen eine Flanschhöhe von 78 cm. Es handelt sich also um eine um 40% verringerte Bauhöhe des gesamten Mischtrockners bei gleichem Volumen und gleichem Durchmesser. Dies ist ein entscheidender Vorteil, den der erfindungsgemäße Glockentrockner gegenüber dem Stand der Technik hat. Seine Bauhöhe ist also gegenüber einem gleichartigen Konusschneckenmischer um 40% reduziert. Aufgrund der Tatsache, dass im unteren Bereich – etwa im Bereich eines Drittels der Gesamthöhe des Mischtrockners ein Kugelboden angesetzt wird, ergeben sich geringere Fertigungstoleranzen, denn ein solcher Kugelboden kann sehr einfach hergestellt werden. Er ist formstabil und kann sehr genau hergestellt werden, was zu einer besseren Rundheit führt. Aus diesem Grund ist es – wie vorher erwähnt – möglich, den in diesem Bereich eingesetzten Bodenmischer mit einem geringen radialen Abstand von z. B. 5 mm zur Innenwandung des Kugelbodens laufen zu lassen.
Dadurch ergibt sich eine wesentlich verbesserte Durchmischung im untersten Bereich, und es liegt vor allem auch kein Totraum vor. Es bedarf deshalb auch keines Restmengenrührers, wie er beim Stand der Technik erforderlich war.
Wegen der reduzierten Bauhöhe ergibt sich insgesamt bei dem erfindungsgemäßen Mischtrockner auch eine kleinere Oberfläche, und damit besteht auch eine verringerte Gefahr, dass sich das Produkt an der Wand festsetzt und nur schwierig zu entfernen ist.
Wegen der geringeren Bauhöhe ergibt sich auch eine kürzere und damit auch eine steifere Rührwelle, was wiederum dazu führt, dass die verwendeten Mischorgane mit geringerem Wandabstand zu den Innenwandungen des Glockentrockners geführt werden können. Hierdurch wird wiederum ein verbesserter Mischwirkungsgrad erreicht.
Aufgrund der Tatsache, dass die Vorteile eines Konusschneckenmischers – hoher Trocknungswirkungsgrad – hier verwendet werden, ist deshalb auch ein hoher Energieeintrag möglich, denn es kann – in an sich bekannter Weise – sowohl der Oberboden beheizt werden als auch der Kegelmantel selbst.
In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Glockentrockner vertikal ausgerichtet ausgebildet ist und eine zentrale untere Auslauföffnung aufweist.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, dass die Mischschnecke einen Winkel zur Vertikalen einnimmt und z. B. einen Winkel im Bereich von 5 bis 15 Grad aufweist. Dann ist somit vorgesehen, dass der gesamte Behälter in diesem Bereich von 5 bis 15 Grad geneigt ausgebildet ist, was zu dem Vorteil führt, dass der untere, bodenseitige Auslauf nun genau in der Vertikalen ausgerichtet werden kann, so dass das Produkt schwerkraftbedingt genau in der Vertikalen ausgetragen werden kann. Eine seitliche Austragung des Produktes ist deshalb nicht gegeben, und deshalb besteht keine Gefahr des Anbackens des Produkts im Auslaufbereich.
