DE2951666A1

DE2951666A1 - Vorrichtung zum trennen einer fuellmasse

Info

Publication number: DE2951666A1
Application number: DE19792951666
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Schmidt
Original assignee: Hein Lehmann AG
Current assignee: Hein Lehmann AG
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-02
Also published as: FR2471812A1; GB2068763A; JPS5697563A; FR2471812B3; US4412865A; BR8008372A; IN153314B; GB2068763B

Description

Hein, Lehmann AG, Fichtenstr. 75, 4000 Düsseldorf 1

18.12.1979 De/Am

Vorrichtung zum Trennen einer Füllmasse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen einer Füllmasse in Feststoffe und Flüssigkeit, insbesondere einer hochviskosen Zuckerfüllmasse in Zuckerkristalle und Melasse, mit einer Zentrifuge, mit einer Dosiereinrichtung für die Zuführung der Füllmasse und mit einer Einrichtung zur Erwärmung der Füllmasse unmittelbar vor dem Zentrifugieren.

Vorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt. Sie wer-

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den in der Zuckerindustrie dazu eingesetzt, Zuckerfüllmasse, insbesondere Zwischen- und Nachproduktfüllmasse kontinuierlich zu zentrifugieren. Die Zuckerfüllmasse ist ein Gemisch aus Zuckerkristallen und Melasse. Dieses Gemisch wird vor dem Abschleudern in Zentrifugen so stark wie möglich abgekühlt, damit möglichst viel Zucker auskristallisiert. Mit sinkender Temperatur des Gemisches steigt aber die Viskosität stark an. Je höher die Viskosität aber ist, desto schwieriger ist es, das Gemisch in Feststoffe und Flüssigkeit zu trennen. Die Temperatur ist von da her nach unten begrenzt. Um eine gute Zuckerausbeute zu erzielen, kühlt man deshalb zunächst, zwar etwas tiefer ab und erwärmt danach aber die Füllmasse möglichst schnell und erst unmittelbar vor dem Zentrifugieren wieder auf.

Bei einer bekannten Vorrichtung wird die Temperaturerhöhung der Füllmasse mit Hilfe von Wasserdampf, meistens mit Sattdampf, aber auch mit Heißdampf, der die Füllmasse während sie in die Zentrifuge strömt direkt beaufschlagt, durchgeführt. Dabei hat es sich aber gezeigt, daß selbst wenn der Dampf durch Düsen strahlartig auf die Oberfläche des Füllmasse - Stranges geblasen wird, kaum Wärme nach innen gelangt. Erst beim Verteilen und Beschleunigen des Füllmasse-Stranges kann der Restdampf und das heiße Kondenswasser die Füllmasse insgesamt erwärmen. Inzwischen erfolgt aber im Oberflächenbereich des Füllmasse-Stranges eine örtliche Überhitzung, die dazu führt, daß Zuckerkristalle durch den Hitzeschock zerspringen und Zucker wieder aufgelöst wird.

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ORIGINAL INSPEOTEO

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine über den Querschnitt gleichmäßige Erwärmung von Füllmasse unmittelbar vor dem Zentrifugieren ermöglicht.

Zugleich muß dabei die Füllmasse störungsfrei und kontinuierlich der Zentrifuge zugeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Einrichtung zum Erwärmen der Füllmasse eine Hochfrequenz-Wärmeanlage ist. Hochfrequenz-Wärmeanlagen werden häufig auch als Mikrowellen-Wärmegerät oder kurz als Mikrowellen-Heizung bezeichnet. Durch die Einwirkung der Mikrowellen im Aufgabenbereich der Zentrifuge wird der von der Dosiereinrichtung kommende Füllmasse-Strang gleichmäßig über seinen gesamten Querschnitt erwärmt. Im elektrischen Mikrowellenfeld nimmt dabei die Füllmasse als Dielektrikum Energie auf und wird dadurch sehr schnell erwärmt. Der Temperaturanstieg im Innern ist sogar etwas höher als am Rande. Weiterhin hat es sich in besonders vorteilhafter Weise gezeigt, daß primär nur die Flüssigkeit und nicht auch die Feststoffe erwärmt werden. Deshalb geht trotz Erwärmens nur noch ein sehr geringer Anteil von Zucker in Lösung.

