DE2139462A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von körnigem Material - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von körnigem MaterialInfo
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Description
1113 A
PATENTANWÄLTE * ' g *
DR. ING. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER
2i HAMBURG 90 8 MÖNCHEN 80
3TX. 13 · TIL. 13411} 77OSiI LUClLä-CKAMN-STS. 22 - FEL-(OBIlI
München, 6. August 1971
R/My
Anmaider! Hercules Incorporated, SMQ Markst Street,
Wilmington, Delaware, USA
Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von körnigem Material
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren aum Trocknen '/on körnigem Materials dos in einer Kammer
durch Gas, das durch den Kömmerboden tribt, fluidisiert wird,
Die Bezeichnung "fluidisiert11 bezieht sich auf die Technik, eine
Masse aus festen Teilchen so au behandeln, daß man Gas hindurchtreten läßt, so daß die Kesse quasi-flüssig wird. Diese tfließbettechnik
hot den Vorteil, eine ausgezeichnete Mischung und damit eine sehr schnelle Übertragung der Hitze zur Mitte der Teilchenmasse
zu bewirken,
Die Erfindung befaßt sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,
mit einer Vorrichtung, die zum Trocknen von Teilchen aus synthetischen polymeren Materialien mit anhaftendem
organischem Lösungsmittel verwendbar ist»
Es ist bekannt, die Teilchen dadurch zu trocknen, daß man sie
in einem Bett unter Verwendung' eines fluidisierenden Gases wie
Luft oder Stickstoff, das vor dem Zutritt zum Fließbett erhitzt v/orden ist und als Trocknungsmittel dient, fluidisiert. Die bekannten Verfahren haben jedoch einen unerwünscht niedrigen Wirkungsgrad
und eine niedrige Mafcerialkapazitäfc.
. 109.887/U06 ./.
Es ist eine Kammer, in der feste Teilchen fluidisiert v/erden,
bekannt (USA-PS 3 350 915, H. K. Staffin). Diese beschriebene
Vorrichtung dient der Temperatureichung, wobei das Fließbett ein
Bett für gleichmäßige Temperatur bei Temperaturen außerhalb des Bereichs üblicher Flüssigkeiten ergibt. Die hierbei verwendeten
Teilchen sind trocken und es ist nicht beschrieben, daß die Vorrichtung auch zur Trocknung verwendbar ist, noch, ob oder ob nicht
sie überhaupt mit nassen Teilchen arbeiten kann. Die Verwendung nasser Teilchen würde im Gegensatz zur beschriebenen Funktion des
Schaffens einer Konstant-Temperatur-Quelle stehen.
Bei der I'ließbet trocknung ergeben sich zahlreiche Probleme,
Die Trocknungsgeschwindigkeit ist durch die Geschwindigkeit
begrenzt, mit der Wärme in das Bett eingebracht wei'den kann. Da die meisten Materialien eine höchat-zulässige Tempera bur haben,
,der sie ausgesetzt werden können, ist die Geschwindigkeit des Wärmeeinbringens begrenzt auf die Wärmekapazität des fluidisierenderi
Gases bei Maximaltemperatur plus der maximalen Wärmedurchgangsgeschwindigkeit
durch die Kammerwände. Diese gesamte Wärmeübertrogungsgeschwindigkeit
kann zu niedrig sein, um die Erfordernisse des Trocknungszyklus zu erfüllen.
Viele körnige Materialien haben in nassem Zustand hohe Schüttwinkel
, insbesondere v/enn die flüssige Phase eine Fraktion eines Bestandteils enthält, der für die Teilchen als Lösungsmittel wirkt.
