DE3018934C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gutspeiserohr für einen kontinuierlichen Förderband-Vakuumtrockner, wobei das Speiserohr über einem Förderband angeordnet ist, das in einer Vakuum-Trocknungskammer bewegbar geführt ist. Derartige Gutspeiserohre werden verwendet für die Förderung oder Zufuhr von hochviskosen, wärmeempfindlichen Materialien auf ein Förderband, das zur Trocknung des Guts kontinuierlich eine Vakuum-Trocknungskammer durchläuft.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil auch auf schlamm- oder trübenartige Materialien mit einer Viskosität im Bereich von 0,5-10 Pa · s (Pascalsekunde; 1 Pa · s=10 Poise) anwendbar.

Beim Trocknen von Gut der angegebenen Art wird zur Vermeidung einer thermischen Denaturierung im allgemeinen angestrebt, die Verdampfungstemperatur für die im Gut enthaltene Feuchtigkeit zu senken; das Gut wird normalerweise im Vakuum-Trocknungsverfahren getrocknet. Bei diesem Verfahren wird üblicherweise das Gut auf einem eine Vakuum- Trocknungskammer durchlaufenden Förderband verteilt.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Verteilung des Guts auf dem Förderband. Insbesondere soll dabei das Gut kontinuierlich in gleichbleibender Menge und mit gleichmäßiger Dicke auf das Förderband aufgebracht werden. Falls die Gleichmäßigkeit nicht gewahrt wird, geht das Gleichgewicht zwischen der zugeführten Gutmenge und der zugelieferten Wärmemenge verloren, so daß zum Teil versengtes pulveriges Gut oder ungenügend getrocknetes Pulver erhalten werden können. Hierdurch wird die Gleichförmigkeit der Qualität ausgeschlossen, d. h. ein mangelhaftes Erzeugnis hergestellt.

Um nun auf einfache Weise kontinuierlich ein Erzeugnis guter Qualität zu erhalten, sollte eine Zufuhr- bzw. Speisevorrichtung vorgesehen sein, welche das Gut auf einem Förderband mit gleichmäßigem Durchsatz und gleichmäßiger Dicke zu verteilen vermag, wobei diese Größen einer festen Erwärmungstemperatur und der Durchlaufzeit angepaßt sind.

Für eine solche Zufuhrvorrichtung wurde bisher gemäß Stand der Technik ein Speiserohr 1 verwendet, das in Fig. 1 dargestellt ist. Dieses Speiserohr 1 besitzt eine Anzahl von Bohrungen 3 eines festen Durchmessers, die an der Unterseite eines Zylinders 2 in gleichmäßigen Mittenabständen L längs der Achse des Zylinders 2 angeordnet sind. Das über einen Guteinlaß 4 am einen Ende des Zylinders 2 zugeführte Gut wird über die Düsenöffnungen 3 auf ein Förderband (nicht dargestellt) ausgetragen.

Diese Gestaltung des Speiserohres ist jedoch insofern nachteilig, als der Innenwiderstand der vom Guteinlaß 4 zum anderen Ende des Zylinders verlaufenden Abschnitte variiert und demzufolge die Lineargeschwindigkeit v des Guts in einer dicht am Guteinlaß 4 liegenden Bohrung am höchsten ist, während sich diese Geschwindigkeit in Richtung auf das andere Zylinderende fortlaufend verringert, bis die Lineargeschwindigkeit v′ des Guts an der Bohrung am anderen Ende des Zylinders am niedrigsten ist, so daß das Gut ungleichmäßig auf dem Förderband verteilt ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Speiserohr vorzuschlagen, das eine mengenmäßig regelmäßige Verteilung verschiedenartiger Flüssigkeiten bzw. Produkte eines festen Feuchtigkeitsgehaltes ermöglicht. Insbesondere soll ein Speiserohr geschaffen werden, das sich für die Zufuhr von gesüßter Kondensmilch als Behandlungsflüssigkeit eignet. Es soll dieses Gut auf einem eine Vakuumtrocknungskammer durchlaufenden Band gleichmäßig verteilt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gutspeiserohr der eingangs genannten Art gelöst, welches folgende Einzelteile besitzt:

• - ein Innenrohr, das an einem Ende mit einem Einlaß für das Gut versehen und am anderen Ende geschlossen ist,
  - ein Außenrohr, dessen beide Enden geschlossen sind und welches das Innenrohr in Abstand umschließt,
  - durch eine Anzahl von an der Oberseite des Innenrohrs in dessen Axialrichtung mit gleichbleibenden Mittenabständen angeordneten Bohrungen, deren Durchmesser sich von der Einlaßseite des Innenrohrs zum gegen­ überliegenden Ende vergrößern und
  - eine Anzahl von dem unteren Teil des Außenrohrs in dessen Axialrichtung mit gleichbleibenden gegenseitigen Mittenabständen angeordneten Auslaßbohrungen, die gleiche Durchmesser aufweisen.

