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Titel der Erfindung
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Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger
Stoffe Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung ist in stoffverarbeitenden Bereichen
der Volkswirtschaft, wie der chemischen Industrie, der Nahrungsgüterwirtschaft,
der pharmazeutischen Industrie anwendbar, wenn es darauf ankommt, beim Trocknen
von Stoffen ein Anbacken oder eine thermische Schädigung zu verhindern.
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Charakteristik der bekannt,eartechnischen Lösungen Bei den bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung wird das zu trocknende Gut mit dem Trocknungsmedium
in einem Trocknerraum kontaktiert, dessen Wandungen, insbesondere am Eintritt des
Trocknungsmediums (z. B. der Anströmboden von Wirbelschichttrocknern), eine höhere
Temperatur besitzen als das zu trocknende Gut. Auch Einbauten zur mechanischen Vermischung
im Trocknerraum können eine höhere Temperatur als das zu trocknende Gut aufweisen.
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Insbesondere bei der Inbetriebnahme von Trocknern sind in der Regel
alle den Trocknerraum begrenzenden Wandungen und in ihm vorhandenen Einbauten vor
Einbringen des zu trocknenden Gutes in den Trocknerraum nahezu bis auf die Tempe
ratur des Trocknungsmediums aufgeheizt.
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Bei der Trocknung thermolabiler, zum Anbacken neigender Produkte kommt
es wegen der nicht auszuschließenden Berührung von zu trocknendem Produkt und heißen
Wandungen sowie Einbauten zu Produktschädigungen.
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Besonders groß ist die Gefahr des Aufheizens der Wandungen und Einbauten
auch während des Betriebes von Xrocknungsanlagen, wenn infolge von Betriebsstörungen
die Zufuhr von zu trocknendem Gut unterbrochen wird oder dessen Eintribbsfeuchte
stark schwankt.
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Um die Kontaktierung von Teilchen einer Wirbelschicht mit dem heißen
Anströmboden zu verhindern, ist in der Patentschrift DE-OS 23 35 514 vorgesehen,
das Trocknungsmedium durch gesonderte, die untere Begrenzungswandung des Wirbel~
raumes durchstoßende Rohre in den Trocknungsraum zu führen.
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Besonders bei Inbetriebnahme ist aber auch dadurch ein Au£-heizen
der unteren Begrenzungswandung des Wirbelraumes nicht vermeidbar.
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Bisher ist kein Verfahren und auch keine Vorrichtung sur Durchführung
des Verfahrens bekannt, mit Hilfe derer die gesamte den Trocknerraum begrenzende
Wandung sowie auch alle Einbauten im Trocknerraum sowohl im Zustand der Inbe triebnahme
als auch während des Betriebes sowie bei Betriebsstörungen unterhalb der Eintrittstemperatur
des Trocknungsmediums gehalten werden können. Damit ist die Trocknung thermolabiler,
zum Anbacken neigender Produkte immer mit einer Qualitätsminderung verbunden. Zwar
kaiin' mit bekannten Lösungen dem Aufheizen mit einer schlagS artigen Temperatursenkung
des Trocknungsmediums begegnet werden, jedoch ist diese Maßnahme mit einem großen
Regel aufwand verbunden.
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Ziel der ErSindunE Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zu entwickeln, mit Hilfe derer ein Anbacken und
eine thermische Schädigung dazu neigender Stoffe im Verlaufe des Trocknungsprozesses
verhindert und die Produktausbeute sowie die Produktqualität erhöht werden können.
Gleichzeitig sollen mit dem Verfahren und der Vorrichtung Wärmeverluste vermindert
und damit eine bessere Energie ökonomie gegenüber bisherigen Trocknungsverfahren
erreicht werden.