Durch die ordnungsgemäße Schrägstellung des gesamten Produktraumes in Verbindung mit der schräg gestellten Mischwelle ergibt sich der weitere Vorteil, dass das Produkt auch in horizontaler Richtung gut durchmischt wird. Eine solche gute Durchmischung erfolgt bereits schon dann, wenn die Mischorgane gleichschaufelig ausgebildet sind und symmetrisch ausgebildet sind, weil bereits schon aufgrund dieser Schrägstellung eine schräg nach oben gerichtete Förderung des Produktes aufgrund der gleichdimensionierten Mischorgane gegeben ist. Viel besser wird noch das Mischungsergebnis dann, wenn man die Mischorgane asymmetrisch anordnet und hierbei unterschiedliche lange Mischschaufeln oder Mischpaddel verwendet. Von besonderem Vorteil ist, wenn man als Mischorgane zwei voneinander beabstandet angeordnete Mischorgane verwendet, die drehfest mit der Mischwelle verbunden sind.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn der bodenseitige Mischer (Bodenmischer) zwei unterschiedlich lange Ankerschaufeln aufweist. Der Begriff „Ankerschaufel" ist deshalb gewählt, weil die Schaufeln etwa der Form eines Ankers entsprechen und überdies noch unterschiedlich lang ausgebildet sind. Dies führt dazu, dass bei schräg stehendem Produktraum und schräg stehendem Bodenmischer mit schräg stehender Mischwelle das Produkt zunächst einmal von der unteren kürzeren bodenseitigen Schaufel erfasst und in Richtung schräg nach oben gefördert wird und dort eine Ruhezone erfährt, wo nämlich die radial äußere Länge der Ankerschaufel aufhört. Das Produkt bleibt dort im Produktraum stehen und wird nach einer kurzen Umdrehung des bodenseitigen Mischorgans von der längeren Ankerschaufel erfasst und weiter nach oben gefördert. Daher kommt es zu einer intermittierenden Durchmischung des Produktes, weil das Produkt aufgrund der unterschiedlich lang ausgebildeten Mischschaufeln kurzzeitig im Produktraum verharrt, um dann weiter in dem Produktraum hinein vermischt zu werden.
Wichtig ist, dass nach der Förderung des Produktes aus dem Bereich des Bodenmischers heraus, dieses Produkt von einem etwa im mittleren Bereich des Produktraumes angeordneten Organ erfasst wird, wobei dieses Mischorgan wiederum ungleichmäßig lange Schaufelpaddel aufweist, die wiederum den gleichen Mischeffekt ausführen, d. h. beim Fördern des Produktes durch das kürzere Schaufelpaddel schräg nach oben zunächst eine Ruhezone für das Produkt an der radial äußeren Begrenzung des kürzeren Schaufelpaddels definieren, wonach dann nach einer Halbumdrehung das längere Schaufelpaddel das dort verharrende Produkt ergreift und weiter schräg nach oben fördert.
Durch die schräge Anordnung des Glockentrockners insgesamt ergibt sich auch der Vorteil, dass die Rührwerksorgane schräg im Produktraum liegen und deshalb nicht mehr die Gefahr besteht, dass sich in unerwünschter Weise Produkt auf den Mischorganen absetzt, was beim nachfolgenden Austrag des Produktes nicht mehr von den Mischorganen entfernt werden kann. Das Produkt wird also von den schräg gestellten Mischflächen der Mischorgane von selbst, schwerkraftbedingt, abfallen, wenn der Austrag geöffnet wird. Damit wird die Restmenge des Produktes im Produktraum auf ein Minimum beschränkt.
Bedingt durch die konstruktiven Merkmale des erfindungsgemäßen Glockentrockners (Schrägstellung, neuartiges Rührwerk, Kugelboden) ergibt sich insgesamt eine kleinere Oberfläche und damit ein wesentlich geringerer Energieeintrag zum Zweck der Trocknung bei geringerer Antriebsleistung.
Aufgrund der Tatsache, dass ausgezeichnete Durchmischungswirkungsgrade bei hoher Trocknungsleistung und bei Minimierung der Restmenge im Produktraum gegeben ist, ist es erstmals möglich, den erfindungsgemäßen Glockentrockner auch als Reaktor einzusetzen. Bei den Konusschneckenmischern war dies nicht möglich, weil aufgrund des schlechten Durchmischungsgrades das Produkt nur ungleichmäßig im Produktraum vorhanden war, was zu einer ungleichmäßigen Reaktion führte, wenn ein solcher konischer Schneckenmischer als Reaktor verwendet wurde. Deshalb war es bisher nicht möglich, bekannte Konusschneckenmischer als Reaktor zu verwenden.
