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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen, Mischen, Behandeln und/oder Veredeln von festen und/oder flüssigen Stoffen oder Stoffmischungen, mit einer um eine Längsachse drehbaren Trommel zum Aufnehmen der Stoffe oder Stoffmischungen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Bekannt sind Trommeltrockner mit einer in etwa zylinderförmigen, um ihre axiale Achse bzw. Längsachse drehbaren Trommel, die an ihrer einen Stirnseite mindestens eine Einlassöffnung für das zu trocknende Gut und an ihrer anderen Stirnseite mindestens eine Auslassöffnung für das nach Durchwandern des Inneren der Trommel in axialer Richtung getrocknete Gut aufweisen.
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Derartige Trommeltrockner werden von dem zu trocknenden Gut durchwandert und dabei erwärmt, wodurch das Gut getrocknet wird. Sollen beispielsweise Feststoffe, wie etwa Holzhackschnitzel, Holzspäne, Sägemehl oder andere Biomassen sowie Reststoffe getrocknet werden, so werden diese an der Einlassöffnung in die Trommel eingeführt und durch die Austragsdrehung zuerst verteilt, um danach mit der Drehrichtungsumkehr definiert auf die gleiche Position umgewälzt, vermischt, getrocknet, behandelt und/oder veredelt zu werden. Dazu wird ein Warmluftstrom eingesetzt, der durch eine Druckventilator- und Wärmetauschereinheit vor der Austragsseite der Stoffe oder Stoffmischungen erzeugt und in axialer Richtung durch den Trommeltrockner zur Eintragsseite, also im Gegenstrom zu den zu behandelnden Stoffen oder Stoffmischungen, geführt wird.
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In diesem Zusammenhang ist üblicherweise am Lufteintritt der Trommel ein relativ starker Luftstrom vorhanden. Mit zunehmender Trocknung wird das Gut durch den Feuchtigkeitsverlust naturgemäß leichter; außerdem wird der transportierende Luftstrom stärker, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms im Trommeltrockner erhöht. Dadurch wird in der Endphase, das heißt zum Austritt der Trommel hin, die Trocknung nicht mehr optimal durchgeführt, da das Gut die Trommel unkontrolliert und zu schnell wieder verlässt.
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Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trocknen, Mischen, Behandeln und/oder Veredeln von festen und/oder flüssigen Stoffen oder Stoffmischungen zu schaffen, bei der besonders in der Endphase der Trocknung, das heißt insbesondere zum Austritt des Luftstromes aus der Trommel, eine möglichst homogene Trocknung zu erzielen, was bei den konventionellen Trommeltrocknern sowie bei den konventionellen Trocknungsverfahren infolge der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Verlauf des Trocknungsprozesses nicht möglich war.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß strömt also ein Teil des Luftstromes durch die Trommel in axialer Richtung vom Eintritt zum Austritt und ein Teil der Luft strömt zwischen der Trommel und dem Gehäuse, sodass die Trommel von außen zusätzlich erwärmt wird.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Luftstroms dem Austritt der Trommel ein Filter nachgeordnet ist, mittels welchem der die Trommel verlassende Luftstrom gereinigt wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Reinigung des Luftstroms erreicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Luftstroms vor dem Eintritt in die Trommel regelbare Luftöffnungen und/oder Luftleitbleche angeordnet sind, sodass eine Steuerung des Luftstroms möglich ist.
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Wenn der Luftstrom über einen Wärmetauscher und einen Ventilator vor der Trommel in das Gehäuse eingeleitet wird, kann eine bedeutende Verbesserung und Optimierung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Prozesse erzielt werden.
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Besonders zu bevorzugen ist es, wenn der Ventilator in Strömungsrichtung des Luftstroms nach dem Austritt aus der Trommel angeordnet ist.