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Die Verhinderung des Anbackens und einer thermischen Schädigung muß
sich auch auf die Inbetriebnahme und auf Betriebsstörungen beziehen Darlezang des
Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle Apparateteile,
mit denen der zu trocknende Stoff in Berührung kommen kann, unterhalb der Temperatur
zu halten, bei der dio Gefahr eines Anbackens -und einer thermischen Schädigung
besteht. Mit bisher bekannten Trocknungsanlagen, insbesondere Wirbelschichtanlagen,
ist das Ziel, ein Anbacken und eine thermische Schädigung dazu neigender Stoffe
zu verhindern, nicht; zu erreichen, da bei Inbetriebnahme zunächst alle Apparateteile
annähernd die das Anbacken hervorrufende hohe Temperatur des eintretenden Trocknungsmediums
besitzen und bei Betriebsstörungen sich die inneren Apparate teile wieder zeitweise
aufheizen können bzw. kommt es an Toträume begrenzenden Apparate teilen zu örtlichen
Temperaturerhöhungen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrenstechnisch in der Form gelöst,
daß ein Trocknungsmedium durch eine Trocknung anlage hindurchgesogen wird, wobei
ein kaltes Trocknungsmedium durch die Räume des Trocknungsapparates, die in und
um einen Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, durch einen Aufheizer und das
aufgeheizte Trocknungsmedium durch den Trocknerraum strömt und mit dem zu trocknenden
Gut kontaktiert und dabei abkühlt, das abgekühlte und befeuchtete Trooknungsmedium
durch einen Abscheider und das von Feststoffteilchen befreite abgekühlte und befeuchtete
Trock nungsmedium durch die Saugseite in einen Verdichter, durch den Verdichter
und über dessen Druckseite aus der Trocknungsanlage herausströmt.
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Es gehört; weiter zur Erfindung, daß das kalte Trocknungsmedium in
den Räumen des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen
Wandungen umgeben, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit besitzen als das erwärmte
Trocknungsmedium
im Trocknerraum (1,1 bis 5 mal) und daß alle in und um den Trocknerraum vorhandenen
Wandungen eine geringere Temperatur aufweisen als diejenige, bei der ein Anbacken
und eine thermische Schädigung erfolgen kann (0,4 bis 0,9 mal Eintrittstemperatur
des TrocknuAgsmediums).
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Zur Realisierung der Verfahrensschritte und zur Einstellung der Ströme
des kalten Trocknungsmediums durch die Räume des Trocknungsapparates, die alle in
und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, sind Drosselklappen erforderlich
und die Wärmeübertragungsoberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen
Wandungen zu den Räumen, die diese umgeben, sind 1,05 bis 1,2 mal größer als zum
Trocknerraum und es ist zur Gewährleistung der verfahrensgerechten Temperatur- und
Strömungsgeschwindigkeit;sverhält nisse ein Trocknungsapparat mit den Merkmalen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwenden.
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Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Für den Fall,
daß das Trocknungsmedium durch die Trocknungsanlage gedrückt wird, ändern sich die
Verfahrensschritte insofern, als das kalte Trocknungsmedium von einem Verdichter
angesaugt und von dessen Druckseite in die Räume des vrocknungsapparates, die alle
in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, gelangt. Im übrigen ist
das erfindungsgemäße Verfahren identisch wie bei saugender Betriebsweise bezüglich
des Trocknungsmediums Zur Durchführung des Verfahrens, bei dem das Trocknungsmedium
durch die Trocknungsanlage hindurchgesogen wird, wurde mit Hilfe eines an sich bekannten
Trocknungsapparates, insbesondere eines Wirbelschichtapparates, eine Vorrichtung
gefunden, indem alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Räumen
umgeben werden, durch die das kalte Trocknungsmedium geführt wird. Die Oberflächen
der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum abgewandt
sind, werden größer als die ausgeführt, die dem Trocknerraum zugewandt sind (0,5
% bis 20 S0).
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An der Trennwand des Raumes zur Umgebung, der den Trockner raum umgibt
und an der Trennwand des Raumes, der den Anströmboden umgibt, sind an gegenüberliegenden
Seiten Stutzen
angeordnet. Der eine Stutzen ist zur Umgebung offen
und vom anderen führt eine Verbindungsleitung zur kalten Trocknungsmediumeintrittsseite
des Heizers. An einem der beiden Stutzen befindet sich eine Drosselklappe. Zwischen
der heißen Trocknungsmediumsaustrittsseite des Heizers und der Trocknung mediumverteilungskammer
des Trocknungsapparates befindet sich eine Verbindungsleitung.
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Kaltes Trocknungsmedium wird in den Trocknerraum umgebenden Raum,
in die Räume, die im Trocknerraum vorhandene Teile, insbesondere solche zur mechanischen
Vermischung, umgeben und in den Raum, der den Anströmboden umgibt, durch die entsprechenden
Stutzen angesaugt, durchströmt diese Räume und kühlt dabei alle den Trocknerraum
umgebenden und in diesem angeordneten Wandungen bis auf eine gewünschte Temperatur.