Hier setzt die Erfindung ein, die nun erstmals die Vorteile des erfindungsgemäßen Glockentrockners ausnutzt und bei wesentlich verbessertem Durchmischungsgrad erstmals ermöglicht, dass in dem Produktraum auch Reaktionspartner eingeführt werden können, die mit dem in hohem Wirkungsgrad durchmischten Produkten gleichmäßig reagieren. Es versteht sich von selbst, dass bei der Ausbildung des Glockentrockners als Reaktor auch die übrigen üblicherweise für die Bildung als Reaktor notwendigen Vorrichtungsmerkmale eingebaut werden. Solche Vorrichtungsmerkmale sind z. B. Stromstörer, die bei der Verwendung des Reaktors zur Verarbeitung von flüssigen Produkten verwendet werden, ebenso wie Mess- und Regelungsorgane, die in den Produktraum hineinreichen.
Weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der gewählten Kugelform des Kugelbodens nun erstmals der Vorteil besteht, dass bei gleichem Materialeinsatz (Wandstärke des Glockentrockners im Vergleich zu einem Konusschneckenmischer) eine wesentlich verbesserte Beulstabilität, Verzugsfestigkeit und Formstabilität gewährleistet ist. Aufgrund dieser Tatsache ist es nun erstmals möglich, einen solchen Glockentrockner auch mit Überdruck zu betreiben, was bei üblichen Konusschneckenmischern nur mit erhöhtem Materialeinsatz und verschlechtertem Wirkungsgrad möglich ist.
Aufgrund der Tatsache, dass nun erfindungsgemäß der Glockentrockner gleichzeitig als Reaktor verwendet werden kann, ergibt sich eine wesentliche Einsparung von Umfüllvorgängen. Dies bedeutet, dass eine Produktionsanlage nur noch aus zwei Apparaten bestehen muss, die vorher aus 3 Apparaten (Reaktor, Zentrifuge, Trockner) bestehen musste. Es kann nun erfindungsgemäß der Reaktor üblicher Bauart entfallen, weil der erfindungsgemäße Glockentrockner sowohl als Reaktor als auch als Trockner verwendet werden kann. Damit ergeben sich wesentliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung einer solchen Produktionsanlage.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
A: ein Konusschneckenmischer nach dem Stand der Technik im gleichen Größenverhältnis und Abmessungen wie der in
1: gezeigte Glockentrockner (schematisiert)
2: eine vergrößerte Darstellung eines Glockentrockners nach der Erfindung
3: eine Draufsicht auf das untere Drittel eines Glockentrockners in Richtung auf die Bodenseite
4: ein Schnitt durch die Anordnung nach 3 in Richtung der Linie IV-IV
5: eine Prinzipdarstellung des Kugelbodens nach den 1–4 über etwa 160° Kugelabschnitt
6: eine Prinzipdarstellung einer Variante des Kugelbodens nach den 1–4 in Form eines Tellerbodens über etwa 55° Kugelabschnitt
7: eine Prinzipdarstellung einer Variante des Kugelbodens nach den 1–4 in Form eines Korbbogenbodens/Klöpperbodens
8: eine Prinzipdarstellung einer Variante des Kugelbodens nach den 1–4 in Form eines Stumpfwinkel-Kegelbodens mit ca. 150°-Winkel
9: eine Prinzipdarstellung einer Variante des Kugelbodens nach den 1–4 in Form eines Flachbodens an einem in der Länge wesentlich gekürzten Kegelmantels.
Die A im Vergleich zur 1 zeigt die wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung.
In der A nach dem Stand der Technik ist ein Konusschneckenmischer 30 dargestellt mit gleichem Produktvolumen und bei gleichem Behälterdurchmesser 28 eine wesentlich größere Bauhöhe aufweist, wie dies an der Konusmantelhöhe 26 erkennbar ist. Die Konusmantelhöhe 26 wird dadurch definiert, dass sie die Höhe des Produktraumes bis zur Begrenzung der Flanschdichtung 23 entspricht.
