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"Kühlmaische"
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Die Erfindung betrifft eine Kühlmaische für Zuckermagma, bestehend
aus einem Behälter mit einem Magma-Eintritt und einem Magma-Austritt und aus in
dem Behälter angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmten Kühlelementen, deren
Oberfläche unmittelbar von dem Zuckermagma beaufschlagt wird.
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Eine derartige Ausführungsform läßt sich der DE-OS 28 21 129 entnehmen.
Es handelt sich hier um eine Vertikalkühlmaische, bestehend aus einem stehenden
zylindrischen Behälter mit oben liegendem Magma-Eintritt, unten liegendem Magma-Austritt,
dazwischen angeordneten, den Behälter in Kammern unterteilenden Etagenböden mit
Magma-Durchtrittsöffnungen und aus in jeder Kammer vorgesehenen Kühlrohren, die
von dem Kühlmedium bezogen auf den Durchlaufweg des Magma im Gegenstrom durchströmt
werden.
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Durch die Etagenböden erstreckt sich zentrisch eine lotrechte Rührwerkswelle,
die mit radialen, die Etagenböden überstreichenden Rührarmen bestückt und von einem
Antrieb beaufschlagt ist.
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Die Kühleinrichtungen sind durch die von dem Kühlmedium durchströmten
Rührarme gebildet, die in Reihenschaltung an die hohl ausgebildete Rührwerkswelle
angeschlossen sind.
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Die Etagenböden sind konusförmig ausgebildet, wobei abwechselnd die
Konusspitze nach unten und die des nachfolgenden Etagenbodens nach oben gerichtet
ist. Jede nach unten gerichtete Konusspitze bildet mit der Rührwerkswelle und der
radial außen liegende Rand jedes mit der Konusspitze nach oben weisenden Etagenbodens
bildet
mit der Behälterwandung ringförmige Durchtrittsschlitze für das Magma.
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Das oben zugeführte Magma gelangt zuerst in einen Etagenboden mit
nach unten weisender Konusspitze und rutscht dadurch zwangsläufig auf den trichterförmig
nach unten geneigten Wandungen zu dem zwischen der unteren Konusspitze und der Rührwerkswelle
gebildeten ringförmigen Durchtrittsschlitz. Dadurch den Etagenboden nach unten hindurchfallende
Magma trifft auf die nach oben weisende, bis unmittelbar an die Rührwerkswelle herangeführte
Konusspitze des darunterliegenden Etagenbodens und rutscht somit wiederum zwangsläufig
auf dem äußeren nach unten abfallenden Konusmantel in radialer Richtung nach außen
bis zudem ringförmigen Durchtrittsschlitz. Dem Magma ist somit ein eindeutig definierter
Zwangsweg zugeordnet, der das Magma abwechselnd radial nach innen und dann wieder
radial nach außen führt.
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Das jeweils aus einem Etagenboden austretende Magma fällt nicht unmittelbar
auf den darunterliegenden Etagenboden, sondern auf die zwischen den Etagenböden
umlaufenden gekühlten Rührarme; hierdurch soll ein verbesserter Wärmeübergang erzielt
werden.
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Durch die Führung des Kühlmediums im Gegenstrom weist das Kühlmedium
an der höchsten Stelle im Behälter beim Eintritt des frischen Magma die höchste
Temperatur auf. Dadurch wird die technologisc erforderliche Temperaturdifferenz
zwischen Magma und Kühlmedium beim Eintritt-des Magma sehr niedrig gehalten.
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Das Rührwerk führt eine oszillierende Hin- und Herbewegung aus, so
daß zwischen den von dem Kühlmedium durchströmten Rührarmen und der Magma eine Relativbewegung
besteht.
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Eine im Prinzip vergleichbare Kühlmaische Iaßt sich dem DE-GM 80 32
737 entnehmen. Hier sind etagenförmig angeordnete
Kühlblockelementen
vorgesehen, die jeweils aus symmetrisch angeordneten Rohrsechsecken bestehen und
eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung ausüben, die ihnen von einer
Hub-und Absenkvorrichtung verliehen wird.
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Obwohl die vorstehend erläuterten vorbekannten Konstruktionen gegenüber
anderen bekanntgewordenen Ausführungsformen erhebliche Vorteile aufweisen, wurde
in eingehenden Untersuchungen festgestellt, daß die bisher zur Anwendung kommenden
mittleren treibenden Temperaturgefälle von 15 bis 20 K zwischen Magma und Kühlwasser
für die Auslegung der Wärmeübertragungsflächen in der Praxis aufgrund des sich in
der Magma-Grenzschicht an den Übertragungsflächen eingestellten Übersättigungsprofiles
zu unerwünschter Keimbildung geführt haben. Dadurch wird im weiteren Verlauf der
Kühlungskristallisation die Kristallgrößenverteilung durch einen zusätzlichen Feinanteil
negativ beeinflußt, was bei der Massentrennung in kontinuierlich arbeitenden Siebzentrifugen
zu unerwünschten Zuckerverlusten bzw. in diskontinuierlich arbeitenden Siebzentrifugen
zu Porenverstopfungen in der Gutschicht führt. Insbesondere bei der Aufbereitung
reiner Zuckerlösungen ergeben sich bei der an sich erwünschten möglichst hohen Temperaturdifferenz
zwischen Kühlmedium und Zuckermagma auf den Oberflächen der Kühlelemente Inkrustationen,
die den Apparat sehr schnell zusetzen und seinen Wirkungsgrad dadurch stark verringern.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte
Kühlmaische so zu verbessern, daß sie sich auch bei reineren Zuckerlösungen mit
ausreichend hohem Temperaturgefälle zwischen Kühlmedium und Zuckermagma fahren läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Kühlelementen
Abstreifer zugeordnet sind, die die Oberfläche der Kühlelemente beaufschlagen, und
daß zwischen den Kühlelementen
und den Abstreifern eine durch einen
Antrieb erzeugte Relativbewegung besteht.