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Die dazu erforderliche Einstellung der Volumenströme des Trocknungsmediums
erfolgt mittels der Drosselklappen.
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Das erwärmte Trocknungsmedium gelangt durch die Verbindungsleitungen
in die kalte Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers und wird, indem es durch
diesen hindurchfließt, bis auf die erforderliche Trocknungsmediumeintrittstemperatur
aufgeheizt.
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Durch eine Verbindungsleitung strömt das aufgeheizte Trocknungsmedium
in die Trocknungsmediumverteilungskammer des Trocknungsapparates und durch den Anströmboden
in den Trocknerraum. Im Ergebnis der Kontaktierung zwischen zu trocknen dem Stoff
und Trocknungsmedium nimmt letzteres Feuchtigkeit auf, Dabei kühlt sich der zu trocknende
Stoff, solange auf dessen Oberfläche noch eine Restfeuchte vorhanden ist, bis auf
die Kühlgrenztemperatur ab und die Temperatur des Trocknungsmediums sinkt bis auf
eine Temperatur oberhalb der Kühlgrenztemperatur. Das befeuchtete und abgekühlte
Trocknungs medium gelangt danach in einen Abscheider, in welchem mitgeführte feste
Stoffe abgetrennt werden und von dort zur Saug seite eines Verdichters.
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Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist für die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums
die gleiche, wie die für die saugende, nur sind jeweils zwischen den Stutzen an
den Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum vorhandenen
Teile und um den Anströmboden, die bei der saugenden Betriebsweise zur Umgebung
offen sind und der Druckseite eines Verdichters Verbindungsleitungen angeordnet.
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Bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums ist die
Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber saugender dahingegen unterschiedlich,
indem das kalte Trocknungsmedium von einem Verdichter durch die Verbindungsleitungen
zwischen dessen Druckseite und jeweils den Stutzen an den Trennwänden der Räume
um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum vorhandenen Teile und um den Anströmboden
gedrückt wird und durch diese Räume hindurchströmt0 Dabei werden alle um und in
dem Trocknerraum vorhandenen Wandungen gekühlt.' Ausführunsbeispie 1 Die Erfindung
soll nachfolgend an den Ausführungsbeispielen mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert
werden, wobei die Fig. 1 die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums,
die Fig. 3 die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums zeigt. In
den Fig. 2 und 4 sind die Anströmböden von Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt. Das kalte
Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01 kg Wasser/kg trockene Luft
Feuchtigkeitsgehalt wird in die Räume des Trocknungsapparates 3, eines Wirbelschichttrockners,
die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen umgeben, angesaugt:
in den Raum 5 zur Umgebung, der den Trocknerraum 8 umgibt, durch den Stutzen 13:
in den Raum 6, der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, im Beispiel einen
mechanischen Rührer, durch den Stutzen 17: in den Raum 7, der den Anströmboden umgibt,
durch den Stutzen 16. Das kalte Trocknungsmedium durchströmt diese Räume, kühlt
dabei alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen auf 328 K ab und wird
selbst auf 323 K aufgeheizt. Es verläßt
diese Räume durch den Stutzen
14, 15, 18 und gelangt durch die Verbindungsleitungen 20, 21, 22 zur kalten Trocknung
mediumeintrittsseite des Heizers 23. Die Volumenströme an Trocknungsmedium durch
die drei Räume werden mit Hilfe von Drosselklappen 9, 10, 11 eingestellt: 150 m3/h
mit'der Drosselklappe 9: 350 m3/h mit der Drosselklappe 10: 4500 m3/h mit der Drosselklappe
11. Im Heizer 4, einem Rippenrohrwärmeübertrager, erwärmt sich das Trocknungsmedium
auf 403 K und wird über die Trocknungsaustrittsseite 24 in die Trocknungsmediumverteilungskammer
27 des Trocknungsapparates 3 geleitet. Durch den Anströmboden 12 strömt das Trocknungsmedium
in den Trocknerraum 8, eine Wirbelkammer. Dort kommt es zur Kontaktierung mit dem
zu trocknenden thermolabilen, anbackungsanfälligen Stoff, im vorliegenden Falle
250 kg/h mit ca.
