DE3325967C2 - Fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung - Google Patents

Fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung

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DE3325967C2 DE19833325967 DE3325967A DE3325967C2 DE 3325967 C2 DE3325967 C2 DE 3325967C2 DE 19833325967 DE19833325967 DE 19833325967 DE 3325967 A DE3325967 A DE 3325967A DE 3325967 C2 DE3325967 C2 DE 3325967C2
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Abstract

Fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung für körniges Wirbelgut, insbesondere Trockner oder Röster für Kaffeebohnen und dergleichen, mit einem Wirbelboden, in dem über einen Einblasbereich verteilt mehrere Durchtrittsöffnungen für ein Wirbelgas, insbesondere heiße Luft, vorgesehen sind, wobei der Wirbelboden einen Teil einer Fördereinrichtung, insbesondere eines Schwingförderers, bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen in Gruppen unterteilt sind und die von den Gruppen eingenommenen Gebiete mit Abstand voneinander in dem Einblasbereich verteilt sind, derart, daß das Wirbelgut von dem Wirbelgas zu einer hügeligen Wirbelschicht verwirbelt ist, in der jeweils ein Hügel über einer Gruppe von Durchtrittsöffnungen liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung für körniges Wirbelgut, insbesondere Trockner oder Röster für Kaffeebohnen und dergleichen, mit einem Wirbelboden, in dem über einen Einblasbereich verteilt mehrere Durchtrittsöffnungen für ein Wirbelgas, insbesondere heiße Luft, vorgesehen sind, wobei der Wirbelboden einen Teil einer Fördereinrichtung, insbesondere eines Schwingförderers, bildet.
Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DE-OS 36 613 bekannt.
Bei fördernden Wirbelschicht-Vorrichtungen der beschriebenen Art ist es schwierig, für alle Teilchen des körnigen Wirbelgutes eine annähernd gleiche Verweilzeit im Einblasbereich sicherzustellen. In der Praxis erhält man in aller Regel ein verhältnismäßig breites Verweilzeiten-Spektrum und eine dementsprechende Ungleichmäßigkeit der mit der Wirbelschicht-Behandlung erzielten Ergebnisse im fertigen Gut. Diese Ungleichmäßigkeit ist besonders störend bei Wirbelgut, bei dem schon geringe Abweichungen von einer optimalen Behandlungszeit zu starken und kaum tolerierbaren Abweichungen von einem gewünschten optimalen Behandlungsergebnis führen. Insbesondere gilt dies für das Rösten von Kaffeebohnen.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus. eine fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln eine höhere Gleichförmigkeit der Verweildauer der einzelnen Teilchen des Wir-
beigutes erzielt wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Durchtrittsöffnungen in Gruppen unterteilt sind und die von den Gruppen eingenommenen Gebiete mit Abstand voneinander in dem Einblasbereich verteilt sind, derart, daß das Wirbelgut von dem Wirbelgas zu einer hügeligen Wirbelschicht verwirbelbi? ist, in der jeweils ein Hügel über einer Gruppe der Durchtrittsöffnungen liegt
Die erfindungsgemäße Wirbelschicht-Vorrichtung ist gegenüber bekannten Vorrichtungen niciit merklich komplizierter und erfordert auch kaum höhere Herstellungskosten. Sie führt aber überraschenderweise zu einer erheblich besseren Gleichförmigkeit der Verweiizeiten und damit zu einer höheren Gleichförmigkeit des Ergebnisses der mit der Vorrichtung vorgenommenen Wirbelschicht-Behandlung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft beim Rösten und Trocknen von Kaffeebohnen, weil es bei diesem Wirbelgut auf eine möglichst genaue Einhaltung bestimmter Rost- und Trockenzeiten ankommt Insbesondere wird der Anteil an zu scharf gerösteten oder getrockneten Kaffeebohnen, dsr zu unangenehmen Geschmackskomponenten in dem fertigen Produkt führt, stark herabgesetzt, so daß der Geschmack des gerösteten Kaffees deutlich besser ist als nach einem Rösten mit einem breiteren Verweiizeit-Spektrum. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wegen der höheren Gleichförmigkeit der Behandlungsergebnisse mit einer verhältnismäßig kurzen Förderstrecke, also verhältnismäßig kleiner Baugröße, auskommen und kann mit verhältnismäßig kurzen Behandlungszeiten betrieben werden. Diese Vorteile sind wirtschaftlich bedeutsam.