Gesüßte Kondensmilch stellt eine "idealviskose" Flüssigkeit dar, welche die Eigenschaft einer Newtonschen Strömung ("Newtonsche Flüssigkeit") zeigt. Auf die Strömung dieser Flüssigkeiten ist das Hagen-Poiseuillesche Gesetz anwendbar. Damit kann das Speiserohr vorteilhaft derart mit Bohrungen ausgestattet sein, bei denen sich die Radien der Bohrungen des Innenrohrs nach folgender Gleichung bestimmen:

Darin bedeuten:

r _n = Radius der n-ten Bohrung, von der dem Einlaß des Innenrohres gegenüberliegenden Seite her gesehen, r _n+1 = Radius der n+1-ten Bohrung, von derselben Seite her gesehen, L = Mittenabstand (Teilung) zwischen benachbarten Bohrungsöffnungen, R = Innenradius des Innenrohrs t = Dicke der Mantelwand des Innenrohrs.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gutspeiserohres gemäß Stand der Technik mit darunter befindlicher graphischer Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung des aus den Düsenöffnungen austretenden Guts (bereits erläutert),

Fig. 2 eine schematische, längs der Mittelachse geführte, teilweise weggebrochene Längsschnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gutspeiserohres für einen kontinuierlich arbeitenden Förderband-Vakuumtrockner,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine in vergrößerter Darstellung gehaltene und teilweise weggebrochene schematische Darstellung des Innenrohrs als Teil des Gutspeiserohrs, wobei die das Innere des Innenrohrs sowie jede Bohrung durchströmenden Gutmengen angegeben sind, und

Fig. 5 eine in vergrößerter Darstellung gehaltene schematisierte Darstellung eines Teils des Innenrohrs gemäß Fig. 4, in welcher verschiedene Symbole zur Erläuterung der Festlegung der Größe jeder Bohrung angeführt sind.

In den Fig. 2 und 3 ist schematisch ein Gutspeiserohr 11 in Ausführungsform zur Verwendung bei einem Förderband- Vakuumtrockner dargestellt. Das Speiserohr 11 besteht aus einem Innenrohr 12, dessen eines Ende mit einem Einlaß für das Gut versehen und dessen anderes Ende geschlossen ist, und aus einem Außenrohr 14, dessen beide Enden geschlossen sind und das das Innenrohr 12 mit Abstand umschließt. Das Speiserohr 11 ist über einem (nicht dargestellten) Förderband angeordnet, welches sich kontinuierlich in einer Vakuum-Trocknungskammer bewegt, wobei das Speiserohr 11 im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung das Förderbandes, d. h. im wesentlichen waagerecht, angeordnet ist.

Das zylindrische Innenrohr 12 weist in seinem oberen Teil eine axiale Reihe in Abstand verteilter Bohrungen 15 auf, die vorzugsweise jeweils kreisrund sind. Sie können jedoch auch eine beliebige andere Querschnittsform aufweisen. Die Bohrungen 15 sind längs der Achse des Innenrohrs 12 auf regelmäßige Mittenabstände verteilt. Die lichte Weite der Bohrungen 15 ist so bemessen, daß sie vom Einlaß 13 des Innenrohrs 12 aus in Richtung auf dessen anderes Ende zunehmend größerer Durchmesser besitzen.

Das ebenfalls zylindrische Außenrohr 14 ist koaxial zum Innenrohr 12 angeordnet. In der Unterseite dieses Außenrohres sind zahlreiche Auslaßbohrungen 16 vorgesehen, die speziell in einer axial verlaufenden Reihe angeordnet sind. Die Querschnittsform jeder Auslaßbohrung 16 ist wahlfrei, vorzugsweise jedoch kreisrund. Wie im Fall der Bohrungen 15 sind die Mittenabstände dieser Auslaßöffnungen 16 in Axialrichtung des Außenrohres 14 gleich. Im Gegensatz zu den Bohrungen 15 besitzen die Auslaßöffnungen 16 jedoch alle die gleichen Öffnungsquerschnittsflächen.