Häufig führt dies dazu, daß zu Beginn des Trocknungsvorgangs eine geringe oder keine Fluidisation utattfindet, also ein festes Bett
vorliegt. Außerdem zeigt ein solches festos Bett häufig eine lebhafte
Tendenz zur Bildung von Goskanälen durch das Bett, wobei ein Loch oder Löcher verbleiben, die einen Gaskuraschluß bewirken. Der
hohe Schüttwinkel des Moböpiüle begünstigt»die Aufrechterhalten·;
der Kenäle und führt zu einer niedrigen Trocknungswirksamkeit.
, 109887/U06 ·/·
Din meisten in der Fließbettechnik verwendeten körnigen
Materialien sind nichtleitend. Infolgedessen kann sich während
des späteren Teils des Trocknungszyklus eine statische Ladung
aufbauen. Sofern brennbare Lösungsmittel behandelt v/erden, stellt die Möglichkeit einer Funkenbildung eine potentielle Gefahr dare
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Trocknen von körnigem Material anzugeben, die wirksamer sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Trocknen des körnigen Materials, mit einer ein Bett des
zu trocknenden Materials enthaltenden STuidisier-Kammer, die einen
gasdurchlässigen Boden und eine Einrichtung zum Erwärmen des Materials hat, und mit einer Gaszuführung durch das Materialbett
aufwärts durch die Bodenwand, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kammer, bezogen auf die Größe des aufnehmbaren Materxalbetts,
mehr als dreimal zu hoch wie breit ist und da0 die Seitenwände der.
Kammer heizbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen des körnigen Materials,
bei dem man Gas aufwärts durch die Masse des Materials- g unter Erwärmung treten läßt und das Material während des Trocknens
fluidisiert, ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas aufwärts durch die enthaltene Masse treten läßt, deren Höhe mehr
als dreimal so groß ist wie ihre Breite, und in,dem man die Sei- v
ten der Masse heizt.
Die Kombination der Erwärmung der Seitenwände und des hohen Verhältnisses der Höhe zur Bettdicke führt zu wesentlichen, zusammenwirkenden
Vorteilen.
109887/1406
Das hohe Verhältnis der Höhe zur Bettdicke vermindert die Neigung des nassen Materials, im Anfangsstadium des 'I'rocknungssyklus
Kanäle zu bilden. Dies kann damit erklärt'worden, daB das
Material nur schwer den Schüttwinkel annehmen kenn, der einen
Kanal trägt« Zusätzlich unterstützt der Reibungskoeffizient zwischen dem Bett und der Wand die Beibehaltung der Stabilität
und verhindert dadurch die Kanalbildung. Dies ist besonders im Fall einer Ladung mit hohem flüchtigem Anteil und/oder hoher
Affinität der Teilchen zueinander von Bedeutung.
Als Ergebnis der Geometrie der Kammer ergibt sich ein hohes Verhältnis der Wärmeübertr.sgungsf lache an den Seitenwänden zur
Menge des zu trocknenden Materisis. Dies führt zu hohen Trocknungsgeschwindigkeiten
bei festen maximalen Arbeitstemperaturen.
Durch Festlegen des Abstands zwischen den geheizten Feldern kann die geforderte Wärmeübertragungsgeschwindigkeit durch diese geheizten
Flächen in das Bett vorgesehen werden.
Darüber hinaus vermindert diese erhöhte Erwärmungsgeschwindigkeit die Zeit, während derer die Teilchen noch wesentliche
Nässe aufweisen, wodurch die Gefahr der Kanalbildung vermindert wird. Dies gilt insbesondere nahe an den Seitenwänden, an denen
das Auftreten von Kanälen am vrahrscheinlichsten ist.
Außerdem verhilft die relative Nähe der Heizflächen zu einer Verteilung statischer Ladung innerhalb der Einheit.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen;
Figur 1 kombiniert eine Vorderansicht und einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;. v
Figur 2 kombiniert eine Seitenansicht und einen Längsschnitt
in einer Ebene 2-2 durch die Vorrichtung nach Figur 1;
"109887/140 6 ./.