Für die Ausbildung des Mikrowellenfeldes ist es günstig, wenn die Hochfrequenz-Wärmeanlage als Wellenleiter ein im wesentlichen gerades, im Querschnitt rundes Rohrstück, in das koaxial ein Füllstutzen für die Füllmasse mündet, aufweist.

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Die Füllmasse kann dann besonders leicht störungsfrei und kontinuierlich erwärmt werden, wenn das Rohrstück an seinem oberen Ende abgewinkelt ist und an der abgewinkelten Verlängerung des Rohrstückes eine Einrichtung zum Einkoppeln der Mikrowellen angeordnet ist. Das Rohrstück ist dabei auf die Mikrowellenfrequenz abgestimmt oder abstimmbar.

Damit auch nicht vagabundierend Mikrowellen aus der Vorrichtung im Bereich der Dosiereinrichtung austreten können, verbindet der Füllstutzen das Rohrstück im Bereich seiner Abwinkelung mit der Dosiereinrichtung geradlinig und lückenlos. Der Füllstutzen und das Rohrstück bestehen aus Metall und sind allseitig dicht miteinander verbunden.

Eine einfache Zuführung der Füllmasse in das Rohrstück ist dann gegeben, wenn im Füllstutzen ein trichterförmiges Düsenrohr koaxial angeordnet ist, das nur wenig in das Rohrstück eintaucht. Ein zur Achse des Düsenrohres rechtwinklig liegender Austrittsrand verhindert dabei, daß die Füllmasse beim Eintritt in das Rohrstück abgelenkt wird. Vom Düsenrohr strömt die Füllmasse im freien Fall zentrisch in die Beschleunigereinrichtung.

Eine sichere Führung der Füllmasse innerhalb des Rohrstückes ist dann ermöglicht, wenn im Füllstutzen ein Füllmasserohr koaxial eingehängt ist, das bis zum unteren Ende des RohrStückes reicht und dort längsbeweglich in einer Führungsbuchse gehalten ist, wobei die Führungs-

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buchse über eine Ringplatte mit dem Rohrstück abdichtend verbunden ist. Dabei ist für ausreichend hohem Druck der Füllmasse zu sorgen, damit diese in gewünschte Menge durch das eingehängte Füllmasserohr strömen kann.

Vagabundierende Mikrowellen können dann besonders sicher daran gehindert werden, in den Korb der Zentrifuge zu gelangen, wenn das Rohrstück in eine im Fußbereich eines Schleuderkorbes der Zentrifuge angeordnete Verteil- und Beschleunigereinrichtung für die Füllmasse eintaucht, wobei die Verteil- und Beschleunigereinrichtung nach Art einer Labyrinthdichtung angeordnete, einander überlappende obere und untere Beschleunigerringe aufweist.

Eine besonders sichere und leistungsfähige Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück, der Füllstutzen, die Ringplatte und/oder die Verteil- und Beschleunigereinrichtung aus Mikrowellen reflektierendem Material, z.B. Stahl, legierter oder hochlegierter Stahl, bestehen und daß das Düsenrohr bzw. das Füllmasserohr aus hitzebeständigem für Mikrowellen verlustarmen, d.h. Mikrowellen nur wenig dämpfendem Glas besteht.

Anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele wird im folgenden die Erfindung näher erläutert:

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Es zeigt: Figur 1 eine erfindungsgemäße