Ein Vergleich mit der 1 und dem neuartigen Glockentrockner 1 zeigt, dass die dort verwendete Glockenmantelhöhe 27 um 30% gegenüber der Konusmantelhöhe 26 verringert ist. Selbstverständlich weist der Produktraum ebenfalls eine Produktmenge von etwa 500 Liter auf. Die Produktmenge wird hierbei soweit bis zur Begrenzungslinie 22 eingefüllt. In an sich bekannter Weise ist im Konusschneckenmischer ein Oberboden 2 angeordnet und ein Oberrührwerksflansch, durch den eine nicht näher dargestellte Rührwerkswelle hindurchgreift. Der Kegelmantelwinkel 24 des Konusmantels 38 entspricht genau dem Kegelmantelwinkel 24 des Glockentrockners 1 und hat etwa den Wert von 45 Grad.
Wichtig ist nun, dass etwa im Bereich von einem Drittel der Höhe – gemessen vom Boden aus – der Konusschneckenmischer 30 abgeschnitten wird. Dies ist mit der Drittelhöhe 29 in A dargestellt. Erfindungsgemäß ist nun in diesem Bereich ein Kugelboden 34 an den Konusmantel 38 angesetzt und werkstoffeinstückig mit diesem verbunden. Es kann z. B. eine direkte Verschweißung stattfinden. Ebenso können natürlich auch lösbare Verbindungsmittel (z. B. klappbare Scharniere) in diesem Bereich angeordnet werden. Dies führt nämlich dazu, dass man einen herkömmlichen Konusschneckenmischer jederzeit umrüsten kann, indem man im Bereich der Drittelhöhe 29 den Konusmantel 38 aufschneidet und den Kugelboden 34 ansetzt, was insgesamt zu der Glockenform des genannten Glockentrockners 1 führt.
Vorteil eines schwenkbar an dem Konusmantel 38 angelenkten Kugelboden 34 ist, dass eine gute Inspizierbarkeit des Rührwerks und des Auslaufes im unteren Bereich erfolgen kann, im Gegensatz zu herkömmlichen Konusschneckenmischern 30. Weiterer Vorteil ist, dass durch einen vom Konusmantel 38 abklappbaren Kugelboden 34 das Rührwerk von unten her über die geöffnete untere Stirnseite des Konusmantels 38 in den Glockentrockner 1 eingebracht werden kann, wodurch dann die teure Flanschverbindung zwischen Oberboden 2 und Konusmantel 38 entfallen kann.
Damit ist erkennbar, dass auch die Kugelbodenhöhe 33 gegenüber der Drittelhöhe 29 entscheidend verringert ist, weil durch diese Verringerung die eigentliche Einsparung der Bauhöhe erreicht wird. Dies wird durch die Maßlinie 32 in 1 angezeigt.
Die Mischschnecke 25 eines Konusschneckenmischers 30 kann auch bei einem Glockentrockner 1 nach der Erfindung verwendet werden. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, weil die Erfindung anhand der 2 bis 4 andere Mischorgane beschreibt, die in Alleinstellung für sich aber auch in Kombination mit dem neuartigen Kugelboden 34 Schutz genießen sollen.
In 2 sind weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Glockentrockners 1 dargestellt.
Der Rührwerksantrieb 9 treibt eine Rührwelle 11 an, die durch eine Lager- und Dichtlaterne 10 im Bereich des Oberbodens 2 in den Produktraum 48 eingeführt ist. Im Oberboden 2 ist ein Einlaufstutzen 3 für die Eintragung von Feststoff angeordnet und ebenso ein Mannloch 4 für die Inspektion des Produktraumes 48.
Ferner sind Heizstutzen 5, 6 für die Beheizung des Oberbodens 2 angeordnet. Der Konusmantel 38 wird durch die Heizstutzen 7, 8 beheizt und weist im Übrigen einen außen liegenden Isoliermantel 12 auf.
Es sind zwei im Abstand vertikal übereinander angeordnete Mischorgane 13, 14 vorgesehen, wobei wichtig ist, dass insgesamt der Glockentrockner 1 schräg gestellt ist und hierbei die Mischachse 35 im Neigungswinkel 37 im Bereich von 5 bis 25° in Richtung zur Vertikalen 36 aufweist.
