DE1629016C3 - Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einer flüssigen Dispersion mittels Sprühtrocknung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einer flüssigen Dispersion gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem solchen, durch die US-PS 31 51 984 bekannten Verfahren können bei der Erzeugung von Milchpulver unmittelbar unterhalb des Sprühtellers für die Dispersion mittels eines Trägerluftstromes Laktose-Keim-Kristalle zugegeben werden, die mit den Dispersionsteilchen vermischt und getrocknet werden, und die Feuchtigkeits-Absorption fördern sollen. Ein Agglomerier-Vorgang ist damit dort nicht verbunden, vielmehr kann die dort verwendete Apparatur außerdem noch für ein anderes Verfahren verwendet werden, bei dem ein getrocknetes Milchpulver zum Zwecke des Agglomerierens der Milchpulverteilchen miteinander durch Wassersprühstrahlen befeuchtet werden kann. Zum Agglomerieren sind dort also immer zwei Verfahrensgänge erforderlich in derselben Apparatur, das Sprühtrocknen (eventuell unter Zugabe von Kristallen)

ίο und das nachfolgende Agglomerieren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß das Sprühtrocknen und Agglomerieren in einem einzigen Verfahrensgang bewerkstelligt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die den Erfindungsgegenstand kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung bringt den entscheidenden Vorteil mit sich, daß statt bisher zwei nunmehr nur noch ein einziger Verfahrenszug von der flüssigen Dispersion bis zum agglomerierten getrockneten Produkt erforderlich ist und den Fortschritt, daß für den Agglomerierprozeß auch andere Zusatzteilchen als Dispersionsteilchen verwendet werden können, so daß das agglomerierte Produkt ein anderes sein kann als das Dispersionsprodukt. Auch wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein größerer Anteil an größeren Teilchen erzielt, was bei solchen Agglomerationsprodukten vorteilhaft ist, z. B. sind 50% aller Teilchen statt bisher 60 Mikron nunmehr 100 Mikron und mehr groß.

Zwar ist es durch die US-PS 31 21 639 bereits bekannt, zwei Vollstrahl-Zerstäuberdüsen im rechten Winkel zueinander anzuordnen, so daß beide Strahlachsen sich schneiden, um zwei Dispersionen unterschiedlicher Viskosität, z. B. Magermilch und Milchfett, miteinander vermischt zu trocknen; dort kann aber keine Agglomerierung unter Anheftung trockner Zusatzteilchen auf teilweise getrockneten Dispersions-Teilchen unter der Wirkung einer Aufprall-Haftung erzielt werden, sondern nur eine Mischung mit anschließender Trocknung. Auch das Einblasen von trocknen Pulverteilchen in die Sprühtrockenkammer gemäß DT-PS 3 36 612 oder FR-PS 11 92 894 dient lediglich der Förderung der Feuchtigkeits-Absorption, ohne daß Agglomeration eintritt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer solchen Anlage geeigneten Vorrichtung,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der Fig. 1, die den Verlauf der Teilchenströme schematisch darstellt und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der verbesserten Teilchengrößenverteilung, wie sie gemäß der Erfindung erhalten wird.

Eine Trocknungs- und Agglomeriervorrichtung 11 in F i g. 1 enthält eine Kammer 13, eine Luftzufuhrleitung 14, eine Sprühdüse 15, eine Agglomerierpulver-Zuführleitung 17, eine Produktablaßeinrichtung 19 und eine Feinstofftrennanlage 21. Gemäß der Erfindung wird die Sprühtrocknung der Flüssigkeitsdispersion und die Agglomerierung der daraus erhaltenen Teilchen kontinuierlich und gleichzeitig in der Kammer 13 durchgeführt, wobei sich erhebliche Vorteile hinsichtlich der Ausrüstung und der Betriebsvereinfachung ergeben.

Die Kammer 13 besteht aus einem oberen zylindrischen Teil 25, einem kreisförmigen Deckelteil 26 und einem abgestumpft konischen Unterteil 27, die an geeigneten Stellen miteinander verbunden sind.

Die Vorrichtung 11 enthält weiter eine Luftzufuhrleitung 14, durch die Luft in die Kammer 13 mittels eines Gebläses 12 eingesaugt wird und die in die Kammer 13 in der Mitte des kreisförmigen Deckels 26 eintritt. Die Leitung 14 weist einen Erhitzer 16 auf, so daß während des Betriebes der Vorrichtung 11 eine Strömung heißer Luft von niedriger Feuchtigkeit kontinuierlich in den Innenraum der Kammer 13 abgegeben wird. Abweisscheiben 10 in der Leitung 14 richten diesen Luftstrom durch die Kammer 13 in eine allgemein wendel- bzw. schneckenförmige Strömung um die Innenwand des Kammerteiles 25 und allmählich nach unten.