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Figur 3 eine Schnittansicht in einer Ebene 3-3 in Fircur 1;
und
Figur 4 einen Horizontalschnitt durch eine andere Ausführungsform mit zylindrischer anstatt parallelepipedischer Forin.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach figuren 1, 2 und 3
umfaßt ein Kabinett 10 aus Metallblech mit geeigneben Verstärkungen,
mit einer Deckwand 11, einem Boden 12, Stirnwänden 13-13
und Seitenwäriden 14-14. Das Kabinett 10 ist durch Zwischenwände
15 in eine Vielzahl vertikaler Abteile 18a, 18b usw. unterteilt, ^
die im Verhältnis zu ihrer Länge und Höhe sehr eng sind und scheibenartige Räume bilden, innerhalb derer das körnige Material
zum Bearbeiten aufgenommen wird* Das Verhältnis der Breite sur Länge und Höhe der Abteile hängt vom Entwurf ab und die
Breite Jedes Abteils wird so gewählt, daß die beschriebenen
Probleme vermieden sind, beispielsweise äas der Kanalbildung«,
Andererseits hängt diese Breite von der Tendenz des behandelten Materials zum Zusammenpacken ab, die eine Funktion der Teilchengröße
und -form, des Reibungskoeffizienten, von Verhaltensänderungen
unter Hitze usw. ist. Das optimale Verhältnis wird also etwas empirisch ermittelt. Jedenfalls haben Versuche gezeigt,
daß eine zweckdienlicherweise als "scheibenförmig" beschriebene λ
Abteilform sich für eine richtige Arbeitsweise der Vorrichtung als am geeignetsten erwiesen hat« Es v/urde ermittelt, daß das
Verhältnis der Länge zur Höhe in der Größenordnung von 1:1 liegt und daß dos Verhältnis der Höhe zur Breite, also zur Dicke der
"Scheibe" größer als 7j;'\ % insbesondere 6*»1 ist.
Der Boden Jedes Abteils umfaßt Felder 23a usw., aus porösem
oder offenem Material, beispielsweise aus einem Koramikmaterial oder Metoll mit ausreichend kleinen Poren, um sicher vor einer
Verstopfung zu sein, Jedoch eucreichend.durchlässig für den Durchtritt
deo Gases. Dös gegebenenfalls erhitzte Gas wird zweckmäßigorv/eise
durch ein Rohr 24 unü von diesem abzweigenden Zweige 25 zugeführt.
Die Felder 23o usw. sind in einem Abstand oberhalb des
109887/U06 ./·
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Bodens 12 des Kabinetts 10 angeordnet, um den gleichmäßigen Zutritt
des zu verteilenden Gases über der gesamten Fläche öedes
der Felder 23s usw. zu ermöglichen.
Die verschiedenen Ladungen des aus kleinen Teilchen bestehenden Materials können in beliebiger geeigneter Weise eingefüllt
werden. Beispielsweise kann die Deckwand 11 angelenkte und mit einem Dichtungsring am Umfang versehen sein oder es können einzelne
Zugangsöffnungen und Abdeckungen, jeweils eine für ein Abteil, vorgesehen sein.
An dieser Stelle sei bemerkt, daß die verschiedenen Abteile
unabhängig sind, so daß zu einer bestimmten Zeit auch weniger
als die gesamte Anzahl, im Beispiel 5» in Gebrauch sein können.
Außerdem kann ;jede Anzahl von Abteilen, also such mehr oder
weniger als 5» vorhanden sein»
Zum Entladen des Materials dienen Rohre JIa usv/,, die sich
über ein (nicht dargestelltes) Sammelrohr in ein gemeinsames Aufnahmegefäß entleeren; sofern die Trocknungszeit für einige
der Abteile anders 'ist, kann auch in getrennte Aufnahmegefäße entleert werden. Das die verschiedenen Betten verlassende Gas
wird über ein Rohr 'j>l\ abgeleitet.