Das untere Mischorgan ist als Bodenmischer 14 ausgebildet und weist zwei ungleich lange Ankerschaufeln 15, 16 auf.
Diese Ankerschaufeln werden anhand der 3 und 4 noch näher erläutert.
Die Rührwelle 11 ist in einem unteren Spurlager 17 drehbar gelagert.
Im unteren Bereich ist noch ein Schleppgas-Eintrag 19 angegeben und es liegt eine dezentrale Auslauföffnung 18 vor, die in der Regel etwa in Richtung der Vertikalen 36 ausgerichtet ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat jedoch die Auslauföffnung 18 eine kleinen Winkel in Richtung zur Vertikalen 36.
Die Auslauföffnung 18 wird durch ein Auslaufventil 20 gesteuert, der ein Ventilantrieb 21 zugeordnet ist.
Die Glockenform des Glockentrockners 1 ergibt sich also dadurch, dass längs der Maßlinie 31 (A) der untere Teil eines Konusschneckenmischers 30 abgeschnitten ist und durch einen Kugelboden 34 (1, 2, 4) ersetzt ist.
Gemäß 3 sind die Einzelheiten der beiden Mischorgane näher dargestellt.
Das obere Mischorgan 13 besteht aus zwei ungleich lang ausgebildeten Schaufelpaddeln 39, 40, die symmetrisch im gleichen Winkel zur Mischachse 35 angeordnet sind und hierbei aus zwei schräg gestellten Schaufelpaddeln 39, 40 bestehen, die drehfest über Verbindungsstege 41 der Rührwelle 11 verbunden sind.
Der damit verbundene überragende Mischeffekt wurde bereits schon im allgemeinen Beschreibungsteil erwähnt. Wichtig ist jedenfalls, dass das Produkt in Pfeilrichtung 46 zunächst an dem kürzeren Schaufelpaddel 40 empor gefördert wird, dann am Ende des Schaufelpaddels 40 bei Position 47 kurz verharrt, bis es nach einer entsprechenden Umdrehung des Mischorgans von dem längeren Schaufelpaddel 39 erfasst und weiter in Pfeilrichtung 46 nach oben in den Produktraum gefördert wird.
Ein gleicher Mischvorgang findet auch mit dem bodenseitigen Mischorgan (Bodenmischer 14) statt. Dieser besteht – wie erwähnt – aus zwei ungleich langen Ankerschaufeln 15, 16, die in 3 nochmals in Draufsicht dargestellt sind. Auch hier wird das Produkt vom absolut untersten Tiefpunkt des Kugelbodens 34 aufgenommen, wobei jede Ankerschaufel nur einen Abstand zum Kugelboden von etwa 5 mm aufweist, wird von der Ankerschaufel in Pfeilrichtung 42 aufgenommen und in Richtung auf die radial außen liegenden schräg in Umfangsrichtung gekrümmten Ankerschaufeln 15, 16 gefördert. Es erfordert demzufolge auch eine Schrägförderung in Richtung aufwärts in den Produktraum, wobei wiederum der Ruheeffekt am vorderen freien Ende (entsprechend der Position 47 bei oberen Mischorgan 13) stattfindet und nach einer Halbumdrehung die längere Ankerschaufel das Produkt weiter in den Produktraum hineinfördert.
Die 4 zeigt in stark schematisierter Weise, dass die beiden Ankerschaufeln 15, 16 kurz über dem Auslauf 18 rotieren und das Produkt in Pfeilrichtung 43 den Auslauf 18 verlässt.
Als Spurlager 17 ist ein einfaches zylindrisches Lager gezeigt, welches aus einer Aufnahmebüchse 45 besteht, die auf einem entsprechenden Wellenstummel aufsitzt und dort drehbar eingreift.
In der 4 ist auch noch der Längenunterschied der beiden Mischorgane dargestellt. Es handelt sich jeweils um den Überstand 44, um den die längere Ankerschaufel 16 die kürzere Ankerschaufel 15 überragt und ebenso das längere Schaufelpaddel 39 das kürzere Schaufelpaddel 40 überragt.