Die flüssige Dispersion tritt in die Kammer 13 durch eine Zufuhrleitung 28 ein, die mittig in dem kreisförmigen Deckel 26 und mit der Achse des zylindrischen Kammerteilen 25 zusammenfallend angebracht ist und mit einem Behälter 22 und einer Pumpe 23 in Verbindung steht. Eine Sprühdüse 15 ist am Ende der Leitung 28 in der Kammer 13 angeordnet; sie ist so aufgebaut, daß sich ein Sprühstrom in Form eines schirmartigen Hohlkegel-Sprühmantels für die Bestäubten Tröpfchen der Dispersion ergibt, der nach außen hin in Richtung zur Wand der Kammer 15 abfällt.

Gemäß der Erfindung werden als agglomerierendes Pulverzusatz-Teilchen, die von einem Träger-Luftstrom mitgenommen werden, in die Kammer 13 derart eingeblasen, daß der Dispersions-Sprühmantel in später geschilderter Weise geschnitten wird. Die Agglomerierpulver-Zuführanordnung 17 besteht aus einem Förderer 29, einem Trichter 31 und einer rohrförmigen Leitung 33. Der Förderer 29 enthält nicht gezeigte Einrichtungen zu seiner Vibration, durch die die zugegebene Menge eines praktisch trockenen gepulverten Materials reguliert werden kann. Der Trichter 31 ist mit der rohrförmigen Leitung 33 verbunden. Aus einem Gebläse 34 wird Luft, die nicht erhitzt sein braucht, der rohrartigen Leitung 33 zugeführt, so daß die Zusatz-Teilchen aus dem Fördertrichter in dem Luftstrom in der Leitung 33 mitgetragen werden. Die rohrförmige Leitung 33 erstreckt sich durch die Wand der Kammer 13 in deren Innenraum und von dort nach aufwärts, zusammenfallend mit der Achse des zylindrischen Kammerteiles 25, zu einer Ausblasstelle 35, die unterhalb der Sprühdüse 15, in geringer Entfernung von dieser angeordnet ist. Ein Abweiser 36 ist an der Ausblasstelle 35 vorgesehen zur Ablenkung des Träger-Luftstromes und der mitgetragenen Zusatz-Teilchen zu einem nach oben hin offenen Kegel-Blasmantelstrom. Dadurch ergibt sich ein Verfahrensschritt, bei dem der kegelmantelförmige Träger-Luftstrom, mit den darin mitgeschlepptem Zusatz-Teilchen als Agglomerierpulver auf den Kegelförmigen Sprühmantel-Strom der dann bereits teilweise getrockneten Dispersions-Teilchen, der aus der Sprühdüse 15 herkommt, in einer Schnittregion aufschlägt, bevor die Teilchen die Innenwand des Kammerteiles 25 erreichen.

Die Produktabgabeeinrichtung 19 besteht aus einer Rutsche 37, die mit dem stumpfkegeligen Teil 27 der Kammer 13 verbunden ist, aus einem Paar Schwenkblenden 39, die in der Rutsche befestigt sind, und aus einem Schneckenförderer 41, durch den das getrocknete und agglomerierte Produkt zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise Verpackung (nicht gezeigt), abgeführt wird. Die Schwenkblenden 39 arbeiten mit zwei Öffnungen zusammen und werden abwechselnd geöffnet und geschlossen durch eine Nockenwelle (nicht gezeigt), so daß immer ein Abschluß zwischen dem Förderer 41 und der Kammer 13 besteht.

Außerdem ist ein Feinstoffabtrennsystem 21 vorhanden, um solche getrockneten Feinteilchen zu entfernen, die unterhalb einer minimalen gewünschten Teilchengröße liegen und deshalb zusammen mit der Abluft abgeführt werden. Das System 21 enthält eine Zyklontrenneinrichtung 45 und eine Feuchtluft-Ableitung 43, die sich durch den stumpfkonischen Kammerteil 27 erstreckt. Die trockenen Feinteilchen werden in der Zyklontrenneinrichtung 45 aus der Feuchtluft durch Zentrifugalwirkung zurückgewonnen. Die Zyklontrenneinrichtung 45 kann von üblicher Art sein, wozu sie eine Feinteilchen-Ablaßöffnung 47 und eine Abblasleitung 48, die mit einem Gebläse 12 verbunden ist, und eine Abblasöffnung 49, durch die feuchte Abblasluft (befreit vom Staub) abgelassen wird, enthält.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein heißer Lufstrom von niedriger Feuchtigkeit in der Kammer 13 durch die Luftzufuhrleitung 14 eingestellt. Die Strömung der zu trocknenden Flüssigkeitsdispersion wird durch die Sprühdüse 15 erhalten, wobei sich ein schirmartiger Hohlkegel-Sprühmantel von zerstäubten Teilchen ergibt, der sich nach auswärts zu den Wänden der Kammer 13 erstreckt. Gemäß der bekannten Technik des Sprühtrocknens wird durch den schlagartigen Druckabfall und die Oberflächenvergrößerung eine rasche Verdampfung der Flüssigkeit aus den Tröpfchen erzielt.