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Um das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführende Trocknen, Mischen, Behandeln und/oder Veredeln von festen und/oder flüssigen Stoffen zu verbessern, kann eine Flüssigkeitseindüsung zum zumindest teilweisen oder zeitweisen Eindüsen einer Flüssigkeit in die Trommel vorgesehen sein.
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Die in der Trommel zu verarbeitenden Stoffe können in einfacher Weise transportiert werden, wenn innerhalb der Trommel gekrümmte und schräg verlaufende Wendeschaufeln angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse als Container ausgebildet ist.
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Ein einfacher Antrieb der Trommel kann dadurch erreicht werden, dass die Trommel mittels wenigstens einer mit der Trommel in Berührung stehenden Walze antreibbar ist.
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Der außerhalb der Trommel strömende Luftstrom kann über Sensoren prozessoptimiert je nach Strömungs- und Trocknungsbedingungen durch eine Abtrennung mit regelbaren Luftöffnungen zwischen Gehäuseaußenhülle und Trommelgesteuert werden. Beide Luftströmungen werden nach der Trommel im Containerendteil wieder zusammengeführt und können durch Staubfilter nach außen weitergeführt werden.
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Wenn Schadgase wie Ammoniak beim Trocknungsprozess austreten, können diese durch einen angeschlossenen Luftwäscher gereinigt werden. In Verbindung mit der vorhandenen Steuerung und Analytik kann das Eluat aus einer angeschlossenen Luftwäsche, ohne die Anlage verlassen zu müssen, in die Trommel zur direkten Verwendung zurückgeführt werden.
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Neuartig ist außerdem der multifunktionale Einbau der Trommel in ein Gehäuse mit angeordneter Erwärmeinrichtung, beispielsweise mindestens einem Wärmetauscher mit Ventilator, zum Erwärmen des zu trocknenden Guts während des Durchwanderns der Trommel, mit definiert über Sensoren einstellbaren Strömungsmöglichkeiten, wobei das zu trocknende Gut von einem in axialer Richtung vom Eintritt zum Austritt strömenden Luftstrom getrocknet wird. Das zu trocknende Gut wird in Chargen in der einen Drehbewegung auf die gleichen Stelle über gekrümmte und schräg verlaufende Wendeschaufeln umgewälzt bis der gewünschte einstellbare Trocknungsgrad erreicht ist, um dann durch Drehrichtungsumkehr die Feststoffe von diesen Wendeschaufeln ausgetragen zu werden.
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Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbare Verfahren eignet sich insbesondere zum Trocknen von Holzhackschnitzeln, Holzspänen, Sägespänen und verschiedenen Biomassen und Reststoffen, bei denen der Effekt der Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit infolge der Wasserabgabe und damit des Dichteunterschiedes besonders gravierend ist. Bei der Trocknung dieser Materialien lässt sich durch eine annähernd oder genau verwirklichte Strömungsprozesssteuerung eine bedeutende Verbesserung des Trocknungsprozesses erzielen, der zusätzlich durch die Ventilatoranordnung weiter angepasst werden kann.
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In diesem Mittel-Temperatur-Trommelmischtrockner kann außerdem auch eine Hygienisierung erfolgen. Solange das zu trocknende Gut noch feucht ist, gibt es viel Wasser an die heiße Trocknungsluft ab und wird wegen der kühlenden Wirkung der Verdampfungsenthalpie nicht heißer als ca. 50 bis 55°C. Nach fortgeschrittener Trocknungszeit im Trommelmischtrockner erreicht es einen Feststoffgehalt von ca. 70% bis 80% und gibt nur noch langsam weiteres Wasser ab, so dass es nun weiter erwärmt wird auf über 70°C, womit es annähernd die Temperatur der Trocknungsluft erreicht. Wenn so die Feststoffe 60 Minuten lang auf einer Temperatur von mindestens 70°C gehalten werden, so sind diese hygienisiert.
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Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben, durch die in exemplarischer Form verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht ist.