Nach derzeitiger Auffassung können die überraschend günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung darauf zurückzuführen sein, daß infolge der Konzentrierung des Gasstromes und des Wirbelgutes in den Hügeln dort eine erhöhte Gasgeschwindigkeit und ein größerer Wärmeübergang vorliegen, und daß dabei eine hohe Gleichmäßigkeit des Wärmeüberganges dadurch sichergestellt wird, daß das Wirbelgut in den zwischen den einzelnen Hügeln liegenden Zonen seine Temperatur durch gegenseitigen Wärmeaustausch der Wirbelgut-Teilchen vergleichmäßigt. Eine zuverlässige Deutung ist jedoch zur Zeit nicht verfügbar.
Es kann erwünscht sein, das Wirbelgut in den zwischen den einzelnen Hügeln liegenden Zonen nicht völlig zur Ruhe kommen zu ijssen, beispielsweise um ein Festbacken von Wirbelgut-Teilchen zu verhindern. Für diesen Fall ibt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet, bei der der Wirbelboden zumindest in dem Einblasbereich zwei mit Abstand im wesentlichen durchgehend mit Durchtrittsöffnungen perforiert ist und die untere Wand mit Wirbelgas-Blasöffnungen versehen ist, die nach Anzahl, Größe und Verteilung den gewünschten Gruppen entsprechen. Wie man ohne weiteres erkennt, wird durch den Abstand der beiden Wände eine unscharfe Begrenzung der Gruppen erzielt. Zur Behandlung von Wirbelgut in der Größe von Kaffeebohnen ist ein Abstand der Wände voneinander von etwa 1 bis 4 mm zweckmäßig.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Gebiete oder Gruppen im wesentlichen gleichmäßig über den Einblasbereich verteilt sind. Es kann dann der Einblasbercich über seine ganze Ausdehnung maximal für die beabsichtigte Behandlung genutzt werden.
Um zu starke Diskontinuitäten in der Wirbelschicht zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß die Gebiete der Gruppen jeweils einen im wesentlichen rundlichen, vorzugsweise kreisförmigen Umriß haben. Bei einem kreisförmigen Umriß ergeben sich auch bei verhältnismäßig dichter Packung der Durchtritlsöffnungen noch verhältnismäßig große Teilbereiche zwischen den Durchtrittsöffnungen, in denen das Wirbelgut nicht unter der Einwirkung des Wirbelgases steht.
Es kann zweckmäßig sein, daß in wenigstens einem Randbereich des Einblasbereichs Gruppen vorgesehen sind, die einen anderen Gesamlquerschnitt der Durchtrittsöffnungen haben als Gruppen in mittleren Teilen des Einblasbereichs. Dadurch kann der Tatsache Rechnung getragen werden, daß je nach der Querschnittsform des Wirbelbodens ein stärkeres oder schwächeres Einblasen von Wirbelgas an den Rändern des Einblasbereichs erforderlich sein kann.
Es ist zweckmäßig, daß die Gebiete der Gruppen etwa V? bis die Hälfte der sie enthaltenden Fläche einnehmen. Dadurch ergeben sich zwischen den einzelnen Gruppen oder Gebieten verhältnismäßig geräumige Bereiche, in denen ein Temperaturausgleich innerhalb des Wirbelgutes stattfinden kann. Außerdem ist dadurch eine ausreichende Tragfähigkeit des Wirbelbodens sichergesteü'.. Im allgemeinen wird es am günstigsten sein, wenn die Gebiete etwa 1A1 der sie enthaltenden Fläche einnehmen.