Ein über den Einlaß 13 in Richtung des Pfeils A (Fig. 2) eingeführtes viskoses Gut strömt somit auf die durch die Pfeile B in Fig. 2 und 3 angedeutete Weise über die Bohrungen 15 aus dem Innenrohr 12 aus, sammelt sich vorübergehend innerhalb des Außenrohres 14 (bis zu einem Niveau C gemäß Fig. 3) und wird sodann über die Auslaßbohrungen 16 auf die durch die Pfeile D in Fig. 2 und 3 angedeutete Weise auf das Förderband ausgetragen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Beziehung zwischen der Gesamtquerschnittsfläche der Bohrungen 15 und derjenigen der Auslaßbohrungen 16 im voraus so gewählt werden muß, daß einerseits beim Ansammeln des Guts innerhalb des Außenrohres 14 Strömungskurzschlüsse zwischen dem Innenrohr 12 und dem Außenrohr 14 über die Auslaßbohrungen 15, 16 vermieden werden; andererseits muß verhindert werden, daß das gestaute Gut das Innenrohr 12 vollständig ausfüllt, d. h. das Niveau C des viskosen Gutes muß auf einem unterhalb der Bohrungen 15 liegenden Niveau gehalten werden. Unter dieser Voraussetzung ist das innerhalb des Innenrohrs befindliche Gut praktisch frei von jedem Einfluß des in der Vakuumkammer herrschenden Unterdrucks.

Im folgenden ist anhand der Fig. 4 und 5 die Bestimmung oder Festlegung der Durchmesser der einzelnen Bohrungen 15 des Innenrohrs 12 erläutert, die dann unterschiedliche Durchmesser besitzen müssen, wenn das zu behandelnde Gut, wie erwähnt, beispielsweise gesüßte Kondensmilch ist.

Wie dem Fachmann bekannt, ist gesüßte Kondensmilch angenähert eine "idealviskose" Flüssigkeit, auch Newtonsche Flüssigkeit genannt. Für derartige Flüssigkeiten gilt das Hagen-Poiseuillesche Gesetz. Bezogen auf einen zylindrischen Rohrquerschnitt besagt das Gesetz bezüglich der pro Zeiteinheit fließenden Menge Q:

Dabei ist:

Qdas zeitlich strömende Volumen in m³/sRRohrinnenradius in mLLänge des Rohrabschnittes in mΔ pDruckdifferenz in N/m²η (eta) die dynamische Viskosität in Pa · s

Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Geschwindigkeitsverteilung für die ein zylindrisches Innenrohr 12 durchströmende gesüßte Kondensmilch. Wenn gemäß dieser Darstellung die Zahl der Bohrungen 15 im Innenrohr 12 mit m bezeichnet wird und gesüßte Kondensmilch jede Bohrung 15 in einer Teilmenge von q durchströmt, entspricht die jeden Abschnitt des Innenrohrs 12 durchströmende Kondensmilchmenge dem dargestellten Verhältnis. Die Netto- bzw. Gesamtströmungsmenge Q ist:

Q = m · q.

Fig. 5 veranschaulicht in weiter vergrößerter Darstellung ein Detail gemäß Fig. 4. Wenn die Druckdifferenz an der n-ten Bohrung 15 _n an der dem Einlaß des Innenrohrs 12 gegenüberliegenden Seite mit Δ p _n , die Druckdifferenz an der n+1-ten Bohrung 15 _n+1 von derselben Seite her mit Δ p _n+1 und die Druckdifferenz im Innenrohr 12 zwischen diesen beiden Bohrungen 15 _n und 15 _n+1 (d. h. zwischen F und G) mit Δ p _ln bezeichnet werden, läßt sich die Wechselbeziehung dieser Faktoren durch folgende Gleichung ausdrücken:

Δ p _n+1 = Δ p _n + Δ p _ln (2)

Wird die Dicke der Mantelwand mit t und der Radius der Bohrung 15 _n mit r _n bezeichnet, so kann Δ p _n durch Vereinfachung der obigen Gleichung (1) wie folgt berechnet werden:

Analog läßt sich Δ p _n+1 ausdrücken, wenn der Radius der Bohrung 15 _n+1 mit r _n+1 bezeichnet wird.

Wenn weiterhin der Innenradius des Innenrohrs 12 mit R und die Teilung zwischen der Bohrung 15 _n und der Bohrung 15 _n+1 mit L (vgl. Fig. 5) bezeichnet werden, läßt sich Δ p _ln bei Vereinfachung der obigen Gleichung (1) wie folgt ausdrücken:

Durch Einsetzen der obigen Gleichungen (3) bis (5) in die Gleichung (2) ergibt sich

Daraus erhält man folgende Gleichung

Wenn die Größen von R, t und L festgelegt werden und außerdem die Anfangsgröße r₁ bestimmt wird, läßt sich jede Größe für r₂, r₃ . . . r _n , r _n+1 . . . aus Gleichung (6) ableiten, so daß sich auf diese Weise die Größe jeder Bohrung des Innenrohrs 12 bestimmen läßt.