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Es zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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2 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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4 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 1 zum Trocknen, Mischen, Behandeln und/oder Veredeln von festen und/oder flüssigen Stoffen, die auch als Trommelmischtrockner bezeichnet werden kann, sind jeweils mit einer zylinderförmigen, um ihre axiale Achse drehbaren Trommel 2 ausgerüstet, die an ihrer einen Stirnseite mindestens eine Einlassöffnung 3 als Eintritt für das zu trocknende Gut und an ihrer anderen Stirnseite mindestens eine Auslassöffnung 4 als Austritt für das nach Durchwandern des Inneren der Trommel 2 in axialer Richtung getrocknete Gut aufweist. Des Weiteren weist die Trommel 2 einen Eintritt 5 und einen Austritt 6 für einen die Trommel 2 durchquerenden Luftstrom L auf.
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Die Vorrichtung 1 ist des Weiteren mit einer an der Trommel 2 angeordneten Erwärmeinrichtung 7 ausgerüstet, die einen Wärmetauscher 8 mit einem Ventilator 9 aufweist und zum Erwärmen des zu trocknenden Guts während des Durchwanderns der Trommel 2 dient. Dabei wird das zu trocknende Gut von einem in axialer Richtung vom Eintritt 5 zum Austritt 6 von dem Luftstrom L durchströmt. Der Ventilator 9 kann auch am Austritt 6 als Sauglüfter extra oder als zusätzlicher Lüfter angebracht sein. Dabei ist die Trommel 2 innerhalb eines Gehäuses 10 angeordnet, das im vorliegenden Fall durch einen Container gebildet ist und daher nachfolgend auch als Container 10 bzw. als Containerhülle 10 bezeichnet wird.
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Die Trommel 2 ist derart innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist, dass ein Teil des Luftstromes L durch die Trommel 2 in einer im wesentlichen axialen Richtung vom Eintritt 5 zum Austritt 6 strömt und ein Teil des Luftstromes L zwischen der Trommel 2 und dem Gehäuse 10 strömt. Dabei wird durch den Luftstrom L die Trommel 2 von außen beheizt.
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Mithin werden die Vorrichtungen 1 von dem zu trocknenden Gut durchwandert, das dabei erwärmt und somit getrocknet wird. Sollen beispielsweise Feststoffe, wie etwa Holzhackschnitzel, Holzspäne oder Sägemehl, oder andere Biomassen und Reststoffe getrocknet werden, so werden diese an der als Einlassöffnung 3 in die Trommel 2 eingeführt und mit dem Luftstrom L in axialer Richtung gehalten und geführt.
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Mit zunehmender Trocknung wird das Gut durch den Feuchtigkeitsverlust naturgemäß leichter. Außerdem wird der transportierende Luftstrom L stärker, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms im Trommelmischtrockner erhöht; gleichwohl wird mit dem Trommelmischtrockner auch in der Endphase der Trocknung eine optimal homogene Trocknung der Charge erzielt, weil in einer Abtrennung 11 zwischen der Containerhülle 10 und der Trommel 2 regelbare Luftöffnungen 12 vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung in der Abtrennung 11 gleichmäßig verteilt sowie gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind und die alle regelbar sein können. Hierdurch kann ein zu jeder Zeit definierbarer Teil des Luftstromes L durch die Trommel 2 in axialer Richtung vom Eintritt 5 zum Austritt 6 strömen und ein Teil der Luft zwischen der Trommel 2 und der Containerhülle 10 regelbar strömen.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen kann durch die vorgesehenen Luftöffnungen 12 in der Abtrennung 11 zwischen der Containerhülle 10 und der Trommel 2 und/oder durch Luftleitbleche vor dem Eintritt 5 der Luftströmung L in die Trommel 2 die durchströmende Transportluft prozessoptimiert je nach Trocknungsprozess gesteuert werden.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist jede der Luftöffnungen 12 in der Abtrennung 11 zwischen der Containerhülle 10 und der Trommel 2 den gleichen Abstand vom Eintritt 5 auf, was dadurch verwirklicht ist, dass die Luftöffnungen 12 und die Luftleitbleche in gleichem axialen Abstand angeordnet sind und so optimal prozessoptimiert geregelt werden können. Durch die unterschiedliche mögliche Anordnung der Ventilatoren lässt sich dies noch weiter optimieren.