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Während bei bekannten Anlagen der Wärmedurchgangskoeffizient zwischen
Kühlmedium und Magma bei maximal ca. 50 W liegt, m2 xK wird durch die erfindungsgemäße
Relativbewegung zwischen den Kühlelementen und den Abstreifern ein erheblich höherer
Wärmedurchgangskoeffizient erreicht. Außerdem wird das Magma innerhalb der Grenzschicht
ständig ausgetauscht. Dies ermöglicht bei gleicher Kühlfläche sehr viel niedrigere
mittlere treibende Temperaturgefälle zwischen Magma und Kühlwasser. Der ständige
Austausch von Magma im Bereich der-Grenzschicht in dem relativ geringen mittleren
Temperaturgefälle vermeidet ungünstige Übersättigungsprofile, so daß die vorstehend
genannte Keimbildung im Verlauf der Kühlungskristallisation vermieden wird und nur
die in dem Kristallisator eintretenden Kristalle gezielt entsprechend der Anlagenauslegung
wachsen.
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Die Differenz geschwindigkeit zwischen den Kühlrohren und den Abstreifern
sollte den Erfordernissen entsprechend veränderbar sein.
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Ausgehend von einer Kühlmaische, bestehend aus einem stehenden zylindrischen
Behälter mit oben liegendem Magma-Eintritt, unten liegendem Magma-Austritt, dazwischen
angeordneten, den- Behälter in Kammern unterteilenden Etagenböden mit Magma-Durchtrittsöffnungen
und aus in jeder Kammer vorgesehenen Kühlrohren, die von dem Kühlmedium bezogen
auf den Durchlaufweg des Magma im Gegenstrom durchströmt werden, ist es erfindungsgemäß
vorteilhaft, wenn die Kühlrohre lotrecht durch den Behälter und seine Etagenböden
hindurchgeführt sind, wobei zwischen den Kühlrohren und den Abstreifern eine in
vertikaler Richtung oszillierende Relativbewegung besteht.
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In einer konstruktiv zweckmäßigen Ausführungsform können die Kühlrohre
ortsfest eingebaut und die Abstreifer an einem Gitterwerk montiert sein, das von
einer Hub- und Absenkvorrichtung beaufschlagt wird. Dabei kann das Gitterwerk über
Zugstangen mit hydraulisch betätigten Hubzylindern verbunden sein. Das Gitterwerk
selbst sollte ausreichend große lichte Durchtrittsquerschnitte aufweisen, damit
Magma schnell genug nachfließen kann und ein Pumpeffekt durch die Auf- und Abwärtsbewegung
des Gitterwerkes verhindert wird.
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In jeder Kammer des Behälters können vorzugsweise zwei Abstreifer
bzw. zwei Gitterwerke vorgesehen sein.
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Die Abstreifer können aus die Kühlrohre mit geringem Ringspalt umschließenden
Ringscheiben bestehen, wobei der Ringspalt eine Größe von 1 mm nicht überschreiten
sollte. Jeder Abstreifer weist zweckmäßig eine im Querschnitt sich zur Kühlrohrwandung
konusförmig verdickte Abstreifkante auf, die bei der Auf- und Abwärtsbewegung der
Abstreifer dem Magma eine radiale, von dem Kühlrohr weggerichtete Bewegungskomponente
erteilt.
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Um den Wärmedurchgangskoeffizienten in der gewünschten Größenordnung
zu erreichen, muß auf der Kühlmediumseite ein Wärmeübergangskoeffizient bestimmter
Größenordnung sichergestellt werden. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn jedes Kühlrohr
aus einem äußeren und einem konzentrischen inneren Rohr besteht, die zwischen sich
einen kreisringförmigen Kanal für das Kühlmedium bilden. Durch definierte Auslegung
des kreisringförmigen Kanals kann dem Kühlmedium eine bestimmte Fließgeschwindigkeit
zugeordnet werden.