Vorrichtung im Schnitt und
Figur 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge 1, einer Dosiereinrichtung 2 und einer Mikrowellen-Heizung 3 im Schnitt dargestellt. Die Zentrifuge besitzt einen sich nach oben zum Austragende hin kegelförmig erweitertenden Zentrifugenkorb mit senkrechter Drehachse. Am kleinsten Durchmesser des Zentrifugenkorbes ist ein ungelochter Beschleunigertopf 5 angeschlossen. Der Zentrifugenkorb 4 ist von einem Zentrifugengehäuse 6 praktisch allseitig metallisch geschlossen umgeben. Alle Öffnungen im Gehäuse sind gegenüber Mikrowellen abdichtend verschließbar. Soweit die Öffnungen für die Wartung, Beobachtung und/oder Probenentnahme mit abnehmbaren Deckeln 7 verschließbar sind, ist es vorteilhaft, diese direkt mit der Mikrowellen-Heizung zu koppeln. Dadurch ist es möglich, die Mikrowellen-Heizung gegebenenfalls automatisch abzustellen, wenn ein Deckel 7 geöffnet wird. Oberhalb der Zentrifuge 1 befindet sich die Dosiereinrichtung 2. Die Dosiereinrichtung, in der Regel ein Füllmassedosierschieber, kann mit der Achse der Zentrifuge 1 fluchten. Es ist aber auch eine außermittige Befestigung möglich. Im wesentlichen zwischen der Dosiereinrichtung 2 und dem Boden des Beschleunigertopfes 5 ist die Mikrowellen-Heizung 3 mit seinen Aggregaten eingebaut. Die Mikrowellen-Heizung

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weist ein Rohrstück 8 auf, das an seinem oberen Ende um etwa 45 abgewinkelt ist. Das Rohrstück 8 dient als Mikrowellenleiter. Es ist auf die Mikrowellenfrequenz abstimmbar bzw. abgestimmt. An der abgewinkelten Verlängerung 9 des Rohrstückes 8 ist eine Einrichtung 10 zum Einkoppeln der Mikrowellen befestigt. Die Einrichtung 10 besitzt ein Magnetron (Magnetfeldröhre), vorzugsweise ein DauerStrichmagnetron als Generator und Mikrowellenenergiequelle. Die Leistung eines Dauer-Strichmagnetrons kann bei einem Wirkungsgrad von bis zu 50 % mehrere Kilowatt (KW) betragen. Im Magnetron geben Elektronen einen Teil ihrer Energie ab. Mit Hilfe dieser Energie werden Schwingkreise erregt. Durch das Rohrstück 8 als Auskoppelleitung kann die Mikrowellenenergie dann der Füllmasse zugeführt werden. Die Ankoppelung des Rohrstückes an den Generator kann über ein Koaxialkabel entweder induktiv mittels einer Koppelschleife oder kapazitiv mittels eines verstellbaren Koppelstiftes am Orte der größten elektrischen FeIdstärke erfolgen.

Ein Füllstutzen 11 führt vom Rohrstück 8 im Bereich seiner Abwinkelung geradlinig und lückenlos zur Dosiereinrichtung 2. Im Füllstutzen 11 ist ein Füllmasserohr 12 koaxial zum Rohrstück 8 eingehängt. Es reicht bis zum unteren Ende des Rohrstücks 8 und ist dort längsbeweglich in einer Führungsbuchse 13 gehalten. Eine Ringplatte 14 verbindet die Führungsbuchse abdichtend mit dem Rohrstück. Damit das Mikrowellenfeld im Füllmasserohr möglichst verlustfrei und mit gutem Wirkungsgrad auf die

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Füllmasse einwirken kann, besteht das Füllmasserohr aus hitzefestem Glas mit einem niedrigen Dämpfungswert für die Mikrowellen. Die das Füllmasserohr umgebenden Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere das Rohrstück 8, der Füllmassestutzen 11, die Führungsbuchse 13 und die Ringplatte 14 bestehen ebenso wie der Zentrifugenkorb, der Beschleunigertopf und das Zentrifugengehäuse aus Mikrowellen reflektierendem Material, z.B. aus geeignetem Metall wie Stahl, legierter Stahl oder hochlegierter Stahl. Mit elektrischen Sicherheitsschaltern wird sicher gestellt, daß beim öffnen von Deckeln der Generator zur Mikrowellenerzeugung abgeschaltet wird.