Innerhalb der Gruppen beträgt zweckmäßigerweise der Durchlaß (Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen geteilt durch Fläche des Gebiets der Gruppe) etwa 0.2 bis 0,5. Dadurch wird eine ausreichende Tragfähigkeit und ein ausreichender Gesamtquerschnitt für die Einleitung des Wirbelgases erzielt. Im allgemeinen wird es am zweckmäßigsten sein, den Durchlaß zu etwa 0.25 zu wählen. Um eine gleichmäßige Hügelbildung zu erzielen, ist es zweckmäßig, in den Gebieten jeweils die Durchtrittsöffnungen im wesentlichen gleichmäßig verteilt vorzusehen.
Es versteht sich, daß die Durchtrittsöffnungen einen Querschnitt haben, der in der Größenordnung des Querschnitts der Körner des Wirbelgutmaterials liegt, aber doch deutlich kleiner als dieser ist. So sind z. B. für übliche Kaffeebohnen Durchtrittsöffnungen in Form runder Löcher gut geeignet, die einen Loch-Durchmesser von etwa 3 mm haben. Dieser Wen entspricht den auch bei vorbekannten Kaffee-Röstvorrichtungen üblichen Werten. Runde Löcher sind besonders leicht herzustellen. Vorzugsweise werden Durchtrittsöffnungen mit in Strömungsrichtung zunehmenden Querschnitt verwendet, um eine Diffusorwirkung zu erzielen.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rösten und/oder Trocknen von Kaffeebohnen ausgelegt ist, ist es zweckmäßig, daß im wesentlichen kreisförmige Gebiete (Gruppen) mit einem Durchmessser von etwa 40 bis 60 mm mit gegenseitigen Mittelpunktsabständeii von etwa dem 1.5- bis 1.8fachen des Durchmessers in dem Einblasbereich im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. Wie man <^hne weiteres erkennt, ergeben sich
bo dabei zwischen den einzelnen Gebieten (Gruppen) verhältnismäßig große Teilbereiche, in denen die Kaffeebohnen ihre Temperaturen einander angleichen können. Bei einer derartigen Vorrichtung für die Behandlung von Kaffeebohnen werden /wcckmäßigerweise in je-
b5 dem Gebiet etwa 4Γ bis 100 Duichtrittsöffnungen im wesentlichen gleichmäßig verleih vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine genügende Gleichmäßigkeit der Wirbelgas-Einströmung Ober den Querschnitt des Gebiets.
Für Anwendungsfälle, bei denen sich die Teilchengröße des Wirbeigutes beim Durchlauf durch die Vorrichtung verändert, können im Sinne der Förderrichtung in einem stromaufwärtig.-n Teil und in einem stromabwär-' tigen Teil des Einblasbereichs die Durchtrittsöffnungen verschiedene Querschnitte haben. Dabei kann in den Gebieten mit relativ kleinen Querschnitten der Durchtrittsöffnungen der Durchlaß (Gesamtquerschnilt der betreffenden Gruppen geteilt durch Fläche des Gebiets der Gruppe) relativ größer sein und umgekehrt. Dadurch kann der Tatsache Rechnung getragen werden, daß bei kleinerer Korngröße eine größere Oberfläche von dem Wirbelgas zu behandeln ist. Bei Kaffeebohnen kann insbesondere der Durchlaß in dem stromaufwärtigen Teil des Einlaßbereichs etwa 0,28 bis 0,33 und in dem stromabwärtigen Teil des Einlaßbereichs etwa 0,21 bis 0.25 betragen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische vergrößerte Draufsicht in Richtung des Pfeils Il der F i g. I auf den Wirbelboden der in F i g. I dargestellten Vorrichtung.
Fig.3 erläutert in schematischen Draufsichten je eine Gruppe von Durchtrittsöffnungen in einem stromaufwärtigen und in einem stromabwärtigen Teil des Einblasbereichs.