5 zeigt noch einmal als Prinzipskizze den unteren Teil des Glockentrockners 1 gemäß den 1 bis 4. An den unteren Bereich der Maßlinie 32 (siehe 1) des gegenüber dem Stand der Technik gekürzten Konusmantels 38 schließt sich erfindungsmäßig ein Kugel(abschnitts)boden 34 an, der aus einer 160°-Kugelschale besteht. Die Achse 35 des Glockentrockners 1 bzw. dessen Rührer ist leicht aus der Vertikalen um ca. 10° geneigt. Die untere Auslassöffnung 18 ist durch die Verkippung der Achse 35 etwas weiter in Richtung Vertikalen verschoben, um eine reststoffarme Entleerung des Glockentrockners 1 zu ermöglichen.
Die 6 bis 9 offenbaren verschiedene vorteilhafte Alternativen des Glockentrockners nach den 1 bis 5.
So zeigt 6 ebenfalls einen Kugel(abschnitts)boden 49, der jedoch sich nicht über die 160° der Kugelschale nach 5 erstreckt, sondern lediglich über ca. 55°, und schließt sich daher wesentlich unsteter unter Bildung einer Ringkante 53 an den unteren Teil des gegenüber dem Stand der Technik gekürzten Konusmantels 38 an. Der Rührer nach 2–4 kann daher nicht so tief in den Innenraum des Bodens 49 eindringen, wie in den Innenraum des Bodens 34 gemäß 5.
In 6 ist quasi die Kombination der Böden 34 und 50 nach den 5 und 6 dargestellt, der sich aus dem Konusmantel 38 harmonisch übergangslos heraus erstreckt, und in der Tiefe zwischen den beiden Böden 34 und 49 liegt. Einen solchen Boden 50 nennt man Korbbogen-Boden oder Klöpper-Boden, je nach Verhältnisse der Radien zum Anschlussdurchmesser zwischen Konusmantel 38 und Boden 50.
In allen drei 5, 6 und 7 sind daher „gewölbte" Böden an den Konusmantel 38 im unteren Bereich angebracht.
In 8 ist der Boden als stumpfwinkliger Kegelboden 51 ausgebildet, der sich wieder unter Bildung einer Ringkante 53 an den unteren Teil des gegenüber dem Stand der Technik gekürzten Konusmantels 38 anschließt. Natürlich kann der untere Kegelwinkel 54 in weiten Bereichen streuen und liegt insbesondere bei 150°, kann aber irgendwo zwischen 90° und 180° liegen. In einer nicht dargestellten Alternative könnte der Kegelwinkel 54 sogar ein spitzer Winkel sein und in einem Bereich liegen, zwischen 90° und einem Winkel, der etwas größer ist, als der Winkel des Konusmantels 38.
Schließlich zeigt noch 9 eine sehr einfache und daher kostengünstige Alternative des Bodens in Form eines Flachbodens 52 als kreisrunde, ebene Platte, die sich wieder unter Bildung einer Ringkante 53 an den unteren Teil des gegenüber dem Stand der Technik gekürzten Konusmantels 38 anschließt.
Insgesamt ergeben sich durch die erfindungsgemäßen Merkmale eine wesentliche Platzeinsparung bei einem Mischtrockner, der nun gleichzeitig auch als Reaktor einsetzbar ist bei überragendem Mischwirkungsgrad, geringeren Herstellungskosten, kleinerer Bauhöhe und bei stabilerem Behälterkörper.