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60 Massen-% Feuchtigkeit aus einer Zentrifuge kommende Reibsel roher
Kartoffeln. Das im Ergebnis der Kontaktierung auf 0,038 kg Wasser/kg trockene Ijuft;
befeuchtete und auf 333 K abgekühlte Trocknungsmedium gelangt mit dem bis auf 10
Massen4o Restfeuchte getrockneten Stoff in einen Abscheider 2, beispielsweise in
einen Zyklon, in dem der getrocknete Stoff vom Trocknungsmedium getrennt wird. Letzteres,
von einem Verdichter 1 angesaugt, strömt dessen Saugseite 25 zu und verläßt ihn
wieder durch seine Druckseite 26; der Druckaufbau beträgt 550 mmWS.
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Der Trocknungsapparat 3 nach Fig. 1, ein an sich bekannter Wirbelschicht;apparat
mit einem Durchmesser des Trocknerraumes 8 von 800 mm, ist erfindungsgemäß so gestaltet,
daß - infolge von Oberflächenvergrößerungselementen 19 in Form stumpf aufgeschweißter
kompakter Zylinder mit 20 mm Durchmesser und 30 mm Länge die Wärmeübertragungsfläche
der Trennwand zum Raum zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, um 10 % größer
ist als die~Wärmeübertragungsfläche dieser Trennwand zum Trocknerraum 8; - bei 1000
mm Außendurchmesser des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, die
Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmediums in diesem 20 % größer ist als die
im rocknerraum 8;
- bei einem Strömungsquerschnitt von 100 cm²
in dem Raum 7, der den Anströmboden umgibt, die Geschwindigkeit des Trick nungsmediums
in dem aus geschlossenen Kanälen zusammengesetzten Anströmboden 12 um 20 % größer
ist; als die Sbrömungsgeschwindigkeit im Trocknerraum.
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Die Drehzahl des mechanischen Mischers beträgt 30 min 1 und das Öffnungsverhältnis
des Anströmbodens ist; mit 8 % fest;gelegt.
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- Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Das erfindungsgemäße
Verfahren bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums soll anhand
eines Ausfühw rungsbeispieles, in Fig. 3 dargestellt, erläutert werden.
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Das kalte Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01
kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird von einem Verdichter 1 angesaugt
und mit; einer Temperatur von 303 K und 550 mmWS Ueberdruck gegenüber der Umgebung
in die Räume des Trocknungsapparates 3, gleichfalls eines Wirbelschichttrockners,
die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen umgeben, gedrückt.
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Die weiteren Verfahrensschritte sind identisch denen, die bei saugender
Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums ablaufen. Abweichend davon, verläßt
das auf 343 K abgekühlte, auf 0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und von
aus der Wirbelschicht mitgeführten Kartoffelreibsel befreite Trocknungsmedium die
Trocknungsanlage nach Durchströmen des Abscheiders 2. Auch der erfindungsgemäß gestaltete
Trocknungsapparat 3, ebenfalls ein an sich bekannter Wirbelschicht~ apparat, ist,
bis auf die Ausführung des mechanischen Mischers, identisch dem Trocknungsapparat;
nach Fig. 1 für die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums. Da der
Raum 7, der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, bei drückender Betriebsweise
bezüglich des Trocknungsmediums zur Atmosphare abgeschlossen sein muß, sind, wie
in der Fig. 3 dargestellt, für den Ein- und Austritt des Trocknungsmediums je eine
ZuSührungs- und eine Abführungskammer erforderlich.
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Aufstellung der verwendeten Bezuxszeichen 1 - Verdichter 2 - Abscheider
3 - Trocknungsapparat 4 - Heizer 5 - Raum zur Umgebung, der den Trocknerraum umgibt
6 - Raum, der im Trocknerraum vorhandene Teile umgibt 7 - Raum, der den Anströmboden
umgibt 8 - Trocknerraum 9 - 11 - Drosselklappen 12 - Anströmboden 13 - 18 - Stutzen
19 - Oberflächenvergrößerungselemente 20 - 22 - Verbindungsleitungen 23 - kalte
Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers 24 - warme Trocknungsmediumaustrittsseite
des Heizers 25 - Saugseite des Verdichters 26 - Druckseite des Verdichters 27 -
Trocknungsmediumverteilungskammer