Fig. I zeigt einen Wirbelschicht-Röster für Kaffeebohnen. Ein zweiteiliges Gehäuse I ist auf Schwingpuffern 3 und 5 gelagert und an einen Schwingungserzeuger 7 angeschlossen. In dem Gehäuse erstreckt sich ein Wirbelboden 9 in einer Transportrichtung 11. Oberhalb des Wirbelbodens endet das Gehäuse in zwei Austrittsöffnungen 13 und 15. Unterhalb des Wirbelbodens befinden sich Wirbeigas-Eintrittsräume Ϊ7 und 19, denen als Prozeßgas heiße Luft durch die Schwingpuffer 3 und 5 zugeführt wird. Das Prozeßgas strömt durch in dem Wirbelboden 9 vorgesehene Gruppen, z. B. 35, 39 von Durchtrittsöffnungen 21, 23 und durch die darüber befindliche Wirbelschicht 25 aus Kaffeebohnen. Nach dem Durchtritt durch die Wirbelschicht und durch die Austrittsöffnungen 13 und 15 wird das heiße Prozeßgas gereinigt und dem Kreislauf zurückgeführt. Das Wirbelschicht-Materiai wird über eine Drehschleuse 27 am linken Ende der Vorrichtung zugeführt und verläßt nach beendeter Behandlung die Vorrichtung am rechten Ende durch einen Produktauslaß 29.
Der Schwingungserzeuger 7 versetzt das Gehäuse 1 derart in gerichtete Schwingungen, daß das Wirbelgut-Material die Vorrichtung von links nach rechts durchwandert.
F i g. 2 zeigt schematisch den Wirbelboden 9 in vergrößerter Darstellung. Die am Rand des Wirbelbodens vorgesehene Befestigungseinrichtungen sind in F i g. 2 nicht dargestellt. In dem Wirbelboden befindet sich ein Einblasbereich 31, dessen Begrenzung durch eine gesirichelte Linie angedeutet ist An die Unterseite des Einblasbereichs schließen sich die Eintrittsräume 17 und 19 ω (Fig. 1) an.
Die Durchtrittsöffnungen 21,23 (Fig. 1) in dem Einblasbereich 31 sind in Gruppen, z. B. 33,35,37,39, unterteilt, und die von den Gruppen eingenommenen Gebiete 41, 43, 45, 47 sind mit Abstand voneinander in dem Einblasbereich 31 verteilt, und zwar derart, daß das Wirbelgut (Fig. 1) von dem Wirbelgas zu einer hügeligen Wirbelschicht verwirbelbar ist, in der jeweils ein Hügel über einer Gruppe der Durchtrittsöffnungen (21, 23) liegt.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Gebiete der Gruppen im wesentlichen gleichmäßig über den Einblasbereich 31 verteilt. Die Gebiete haben jeweils einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. In Randbereichen des Einblasbereichs 31 sind kleinere Gruppen von Durchtrittsöffnungen vorgesehen als in mittleren Teilen des Einblasbereichs, und zwar einfach in Gebieten, z. B. 49, 51, die Abschnitte von vollständigen Gebieten sind.
Fig. 3 zeigt in vergrößerter schematischer Darstellung je ein Gebiet 43 bzw. 47 aus dem vorderen Abschnitt 53 und dem hinteren Abschnitt 55 des Wirbelbodens 9. Man erkennt, daß in jedem Gebiet eine Gruppe von Durchirittsöffnungen 21 bzw. 23 vorgesehen ist. wobei die Durchtrittsöffnungen im wesentlichen gleichmäßig über das Gebiet verteilt sind. In dem stromaufwärtigen Abschnitt 53 des Wirbeibodens 9 bestehen die Gruppen aus relativ vielen Durchtrittsöffnungen 21 mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt, in dem stromabwärtigen Abschnitt 55 aus einer geringeren Anzahl von Durchtrittsöffnungen 23 mit größerem Querschnitt.