Die insbesondere hochviskose Füllmasse aus Zuckerkristallen und Melasse gelangt über die Dosiereinrichtung 2 in den Aufgabebereich, wo sich die Mikrowellen-Heizung 3 mit seinen Aggregaten befindet. Innerhalb dieses Bereichs wird die Füllmasse in dem Füllmasserohr 12 geführt. Mit Hilfe der Einrichtung 10 werden in das als Mikrowellenleiter ausgebildete Rohrstück 8 die Mikrowellen eingekoppelt und die Mikrowellenenergie der Füllmasse zugeführt. Während die Füllmasse das Füllmasserohr durchströmt, wird sie den Mikrowellen ausgesetzt. Es hat sich gezeigt, daß nur die flüssigen Bestandteile der Füllmasse, nämlich in erster Linie die Melasse, Mikrowellen absorbieren und dadurch erwärmt werden, während die festen Bestandteile, nämlich die Zuckerkristalle keine oder kaum Mikrowellen absorbieren und damit zumindest nicht direkt aufgeheizt werden. Die Zuckerkristalle können nur sekundär von der umgebenden Melasse Wärme aufnehmen. Die Einwirkzeit ist

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jedoch so kurz, daß nur in ganz geringem Maße Zucker wieder gelöst wird. Die Intensität der Mikrowellenenergie und damit verbunden der Grad der Aufheizung kann leicht geregelt werden. Mit geeigneten Gebern ist es möglich die Zufuhr an Energie proportional zu der zuströmenden Füllmasse zu regeln. Die Regeleinrichtung kann ein sofortiges Abschalten des die Mikrowellen erzeugenden Generators veranlassen, wenn der Zustrom von Füllmasse unterbrochen wird. Das ist sehr wichtig im Hin-

IQ blick auf die große Energiedichte im Mikrowellenfeld. Der Mikrowellen-Generator erzeugt Mikrowellen vorzugsweise innerhalb eines Frequenzbereichs von 2.200 MHz bis 2.600 MHz, insbesondere von 2.400 MHz bis 2.500 MHz. Verläßt der erwärmte Füllmasse-Strang das Füllmasserohr, tritt er in den Beschleunigertopf 5 ein und wird dort in gewohnter Weise beschleunigt und gleichmäßig verteilt am unteren Rand dem Zentrifugenkorb aufgegeben. Im Zentrifugenkorb und/oder im Beschleunigertopf kann die Füllmasse mit Wasser und/oder Dampf zusätzlich beaufschlagt werden.

Auf dem Weg vom unteren Rand des Zentrifugenkorbes bis zum Austragende erfolgt dann die Trennung in Zuckerkristalle und Melasse bzw. Ablauf.

In Figur 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge 1, einer Dosiereinrichtung 2 und einer Mikrowellen-Heizung 3 im Schnitt dargestellt. Die Zentrifuge besitzt wiederum einen sich nach oben zum Austragende hin kegelförmig erweiternden Zentrifugenkorb 4 mit senkrechter Drehachse. Am kleinsten Durchmesser des Zentrifugenkorbes ist ein ungelochter

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Beschleunigertopf 5 angeschlossen. Vom Boden 15 des Beschleunigertopfes ragt koaxial zur Korbachse ein stegartiger unterer Beschleunigerring 16 nach oben. Den Boden 15 überdeckt in Abstand eine Deckringplatte 17, von der aus zwei stegartige obere Beschleunigerringe koaxial zum unteren Ring angeordnet nach unten weisen. Die Ringe 16, 18 sind nach Art einer Labyrinthdichtung angeordnet. Die freie Umlenkkante des unteren Ringes 16 liegt dabei oberhalb derjenigen der zugeordneten oberen Ringe 18. Ansonsten entspricht die Zentrifuge 2 der in Figur 1 gezeigten. Dies trifft auch auf die Dosiereinrichtung 2 zu. Im wesentlichen zwischen der Dosiereinrichtung 2 und dem Boden 15 des Beschleunigertopfes 5 ist die Mikrowellen-Heizung 3 mit seinen Aggregaten untergebracht. Die Mikrowe11en-Heizung 3 weist wiederum ein Rohrstück 8 auf, das an seinem oberen Ende um etwa 45 abgebogen ist. Das als Mikrowellenleiter dienende Rohrstück 8 ist auf die Mikrowellenfrequenz abstimmbar bzw. abgestimmt. An der abgebogenen Verlängerung 9 des Rohrstückes 8 sitzt die gleiche Einrichtung 10 zum Einkoppeln der Mikrowellen wie im vorgenannten Beispiel. Ein konischer, nach unten verengter Füllstutzen 19 führt vom Rohrstück 8 im Bereich seiner Abwinkelung geradlinig und lückenlos zur Dosiereinrichtung. Im Füllstutzen 19 ist ein trichterförmiges Düsenrohr 20 koaxial angeordnet. Die Befestigung kann über eine am oberen Flansch des Füllstutzens eingearbeitete Aussparung erfolgen, in die ein Wulst oder Vorsprünge des Düsenrohres eingreifen. Das Düsenrohr hat einen zu seiner Längsachse rechtwinkelig verlaufenden glatten unteren Rand, der wenig aber vollständig in das Rohrstück 8 hineinragt. Das Düsenrohr kann aus hitzebeständigem, verlustarmen Glas