Nachstehend ist die Arbeitsweise des oben beschriebenen Gutspeiserohrs 11 im einzelnen erläutert.

Ein Gut, wie gesüßte Kondensmilch, wird über den Einlaß 13 in das Innenrohr 12 geleitet, wobei es aus den Bohrungen 15 austritt und längs der Außenfläche des Innenrohrs 12 nach unten strömt, sich vorübergehend im Außenrohr 14 sammelt und anschließend über die Auslaßbohrungen 16 auf das Förderband herabläuft, das eine Vakuum-Trocknungskammer durchläuft. Die Größen der einzelnen Bohrungen 15 sind dabei im voraus so eingestellt, daß das zu behandelnde Gut aus ihnen in jeweils gleichgroßen Mengen ausströmt, wenn das Gut, d. h. gesüßte Kondensmilch, an der Luft aus den Bohrungen 15 austritt. Die Beziehungen zwischen den Gesamtquerschnittsflächen der Bohrungen 15 und denen der Auslaßbohrungen 16 sind im voraus so eingestellt, daß das Außenrohr 14 als Zwischenspeicher für das Gut dient, wobei das Niveau C in einer Höhe innerhalb der Bohrungen 15 gehalten wird.

Das im Innenrohr 12 befindliche Gut bleibt somit praktisch unbeeinflußt durch den in der Vakuumkammer herrschenden Unterdruck, so daß die Flüssigkeit die einzelnen Bohrungen 15 auf vorgesehene Weise praktisch in gleich großen Mengen pro Zeiteinheit durchströmt.

Falls eine geringfügige Ungleichmäßigkeit in der Strömung aus jeder Bohrung 15 besteht, wird diese Ungleichmäßigkeit aufgrund der im Außenrohr 14 angestauten Strömungsmittelmenge nicht auf die Strömungsmenge des aus den einzelnen Auslaßöffnungen 15 ausströmenden Guts übertragen, so daß der Flüssigkeitsdurchsatz pro Zeiteinheit an den Auslaßöffnungen 16 hiervon unbeeinflußt bleibt. Das Gut wird daher mit gleichen Durchsätzen durch die einzelnen Auslaßbohrungen 16 ausgetragen und sehr gleichmäßig über die gesamte effektive Breite des Förderbands und mit festgelegter Schichtdicke in Bewegungsrichtung des Förderbands verteilt.

Die beschriebene Arbeitsweise des Gutspeiserohrs 11 gilt nicht nur für gesüßte Kondensmilch, sondern auch für andere, durchaus verschiedenartige Materialien, insbesondere dickflüssige Substanzen.

Claims (2)

1. Gutspeiserohr für einen kontinuierlichen Förderband- Vakuumtrockner, wobei das Speiserohr über einem Förderband angeordnet ist, das in einer Vakuum-Trocknungskammer bewegbar geführt ist,
gekennzeichnet durch
ein Innenrohr (12), das am einen Ende mit einem Einlaß (13) für das Gut versehen und am anderen Ende geschlossen ist,
durch ein Außenrohr (14), dessen beide Enden geschlossen sind und welches das Innenrohr (12) in Abstand umschließt, durch eine Anzahl von an der Oberseite des Innenrohres (12) in dessen Axialrichtung mit gleichbleibenden Mittenabständen angeordneten Bohrungen (15), deren Durchmesser sich von der Einlaßseite des Innenrohrs (12) zum gegenüberliegenden Ende vergrößern
und durch eine Anzahl von im unteren Teil des Außenrohres (14) in dessen Axialrichtung mit gleichbleibenden gegenseitigen Mittenabständen angeordneten Auslaßbohrungen (16), die gleiche Durchmesser aufweisen.

2. Gutspeiserohr nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien der Bohrungen (15) des Innenrohres (12) sich nach folgender Gleichung bestimmen: Darin bedeuten:r _n = Radius der n-ten Bohrung, von der dem Einlaß des Innenrohres gegenüberliegenden Seite her gesehen,r _n+1= Radius der n+1-ten Bohrung, von derselben Seite her gesehen,L= Mittenabstand (Teilung) zwischen benachbarten Bohrungen,R= Innenradius des Innenrohrest= Dicke der Mantelwand des Innenrohres.