Gemäß der Erfindung werden die in der Schnittregion beider Kegelmantel-Teilchen-Ströme bereits teilweise getrockneten Dispersions-Teilchen gleichzeitig agglomeriert, während sie sich in der Kammer 13 befinden. Diese Agglomerierung stellt sich auf Grund des Stromes der mitgerissenen, das agglomerierenden Pulver darstellenden Zusatz-Teilchen ein, die aus der Ausblasstelle 35 der Leitung 33 herkommt und auf den Dispersions-Sprühmantel-Strom aufschlägt. Dies läßt sich aus der schematischen Darstellung der F i g. 2 deutlich ersehen. Die Ausblasstelle 35 der Leitung 33 steht in geringer Entfernung von der Düse 15. Die mitgerissenen trockenen Zusatz-Teilchen fliegen in den Dispersions-Teilchen-Strom. Es ist ersichtlich, daß die beiden Teilchenströme sich in einem relativ großen stumpfen Winkel schneiden; ihre Geschwindigkeits-Vektoren haben damit also auch einander entgegengerichtete Geschwindigkeits-Komponenten, die für die Aufprall-Wucht bestimmend sind.

Das agglomerierende Pulver besteht aus praktisch trockenen, nicht zusammenhängenden Zusatz-Teilchen, einer Substanz, die für die getrockneten Agglomerate des Endproduktes erwünscht ist. Das Agglomerierpulver kann z. B. aus getrocknetem Material bestehen, das dieselbe Substanz wie die Substanz in der Dispersion darstellt. Andererseits kann es aus einer davon unterschiedlichen Substanz bestehen; bei Nahrungsmitteln kann das Agglomerierpulver beispielsweise Rohrzukker, Mehl od. dgl. sein. Die Teilchengröße des Agglomerierpulvers ist nicht kritisch, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Der Feuchtigkeitsgehalt des Agglomerierpulvers ist ausreichend niedrig, damit es abgemessen und in die Rohrleitung 33 eingeführt werden kann, ohne daß Verklumpung oder Ballenbildung eintritt. Selbstverständlich muß, je niedriger der Feuchtigkeitsgehalt des Agglomerierpulvers ist, wegen dessen dann größeren Absorptionsvermögens

um so weniger Feuchtigkeit in der Kammer 13 abgedampft werden, und um so wirksamer wird die Arbeitsweise.

Wenn auch die Vorgänge, durch die die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden, noch nicht voll geklärt sind, wird doch angenommen, daß das Aufschlagen des relativ trockenen Agglomerierpulver-Zusatz-Teilchen auf die Dispersions-Teilchen, wie insbesondere in F i g. 2 gezeigt, eine haftende Grundlage ergibt, auf der die Agglomerierung beginnt und auch fortschreitet. Auf Grund der hohen Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers aus den versprühten Dispersions-Teilchen ist ein wesentlicher Teil des darin enthaltenen Wassers bereits kurz nach deren Freigabe aus der Sprühdüse 15 verdampft und der Zusammenstoß der beiden Teilchenströme bei ausreichender Geschwindigkeit ergibt eine Haftung zwischen diesen Teilchen. Durch weitere Zusammenstöße ergibt sich dann ein weiterer Aufbau der Teilchengröße, bis das erhaltene Agglomeratklümpchen so viel Feuchtigkeit verloren hat, daß es keine klebende Oberfläche mehr hat.

Die erhaltenen Agglomerate fallen nach ihrer Trocknung in der Kammer 13 abwärts und in die Rutsche 37 der Produktablaßeinrichtung 19. Hieraus werden sie dann mit dem Schneckenförderer 41 zur nachfolgenden Verarbeitung entnommen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden die aus der feuchten Ablaßluft in der Zyklontrenneinrichtung 45 gewonnenen Feinteilchen als Agglomerierpulver verwendet. Diese Zurückführung der Feinteilchen erlaubt eine Arbeitsweise in geschlossenem Kreislauf, bei dem der gesamte Ausstoß der Trocknungs- und Agglomerier-Vorrichtung 11 aus dem getrockneten agglomerierten Produkt mit der gewünschten Dispergierbarkeit in Flüssigkeiten besteht. Bei normalem Betrieb beträgt die Menge an Feinteilchen, die in der Zyklontrenneinrichtung 45 zurückzugewinnen ist, etwa ein Drittel des Gewichtes der gesamten Trockenteilchen, die aus der zu der Sprühdüse 15 zugeführten Dispersion gebildet werden. Diese Menge an Feinteilchen ergibt einen günstigen Betrieb, wenn sie durch die Agglomerierpulver-Zuführeinrichtung 17 zurückgeführt werden.