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Durch die vorgenannten Maßnahmen ist gewährleistet, dass der Anteil des durch die Trommel 2 strömenden Luftstroms L und ein Teil der Luft zwischen der Trommel 2 und der Containerhülle 10 strömen kann und das zu trocknende Gut radial möglichst gleichmäßig trocknen kann. Unerwünschte Bildung von Luftturbulenzen in der Trommel 2 sowie unerwünschte Trocknungsgutverschleppungen auf zuverlässige Weise verhindert.
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Diese Luftströmung außerhalb der Trommel 2 kann über die Ventilatoren, Luftleitbleche sowie Sensoren prozessoptimiert je nach Strömungs- und Trocknungsbedingungen durch die in der Abtrennung regelbaren Luftöffnungen zwischen der Containeraußenhülle 10 und der Trommel 2 gesteuert werden. Die Abtrennung 11 kann am Container 10 luftdicht und an der drehenden Trommel 2 mit Dichtungsmaterial luftdicht ausgeführt sein. Beide Luftströme, d. h. der Luftstrom L innerhalb der Trommel 2 und der Luftstrom außerhalb der Trommel 2, können zumindest teilweise oder zeitweise getrennt betrieben und/oder aufgearbeitet werden.
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Aus den Figuren geht hervor, dass am Eintritt 5 der Wärmetauscher 8 und der Ventilator 9 (Ansaugvorrichtung) an dem Container 10 angebaut ist, durch die der aus der Trommel 10 am Austritt herausgeführte Luftstrom L im Containerendteil über eine Abluftöffnung abtransportiert wird. Ergänzend hierzu ist auch eine von der Abluftöffnung wegführende Absaugleitung 26 vorgesehen, die mit dem Ventilator 9 und mit dem Eintritt 5 verbunden ist und durch die der aus der Trommel 2 herausgeführte Luftstrom zur Aufbereitung, zur Weiterverarbeitung bzw. zur Rückführung in die Trommel 2 geleitet werden kann. Mittels der Absaugleitung 26 kann also die unbelastete Warmluft, die zwischen der Trommel 2 und der Containerhülle 10 strömt und dadurch keine Schadgase aufnehmen konnte, als Wärmerückführung als Wärmerückgewinnung dienen. Wenn Schadgase durch das getrocknete Gut entstehen, kann der Luftstrom aus der Trommel 2 und die unbelastete Luftströmung zwischen der Trommel 2 und der Containeraußenhülle 10 getrennt abgeführt werden. Hierdurch kann die unbelastete Luftströmung die als warme Luftmenge zur Verfügung steht, ohne Filterung wieder verwendet werden, insbesondere zur Rückführung in den Eintritt 5.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind im Bereich der Luftöffnungen 12 bzw. Luftleitbleche angeordnet. Hierbei ist die Anordnung und Regelbarkeit der Luftöffnungen 12 bzw. der Luftleitbleche so gewählt, dass das zu trocknende Gut bei Rotation der Trommel 2 um ihre axiale Achse über Sensoren prozessoptimiert gesteuert werden kann. Hierdurch kann in zuverlässiger Weise verhindert werden, dass zusammen mit dem Teil des durch die Trommel 2 strömenden Luftstroms L auch leichtere, insbesondere bereits getrocknete Bestandteile des zu trocknenden Guts aus der Trommel 2 herausgesaugt werden oder herausfallen. Durch die unterschiedliche mögliche Anordnung der Ventilatoren lässt sich dies noch weiter optimieren.