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bestehen. Das Rohrstück 8 taucht mit seinem unteren Ende in den Beschleunigertopf 5 ein.

Die insbesondere hochviskose Füllmasse gelangt auch hier über die Dosiereinrichtung 2 in den Aufgabenbereich, wo sich die Mikrowellen-Heizung 3 mit seinen Aggregaten befindet. Nach Verlassen des Düsenrohres 20 strömt die Füllmasse als Strang 21 berührungsfrei und konzentrisch durch das Rohrstück 8, der Melasse-Anteil wird dort er-

IQ wärmt, und das Gemisch gelangt in den Beschleunigertopf. Mikrowellen können bei diesem Ausführungsbeispiel aus der Beschleunigereinrichtung infolge der Anordnung und Ausbildung der Beschleunigerringe des Beschleunigertopfes nur zu einem Bruchteil in den Zentrifugenraum gelangen. Dieser ist allseitig metallisch geschlossen, so daß die äußere Umgebung der Zentrifuge frei bleibt von vagabundierender Mikrowellenstrahlung.

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Claims

Hein, Lehmann AG₁ Fichtenstr. 75, 4000 Düsseldorf 1

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Patentansprüche

{!.Vorrichtung zum Trennen einer Füllmasse in Feststoffe und Flüssigkeit, insbesondere einer hochviskosen Zuckerfüllmasse in Zuckerkristalle und Melasse, mit einer Zentrifuge, mit einer Dosiereinrichtung für die Zuführung der Füllmasse und mit einer Einrichtung zur Erwärmung der Füllmasse unmittelbar vor dem Zentrifugieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erwärmen der Füllmasse eine Hochfrequenz-Wärmeanlage (3) ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Wärmeanlage (3) als Wellenleiter ein im wesentlichen gerades Rohrstück (8), in das koaxial ein Füllstutzen (11,19) für die Füllmasse (12) mündet, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Rohrstück (8) an seinem oberen Ende abgewinkelt ist und an der abgewinkelten Verlängerung (9) des Rohrstückes (8) eine IQ Einrichtung (10) zum Einkoppeln der Mikrowellen angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennze lehne t, daß der Füllstutzen (11,19) das Rohrstück (8) im Bereich seiner Abwinkelung mit der Dosiereinrichtung (2) geradlinig und lückenlos verbindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß im Füllstutzen (19) ein trichterförmiges Düsenrohr (20) koaxial angeordnet ist, das nur wenig in das Rohrstück (8) eintaucht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß im Füllstutzen (11) ein Füllmasserohr (12) koaxial eingehängt ist, das bis zum unteren Ende des Rohrstückes (8) reicht und dort längsbeweglich in einer Führungs-

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buchse (13) gehalten ist, wobei die Führungsbuchse

(13) über eine Ringplatte (14) mit dem Rohrstück (8) abdichtend verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (8) in eine im Fußbereich eines Schleuderkorbes (4) der Zentrifuge (1) angeordnete Verteil- und Beschleunigereinrichtung für die Füllmasse eintaucht, wobei die Verteil- und Beschleunigereinrichtung nach Art einer Labyrinthdichtung angeordnete, einander überlappende obere und untere Beschleunigerringe (16,18) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a durch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (8), der Füllstutzen (11,19), die Ringplatte (14) und/oder die Verteil- und Beschleunigereinrichtung aus mikrowellen reflektierendem Material bestehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennze ichnet, daß das Düsenrohr (20) bzw. das Füllmasserohr (12) aus hitzebeständigem, für die Mikrowellen verlustarmen Glas besteht.

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