Die in die Kammer 13 durch Leitung 14 eintretende Luft hat eine solche Geschwindigkeit und einen solchen Winkel, daß die getrockneten Teilchen auf Grund der Zentrifugalkraft zu der Innenwand des Kammerteiles 25 getragen werden. Infolgedessen schwirren die getrockneten Teilchen um die Innenwand des Kammerteiles 25 herum und bilden eine bewegte Wand von Teilchen, die von der Innenwand eventuell vorhandenes klebriges Material, das an der Wand anhaftet, abschleifen. Die getrockneten Teilchen, die um die Wand schwirren, enthalten auch die durch die Leitung 33 zugegebenen und agglomerischen Zusatz-Teilchen, so daß eine sehr dichte Wand bewegter Teilchen gebildet wird. Diese Tatsache macht es möglich, Produkte sprühzutrocknen, die bisher ohne Verwendung kostspieliger spezieller Ausrüstungen nicht sprühzutrocknen waren.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens gegenüber üblichen Sprühtrocknungsverfahren läßt sich aus F i g. 3 entnehmen. In F i g. 3 stellt die Linie 51 die Teilchengrößenverteilung für ein Nahrungsmittelprodukt dar, das nach dem üblichen Sprühtrocknungsverfahren sprühgetrocknet wurde. Es ist ersichtlich, daß bei 50% aller Teilchen die Teilchengröße etwa 60 Mikron beträgt. Die Verbesserung unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens läßt sich aus Linie 52 entnehmen, bei der bei 50% die Teilchengröße 100 Mikron übersteigt. Diese wesentliche Verbesserung der Teilchengröße ergibt sich über nahezu den gesamten Verteilungsbereich, und deshalb wird selbstverständlich eine wesentliche Verbesserung der Dispergierbarkeit des Endproduktes in Flüssigkeiten erzielt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einer flüssigen Dispersion mittels Sprühtrocknung in einer Trocknungskammer unter Zufuhr von klimatisierter Luft vorbestimmter Geschwindigkeit und von trockenen Zusatzteilchen, wobei die flüssige Dispersion in die Trocknungskammer oben zentrisch als schirmartiger Hohlkcgelmantel eingesprüht wird und die Zusatzteilchen in der Kammerachse unterhalb der Einsprühstelle mittels eines Tragluftstromes zugeführt und alle Teilchen in dem zirkulierenden Luftstrom getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichzeitigen Sprühtrocknen und Agglomerieren die trokkenen Zusatzteilchen in einem solchen Abstand und unter dem Einfluß eines zentralen Abweisers in der Sprühachse als nach oben offener Kegelmantel ausgeblasen werden, daß dieser den Hohlkegel-Sprühmantel der Dispersion in einem Bereich schneidet, in dem die Dispersionsteilchen bereits teilweise getrocknet sind, wobei der Schnittwinkel beider Mantelströme stumpf ist, so daß die Geschwindigkeitsvektoren der Dispersions- und Zusatzteilchen einander entgegengerichtete Komponenten aufweisen, und wobei die Geschwindigkeit der Zusatzteilchen derart gewählt ist, daß diese beim Auftreffen auf den Dispersionsteilchenstrom auf den teilweise getrockneten Dispersionsteilchen agglomerierend haften.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zirkulierenden Luft abgesaugte und von dieser getrennte Feinteilchen als Zusatzteilchen verwendet werden.

3. Trocknungskammer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem oberen zylindrischen und einem unteren trichterförmigen Teil, mit einer zentrisch in einen Deckelteil mündenden Luftzufuhr, die Leitelemente zur Erzeugung eines Kreisstromes besitzt, mit einer Trenneinrichtung für die aus dem Kammerunterteil abgesaugte feinteilchenhaltige Abluft und mit einer Rückführleitung für die in der Trenneinrichtung anfallenden Feinteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (33) für die Zusatzteilchen durch die Wand des Kammerunterteils (27) in die Kammer, in der Mitte des Kammerteils (25) lotrecht aufwärts geführt und im Abstand unter dem Zerstäuber (15) durch einen zentralen Abweiser (36) abgeschlossen ist und daß die Rückführleitung für das Feingut außerhalb der Trocknungskammer in die Zuführung für die Zusatzteilchen mündet.