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Durch eine zusätzlichen Anordnung von Flüssigkeitseindüsung kann Staub vermindert, eine optimale sensorgesteuerte Feuchtigkeitssättigung in der Trommelwarmluft erreicht werden und eine energiearme Rückfeuchtung bzw. Behandlung bzw. Veredelung bzw. Vermischung mit/ohne Zusatzstoffmischungen in die Feststoffe für das gewünschte Zielprodukt über eine intelligente Steuerung erreicht werden.
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Während die Luftöffnungen 12 bzw. die Luftleitbleche bzw. Wärmetauscher 8 und Ventilatoren 9 bzw. die Flüssigkeitseindüsung dafür sorgen, dass das zu trocknende Gut, das heißt die darin enthaltenen Feststoffe, getrocknet, aber nicht mit abgesaugt werden sollen, sind die Luftleitbleche zum Umlenken von zumindest einem Teil des Luftstroms zwischen der Containerhülle 10 und der Trommel 2 vorgesehen, und zwar meistens dann, wenn die Sensoren im strömenden Luftstroms beim Herausführen aus der Trommel 2 die Staubbelastung, Wärmerückführung und/oder die Feuchtigkeitssättigung im Warmluftstrom und des zu trocknenden Guts dies im Prozess erfordert.
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Hierbei ist die jeweilige Fläche der Luftöffnungen 12 und die Stellung der Luftleitbleche zumindest so wie dies erforderlich ist. Auch ist die jeweilige Form der Luftleitbleche an die jeweilige Einbausituation angepasst. Beide vorgenannten Maßnahmen dienen dazu, die vorstehend dargelegte Zweckbestimmung der Luftöffnungen 12 bzw. der Luftleitbleche in besonders vortrefflicher Weise optimiert für das zu trocknende Gut, den Prozess und das Ziel zu verwirklichen.
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Die Luftöffnungen 12 können funktionsgerecht über Luftklappen oder Verschlussklappen in der Abtrennung und die Luftleitbleche können eine elastische bzw. scharnierartige Verbindung an oder vor der Trommel 2 angelenkt sein. Durch eine derartige elastische bzw. scharnierartige Anlenkung ist insbesondere in Bezug auf die Luftleitbleche gewährleistet, dass diese in Abhängigkeit von der jeweiligen Notwendigkeit eine definierte gesteuerte Stellung einnehmen können.
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Der Abluftöffnung am Austritt 6 kann ein Staubfilter angebaut sein, durch das der aus der Trommel 2 herausgeführte Luftstrom geführt werden kann und mittels dessen der aus der Trommel 2 herausgeführte Luftstrom zumindest teilweise gereinigt wird; das Filtern des aus der Trommel 2 herausgeführten Luftstroms bewirkt in erster Linie ein Entstauben desselben.
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Hinsichtlich eines mit der Vorrichtung 1 durchführbaren Verfahrens ist besonders noch zu bemerken, dass der herausgeführte Teil der Luftströmung zwischen der Containerhülle 10 und der Trommel 2 zumindest teilweise getrennt aufgearbeitet werden kann, insbesondere für eine Rückführung in den Trocknungsprozess und/oder als Wärmerückgewinnung für den weiteren Bedarf. Der aus der Trommel 2 herausgeführte Luftstrom der bereits eine hohe Feuchtigkeitssättigung, Staub und Schadgase mitführt, sollte gefiltert und abgeführt werden.