Aus F i g. 2 und 3, insbesondere F i g. 2, erkennt man ohne weiteres, daß sich im Betrieb der Vorrichtung in dem Wirbelgut hügelartige Eruptionen oberhalb der Gruppen von Durchtrittsöffnungen bilden. In den verhältnismäßig großen Zwischenbereichen 57 bleibt das Wirbelgut dagegen dichter gepackt, und die einzelnen Körner des Wirbelgutes können durch gegenseitigen Wärmeaustausch idre Temperaturen vergleichmäßigen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
40
45
50

Claims (19)

Patentansprüche:
1. Fördernde Wirbelschicht-Vorrichtung für körniges Wirbelgut, insbesondere Trockner oder Röster für Kaffeebohnen und dergleichen, mit einem Wirbelboden (9). in dem über einen Einblasbereich (31) verteilt mehrere Durchtrittsöffnungen (21, 23) für ein Wirbelgas, insbesondere hei3e Luft, vorgesehen sind, wobei der Wirbelboden (9) einen Teil einer Fordereinrichtung, insbesondere eines Schwingförderers bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (21,23) in Gruppen (33,35, 37,39) unterteilt sind und die von den Gruppen eingenommenen Gebiete (41, 43, 45, 47) mit Abstand voneinander in dem Einblasbereich (31) verteilt sind, derart, daß das Wirbelgut von dem Wirbelgas zu einer hügeligen Wirbelschicht (25) verwirbelt ist, in der jeweils ein Hügel über einer Gruppe der Durchtrittsöffnung.^ (21,23) liegt
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete (41,43,45,47) im wesentlichen gleichmäßig über den Einblasbereich (31) verteilt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete (41, 43, 45, 47) jeweils einen im wesentlichen runden Umriß haben.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete (41, 43, 45, 47) jeweils einen im wesentlichen kreisförmigen Umriß haben.
5. Vorrichi'irsg nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelboden (9) in wenigstens einem Randbereich des Einblasbereichs (31) Gruppen enthält, die einen anderen Gesamtquerschnitt der L-jrchtrittsöffnungen ji haben als Gruppen in mittleren Teilen des Einblasbereichs (31).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete der Gruppen etwa 1A bis die Hälfte der sie enthaltenden Fläche einnehmen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebiete etwa 1A, der sie enthaltenden Fläche einnehmen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden t.s Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gruppen jeweils der Durchlaß (Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen geteilt durch Fläche des Gebiets der Gruppe) etwa 0,2 bis 0,5 beträgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß etwa 0,25 beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gebieten jeweils die Durchtrittsöffnungen im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (21,23) runde Löcher sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekeichnet, daß die Durchtritts- bo öffnungen (21, 23) einen in Strömungsrichtung zunehmenden Querschnitt haben.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelboden zumindest in dem Einblasbereich zwei mit Abstand übereinanderliegende Wände aufweist, von denen die obere Wand im wesentlichen durchgehend mit Durchtrittsöffnungen perforiert ist und die untere Wand mit Wirbelgas-Blasöffnungen versehen ist, die nach Anzahl, Größe und Verteilung den gewünschten Gruppen entsprechen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Behandlung von Wirbelgut in der Größe von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Wände voneinander etwa 1 bis 4 mm beträgt.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Rösten und/oder Trocknen von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen kreisförmige Gebiete (41, 43, 45, 47) mit einem Durchmesser von etwa 40 bis 60 mm mit gegenseitigen Mittelpunktabständen von etwa dem 1,5 bis l,8fachen des Durchmessers in dem Einblasbereich (31) im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gebiet etwa 40 bis 100 Durchtrittsöffnungen (21,23) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Förderrichtung (11) in einem stromaufwärtigen und in einem stromabwärtigen Teil des Einblasbereichs Durchtrittsöffnungen (21, 23) verschiedenen Querschnitts vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gebieten mit relativ kleinen Querschnitten der Durchtrittsöffnungen der Durchlaß (Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen geteilt durch Fläche des Gebiets) relativ größer ist als in den Gebieten mit relativ größeren Querschnitten der Durchtrittsöffnungen.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß in dem stromaufwärtigen Teil des Einblasbereichs etwa 0,28 bis 0,33 und in dem stromabwärtigen Teil des Einblasbereichs etwa 0,21 bis 0,25 beträgt.
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