Die Wärme wird den verschiedenen Betten über zellenartifce
Felderhitzer zugeführt, beispielsweise durch solche, wie sie von Dean Products, Inc., Brooklyn, ITew York erhältlich sind.
Diese Felder sind im wesentlichen so geformt, daß Dsir.pf, heiße
Flüssigkeit oder Gas auf einem kreislauf artigen V/ep: zirkulieren
kann, nämlich durch einen kontinuierlichen, zick-zock-f örraipon
Kanal, wobei der Dampf oben eintritt und das Kondensat .rich on
Boden befindet, oder durch eine Reihe paralleler Kanäle, v.'obci
ein gemeinsames Dampf-Zufuhrrohr und entgegengesetzt ein oarr.ir^irohr
für das Sammeln des Kondensats vorgesehen sind. Jedenfalls
ist die Konstruktion so, daß daraus eine innewohnende Starrheit resultiert. Aus diesem Grund sind die Seitenwände 14-14 Felder-
109887/U06 ./. 7
- 7
hitzer, bei denen die Rohre innen angeordnet sind; Unterteilungen ^6 zwischen den Betten haben die Rohre an einer Hittelebene
angeordnete In_dem also die Wärmequelle über die ausgedehnten
Seitenflächen von praktisch dem gesamten Bett verteilt v/ird, ist eine itfirksame Wärmeübertragung sichergestellt. Die Heizfelder
können mit der Dsmpfversorgung in irgendeiner gewünschten Weise verbunden sein, beispielsweise in Serie, parallel
oder serien-parallel. Da diese Weise der Verbindung bekannt ist,
wird sie nicht im einzelnen ausgeführt. Alternativ können die Wände der Abteile elektrisch geheizt sein, beispielsweise mit
Calrod-Erhitzern. \
Zur Vermeidung eines relativ statischen Zustands des körnigen
Materials umfasst die Vorrichtung ein Rührwerk 38 in jedem Abteil.
Das Rührwerk ist zweckmäßigerweise wellenförmig und heizbar, welch letzteres Merkmal die Wirkung der Außenwände und
Unterteilungen ergänzt.
Das Rührwerk 38 umfaßt U-förmige Abschnitte 4-0 aus Rohr, die
von einem Hauptrohr in Form einer hohlen Welle 41 getragen werden« Die Abschnitte 40 erhalten Dampf oder ein anderes Heizmittel von einer Speiseleitung 45 und das Kondensat v/ird durch ein
Rohr 46 und eine Auffangvorrichtung 47 abgeführt. Stopfbuchsen ä
51 und 52 ermöglichen eine Hin- und Herverdrehung der Welle 41
ohne Störung des Kreislaufs. Alternativ können die Abschnitte 40 als eine zusammenhängende Rohrlänge ausgebildet sein.
Zum Hin- und Herdrehen der Welle 41 können bekannte Vorrichtungen dienen. Beim beschriebenen Beispiel ist ein aufgrund eines
geeigneten Antriebs reziprokierend sich bewegendes Glied 54-gezeigt.
Jede Welle 41 ist an einem Ende mit einem Kurbelhebel 55 versehen und die verschiedenen Kurbelhebel sind mit dem Glied
54 drehbar verbunden. - v
o/. 8
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In Figur 1 ist das linke Rührwerk gestrichelt in seinen beiden
Extremstellungen eingezeichnet« In. Figur 3 ist der klareren Darstellung
wegen nur eines der Rührwerke dargestellt. Bei Fernsteuerung
arbeitete dos Rührwerk sehr langem, etwa eine Hin-
und Herverochwenkung in fünf Minuten»
Figur 4 zeigt einen Horizontalschnitt einer abgewandelten
Kammer mit einer Mehrzahl von aufgeheizten konzentrischen zylindrischen
Unterteilungen 61 und einer aufgeheizten zylindrischen Außenwand 62, die bei diesem Beispiel εν/ei Ringräume bilden. Die
Arbeitsweise dieser Ausführung wird aus der obigen Beschreibung
ausreichend klar» Die scheibenförmigen parsllelepipedischen Räume,
die das körnige Materiel aufnehmen, haben nun die Form von Ringen geringer Dicke im Vergleich zu der wesentlich größeren V/andflache.