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Die Vorrichtung 1 bzw. der Trommelmischtrockner gemäß den Figuren sowie das damit durchführbare Verfahren eignen sich insbesondere zum Mischtrocknen von Holzhackschnitzeln, Holzspänen, Sägespänen, Biomassen und Reststoffen, bei denen der Effekt der Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit infolge der Wasserabgabe und damit des Dichteunterschiedes besonders gravierend ist. Ebenso eignet sich der Trommelmischtrockner wenn verschiedene Feststoffmischungen mit Trocknungs- und Behandlungs- und Veredelungsaufgaben mit festen und/oder flüssigen Zusatzstoffbeimengungen in einem Anlagensystem für verschiedene Endprodukte als Standardkomponente zum Einsatz kommen soll, das über eine intelligente Steuerung für alle Anwendungsfälle sehr einfach angepasst werden kann. Bei der Mischtrocknung dieser Feststoffe lässt sich durch eine annähernd oder genau verwirklichte Teilung der Luftströme bzw. Ventilatoren bzw. Flüssigkeitseindüsung eine bedeutende Verbesserung und Optimierung der Prozesse erzielen.
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Die Vorrichtung 1 bzw. der Trommelmischtrockner weist also eine in etwa zylinderförmige, um ihre axiale Achse bzw. Längsachse drehbare Trommel 2 auf, die in einem Container 10 eingebaut ist und an ihrer einen Containerseite und Trommelstirnseite mindestens eine Einlassöffnung 3 als Eintritt für das zu trocknende Gut und an ihrer anderen Trommelstirnseite mindestens eine Auslassöffnung 4 als Austritt für das nach Durchwandern des Inneren der Trommel 2 in axialer Richtung getrocknete Gut aufweist. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 mindestens eine an dem Container 10 angeordneten Erwärmeinrichtung 7 auf, beispielsweise mindestens einen Wärmetauscher 8 mit Ventilator 9, der zwischen den geöffneten Containerstirntüren eingebaut ist und zum Erwärmen des zu trocknenden Guts während des Durchwanderns der Trommel 2 dient, wobei das zu trocknende Gut von einem in axialer Richtung vom Eintritt 5 zum Austritt 6 strömenden Luftstrom getrocknet wird.
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Das zu trocknende Gut wird in Chargen mittels einer Drehbewegung in einer ersten Drehrichtung über gekrümmte und schräg geformt verlaufende Wendeschaufeln 13 umgewälzt bis der Trocknungsgrad erreicht ist, wobei es stets auf die gleiche Stelle fällt, um dann durch Drehrichtungsumkehr der Trommel 2 von diesen Wendeschaufeln 13 ausgetragen zu werden.
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In 4 ist eine Möglichkeit für einen Antrieb der Trommel 2 dargestellt, Dabei sind zwei Walzen 14 vorgesehen, die mit einem äußeren Ring der Trommel 2 in Verbindung stehen, d. h. denselben berühren und so die Trommel antreiben. Die Walzen 14, von denen auch nur eine ausreichend sein könnte, können beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Elektromotors angetrieben werden.
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Mittels der Vorrichtung 1 kann ein Verfahren zum Betrieb eines Container-Trommelmischtrockners ausgeführt werden, der auch feste und/oder flüssige Stoffmischungen jederzeit trocknen bzw. mischen bzw. behandeln bzw. veredeln kann. Dabei können vor, während oder danach weitere Stoffe bei Bedarf zugegeben werden und/oder weitere Arbeitsschritte vor, während oder danach eingebunden bzw. durchgeführt werden, um aus dem in die Trommel 2 eingegebenen Gut verschiedene Produkte als stoffliche Verwertung und Verwendung herzustellen zu können, insbesondere Düngemittel, Futtermittel, Einstreu, Brennstoff, etc..
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In Verbindung mit der vorhandenen Steuerung und Analytik kann das Eluat aus einer angeschlossenen Luftwäsche, ohne die Anlage verlassen zu müssen, in die Trommel 2 zur direkten Verwendung zurückgeführt werden.
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Zu beachten ist außerdem, dass mit Standardhardware alle Kombinationsmöglichkeiten über eine intelligente Steuerung für alle möglichen Endprodukte kostengünstig angepasst, erweiterbar, veränderbar sind.