1: Glockentrockner
2: Oberboden
3: Einlaufstutzen (Feststoff)
4: Mannloch
5: Heizstutzen (Oberboden)
6: Heizstutzen (Oberboden)
7: Heizstutzen (Mantel)
8: Heizstutzen (Mantel)
9: Rührwerksantrieb
10: Lager- und Dichtlaterne
11: Rührwelle
12: Isoliermantel
13: Mischorgan
14: Bodenmischer
15: Ankerschaufel (kurz)
16: Ankerschaufel (lang)
17: Spurlager
18: Dez. Auslauföffnung
19: Schleppgas-Eintrag
20: Auslaufventil
21: Ventilantrieb
22: Begrenzungslinie
23: Flanschdichtung
24: Kegelmantelwinkel
25: Mischschnecke
26: Konusmantelhöhe
27: Glockenmantelhöhe
28: Behälterdurchmesser
29: Drittelhöhe
30: Konusschneckenmischer
31: Maßlinie
32: Maßlinie
33: Kugelbodenhöhe
34: Kugelboden
35: Mischachse
36: Vertikale
37: Neigungswinkel
38: Konusmantel
39: Schaufelpaddel
40: Schaufelpaddel
41: Verbindungssteg
42: Pfeilrichtung
43: Pfeilrichtung
44: Überstand
45: Aufnahmebüchse
46: Pfeilrichtung
47: Position
48: Produktraum
49: Korbbogenboden oder auch Klöpperboden
50: Tellerboden
51: Stumpfwinkeliger Kegelboden
52: Flachboden
53: Ringkante

Claims

Mischtrockner (1) und/oder Reaktor, welcher ein Rührwerk mit Rührwelle (11) und daran befestigten Mischorganen (13, 14) in seinem Produktraum (48) aufweist, und der Produktraum (48) durch einen Oberboden (2), einen sich daran anschließenden Konusmantel (38), und einen sich daran anschließenden Boden (34, 49, 50, 51, 52) definiert wird, und mindestens ein Rohstoff-Einlass (3) und mindestens ein Produkt-Auslass (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem kleinsten und größten Durchmesser des Konusmantels (38) in einem Bereich zwischen etwa 0,25 und 0,75, insbesondere zwischen 0,4 und 0,6 und insbesondere bei etwa 0,5 liegt.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei axial voneinander beabstandete Mischorgane (13, 14) radial asymmetrisch auf der Rührwelle (11) des Rührwerks angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei unterschiedlich lange Ankerschaufeln (15, 16; 39, 40) aufweisen.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor, welcher ein Rührwerk mit Rührwelle (11) und daran befestigten Mischorganen (13, 14) in seinem Produktraum (48) aufweist, und der Produktraum (48) durch einen Oberboden (2), einen sich daran anschließenden Konusmantel (38), und einen sich daran anschließenden Boden (34, 49, 50, 51, 52) definiert wird, und mindestens ein Rohstoff-Einlass (3) und mindestens ein Produkt-Auslass (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei axial voneinander beabstandete Mischorgane (13, 14) radial asymmetrisch auf der Rührwelle (11) des Rührwerks angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei unterschiedlich lange Ankerschaufeln (15, 16; 39, 40) aufweisen.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse (35) der Rührwelle (11) des Rührwerks einen Winkel im Bereich von 5° bis 25° zur Vertikalen einnimmt.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden als gewölbter Boden (34, 49, 50) vorgesehen ist, der als sphärischer Kugelabschnittsboden (34, 49) oder als Korbbogenboden (50) oder Klöpperboden (50) ausgebildet ist.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden als ebener Boden (51, 52) vorgesehen ist, der als spitz- oder stumpfwinkeliger Kegelboden (51) oder als einfacher Flachboden (52) ausgebildet ist.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerschaufeln (15, 16) des unteren Mischorganes (14) in den Innenraum der gewölbten oder kegeligen Böden (34, 49, 50, 51) bis kurz vor deren Innenoberfläche reichen.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberboden (2) oben und der Boden (34, 49, 50, 51, 52) unten am Mischtrockner (1) und/oder Reaktor angeordnet sind und dass der Produkt-Auslass (18) zentral im Boden (34, 49, 50, 51, 52) vorgesehen ist.
Mischtrockner (1) und/oder Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (34, 49, 50, 51, 52) am Konusmantel (38) lösbar angebracht ist, und insbesondere daran über ein Scharnier angelenkt und davon wegschwenkbar ausgebildet ist.