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Zur Erreichung einer für den Verfahrensablauf optimalen Verweilzeitverteilung
zwischen ein- und austretendem Magma ist es vorteilhaft, wenn die Etagenböden leicht
konusförmig ausgebildet
sind und mit ihrer Konus spitze -abwechselnd
nach oben bzw. unten zeigen, wobei jede nach unten gerichtete Konusspitze eine Magma-Durchtrittsöffnung
aufweist, während jeder mit seiner Konusspitze nach oben weisender Etagenboden mit
der Behälterwandung einen ringförmigen Magma-Durchtrittsschlitz bildet. Das Magma
fließt dadurch zwangsgeführt jeweils radial nach innen bzw.
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außen durch den Behälter, so daß das Prinzip einer realen Rührkesselkaskade
zur Anwendung kommt und eine relativ enge Verweilzeitverteilung sichergestellt werden
kann. Die sich zwangsläufig ergebende Quer- und Längs strömung gewährleistet eine
gleichmäßige Abkühlung und damit exakte Einstellung des Obersättigungsprofiles des
Magmas.
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Um das Magma beim Eintritt in den Behälter gleichmäßig über dessen
Querschnitt zu verteilen, kann ein Magmaverteiler gemäß dem DE-GM 80 32 737 vorgesehen
werden.
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Die Kühlrohre können über den Behälterquerschnitt vorzugsweise spiralförmig
verteilt angeordnet sein, um so bei einer-Inspektion oder Reparatur ein Begehen
zwischen den Kühlrohrreihen zu ermöglichen.
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Um das Magma zwischen den Etagenböden besser zu vermischen, ist es
zweckmäßig, wenn in den Kammern von der Hub- und Absenkeinrichtung beaufschlagte
Mischorgane angeordnet sind, die zweckmäßig Schaufeln sein können, die dem Magma
eine Querströmung verleihen. Dabei können die Mischorgane am Gitterwerk montiert
sein.
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In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 im Längsschnitt und zum Teil in Seitenansicht
das Oberteil einer Vertikalkühlmaische; Figur 2 in verkleinertem Maßstab und schematischer
Darstellung den mittleren Teil der Vertikalkühlmaische; Figur 3 in einer Darstellung
gemäß Figur 2 den unteren Teil der Vertikalkühlmaische; Figur 4 in vergrößertem
Maßstab in Draufsicht einen im oberen Teil der Vertikalkühlmaische angeordneten
Magma-Verteiler und Figur 5 in stark vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch
einen Kühlrohrabschnitt und einen Abstreifer.
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Gemäß den Figuren 1 bis 3 besteht die dargestellte Vertikalkühlmaische
aus einem stehenden zylindrischen Behälter 1 mit oben liegendem Magma-Eintritt 2,
unten liegendem Magma-Austritt 3 und dazwischen angeordneten, den Behälter in Kammern
4 unterteilenden Etagenböden 5 mit Magma-Durchtrittsöffnungen 6. Lotrecht durch
den Behälter 1 und seine Etagenböden 5 hindurchgeführt sind Kühlrohre 7, die von
dem Kühlmedium bezogen auf den Durchlaufweg des Magma im Gegenstrom durchströmt
und auf ihrer Außenwandung von Abstreifern 8 beaufschlagt werden. Letztere sind
an einem Gitterwerk 9 montiert, das von einer Hub- und Absenkvorrichtung 10 beaufschlagt
wird, während die Kühlrohre 7 ortsfest eingebaut sind.
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Figur 5 läßt erkennen, daß die Abstreifer 8 aus die Kühlrohre 7 mit
geringem Ringspalt 11 umschließenden Ringscheiben bestehen,
und
daß jeder Abstreifer 8 eine im Querschnitt sich zur Kühlrohr-Wandung konusförmig
verdickte Abstreiferkante 12 aufweist. Das Gitterwerk 9 ist lediglich in Figur 5
angeordnet, ist aber in jeder Kammer 4 der Vertikalkühlmaische vorgesehen. Figur
5 zeigt ferner, daß jedes Kühlrohr 7 aus einem äußeren Rohr 13 und einem konzentrischen
inneren Rohr 14 besteht, die zwischen sich einen kreisringförmigen Kanal 15 für
das Kühlmedium bilden.
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Gemäß den Figuren 1 bis 3 sind die Etagenböden 5 leicht konusförmig
ausgebildet und zeigen mit ihrer Konusspitze 16 abwechselnd nach oben bzw unten,
wobei jede nach unten gerichtete Konusspitze eine Magma-Durchtrittsöffnung 6 aufweist,
während jeder mit seiner Konusspitze 16 nach oben weisender Etagenboden 5 mit der
Behälterwandung einen ringförmigen Magma-Durchtrittsschlitz 6 bildet.
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Figur 1 läßt erkennen, daß der oben liegende Magma-Eintritt 2 in einen
Magma-Verteiler 17 mündet, der - wie insbesondere Figur 4 deutlich zeigt - mehrere
sternförmig angeordnete, um eine gemeinsame lotrechte Welle 18 umlaufende Radialarme
19 zum Austrag des Magma aufweist. Außerdem sind Verteilerkammern20 unterschiedlicher
Größe vorgesehen, an die je ein Radialarm 19 unterschiedlicher Länge angeschlossen
ist, wobei der jeweils längere Radialarm der jeweils größeren Verteilerkammer zugeordnet
ist.
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