Eine Rührwirkung kann ähnlich wie nach den Figuren 1 bis 3 bewirkt
werden.
109887/1406
Claims (1)
- 2133462' - 9 Paten tansprüc Ii eI 1 ο)Vorrichtung zum Trocknen von körnigem Material, mit einer Fluiciisierksmmer zur Aufnahme eines Bettes aus zu trocknendem Material, die einen f5ssdurchlässigen Boden und eine Einrichtung sum Erwärmen des Materials aufweist, und mib einer Einrichtung »um Leiten von Gas durch das Bett aus Material aufwärts durch die Bodenwand, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18a 1 18bOO3) in ihren Dimensionen, bezogen auf die Größe des Bettes aus Material t das aufgenommen v/erden kann, mehr als dreimal so hoch wie breib ist und daß die Seitenwände (Ή· , 15? 36) der Kammer heizbar sind.2«, Vorrichbung ngch Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mehr als sechsmal so hoch v/ie breit ist.'j* Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung über im wesentlichen die gesamte Fläche der Seitenwände (14, 15? 36) wirksam ist,4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3? gekennzeichnet durch eine mechanische Rühreinrichtung (38) innerhalb der Kammer (18o , 18b ..,) .?. Vorrichtung nach Anspruch zl-, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rühreinrichtung (58) im v:esenblichen quer au den Seitenwinden (14, 15,36) bewegt*6, Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 55 dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung ein langgestrecktes wellenförmiges Bauteil (40) umfaßbt das hin- und herbewegber ist.109887/ U06- ίο -7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vor dem Zutritt zur ITluiaisierkanmer (18a, 18b ...) heizbar ist,8.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (58) heizbar ist.9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Gekennzeichnet durch Heizer an den Seitenwänden (14,"15i 36) der Kammer (18a, 18b ...).10* Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (14, 15» 36) mib Felderhitzern ausgestattet sind, die sich über im wesentlichen ihre ganze Fläche erstrecken und kreislauf artige Kanäle für die Zirkulation von Hcizi'luid aufweisen,11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü nie, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine hehrzahl der ii'luidisior-Kammerri (188, 18b,,.) aufweist, die durch Unterteilung in einer größeren Kammer (10) gebildet sind,12, Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Hehrzahl von parallelen, in gleichen Abständen angeordneten Zwischenwänden (15 > 36), die eine im wesentlichen gleichförmige Heizung durch die größere Kammer (10) bewirken.IJ. Vorrichtung noch Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (15, 56) Heizeinrichtungen umfassen, die auf beiden leiten der Zwischenwände Wärme abgeben.14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die FIuidisier-Kammer (18a, 18b ...) psrallepipedisch ist,./. 11 109887/U06Λ1). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch rekennzeichnet, daß die Fluidisier-Kammer ringförmig ist (Fig.4).16. Verfahren zum Trocknen von körnigem Material, bei den man Gas aufwärts durch eine Masse des Materials unter Erhitzen leitet und das Material während des Trocknens fluidisiert, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas aufwärts durch eine in einem Behälter befindliche Masse mit einer Höhe von mehr als 3 nal der Brei= te'leitet und man Wärme an die Seiten der Masse heranbringt.17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse rührt.18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17? dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzliche Wärme innerhalb der Masse abgibt.19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas vor seinem Zutritt zur Kammer erhitzt.20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrzahl von Massen in paralleler aufgerichteter Ausrichtung nebeneinander anordnet und -.Hitze zwischen den Massen freisetzt«,109887/14L e e r s e i t e
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