DE3400399C2 - - Google Patents

Description

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.

Charakteristik der bekannten technischen 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.

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 Temperatur des Trocknungsmediums aufgeheizt.

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.

Besonders groß ist die Gefahr des Aufheizens der Wandungen und Einbauten auch während des Betriebes von Trocknungsanlagen, wenn infolge von Betriebsstörungen die Zufuhr von zu trocknendem Gut unterbrochen wird oder dessen Eintrittsfeuchte stark schwankt.

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 Wirbelraumes durchstoßende Rohre in den Trocknungsraum zu führen. Besonders bei Inbetriebnahme ist aber auch dadurch ein Aufheizen der unteren Begrenzungswandung des Wirbelraumes nicht vermeidbar.

Aus der DE-OS 25 52 891 ist eine Wirbelschichtvorrichtung bekannt, die, zur Verhinderung der Kanalbildung des Materials, aus einer oberen und unteren Kammer besteht, welche durch eine Vielzahl von Rohren miteinander verbunden sind. Die Kammern sowie die Rohre sind mit einer Wärmeübertragungseinrichtung umgeben, die jeweils mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Wärmetauschermedium versehen sind. Die gewünschte Reaktion des Materials erfolgt durch den indirekten Wärmetausch des zugeführten Wärmetauschermediums mit dem Material über die Wärmeübertragungseinrichtung. Die der Wirbelschichtvorrichtung zugeführten Gase dienen lediglich zur Fluidisierung des Materials.

Diese vorbekannte Wirbelschichtvorrichtung mit indirektem Wärmeaustausch betrifft jedoch weder ein Verfahren noch eine Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler und anbackungsanfälliger Stoffe. Auch lassen sich mit dieser vorbekannten Vorrichtung Materialanbackungen und thermische Schädigungen des Materials nicht verhindern und die Energieökonomie der Vorrichtung nicht wesentlich verbessern.

Bisher ist kein Verfahren und auch keine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, mit Hilfe derer die gesamte den Trocknerraum begrenzende Wandung sowie auch alle Einbauten im Trocknerraum sowohl im Zustand der Inbetriebnahme 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 kann mit bekannten Lösungen dem Aufheizen mit einer schlagartigen Temperatursenkung des Trocknungsmediums begegnet werden, jedoch ist diese Maßnahme mit einem großen Regelaufwand verbunden.

Ziel der Erfindung

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 Energieökonomie gegenüber bisherigen Trocknungsverfahren erreicht werden.

Die Verhinderung des Anbackens und einer thermischen Schädigung muß sich auch auf die Inbetriebnahme und auf Betriebsstörungen beziehen.

Darlegung 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 die Gefahr eines Anbackens und einer thermischen Schädigung besteht.

Mit bisher bekannten Trocknungsanlagen, insbesondere Wirbelschichtanlagen, ist das Ziel, ein Anbacken und einer 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 Apparateteile wieder zeitweise aufheizen können bzw. kommt es an Toträume begrenzenden Apparateteilen zu örtlichen Temperaturerhöhungen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrenstechnisch in der Form gelöst, daß das Trocknungsmedium vor Eintritt in den Heizer als Kühlmedium durch folgende Räume des Trocknungsapparates geführt wird

• - einen Raum, der den Trocknungsraum umgibt,
• - einen Raum, der im Anströmboden enthalten ist,
• - einen Raum, der im Trockenraum vorhandene Apparateteile umgibt,

wobei die Geschwindigkeit des Kühlmediums in den Räumen auf einen Wert eingestellt wird, der das 1,1- bis 5fache des Wertes der Geschwindigkeit im Trocknerraum beträgt und die einzelnen Ströme des Kühlmediums durch die Räume unabhängig voneinander eingestellt werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen eine 0,4- bis 0,9mal geringere Temperatur aufweisen als das Trocknungsmedium bei Eintritt in den Trocknerraum besitzt.

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 Trocknungsapparates, 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.

Die erfindungsgemäße Lösung bei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art besteht darin, daß alle in und um einen Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Räumen umgeben sind, wobei die Oberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum abgewandt sind, durch Oberflächenvergrößerungselemente 0,5% bis 20% größer sind, als die Oberflächen, die dem Trocknerraum zugewandt sind.

Durch den Einsatz des Trocknungsmittels gleichzeitig als Kühl- und Fluidisierungsmittel wird die Energieökonomie des Verfahrens wesentlich verbessert. Die Kühlung aller Vorrichtungsteile, mit denen das zu behandelnde Material in Verbindung kommt, verhindert Materialanbackungen und eine Schädigung des Materials bei seiner Trocknung.

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%).

An der Trennwand des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum 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 Trocknungsmediumverteilungskammer des Trocknungsapparates befindet sich eine Verbindungsleitung.

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. Die dazu erforderliche Einstellung der Volumenströme des Trocknungsmediums erfolgt mittels der Drosselklappen. 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.

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 trocknendem 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 Trocknungsmedium gelangt danach in einen Abscheider, in welchem mitgeführte feste Stoffe abgetrennt werden und von dort zur Saugseite eines Verdichters.

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.

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 hindurchströmt. Dabei werden alle um und in dem Trocknerraum vorhandenen Wandungen gekühlt.

Ausführungsbeispiel

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 Trocknungsmediumeinrittsseite 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. 60 Massen-% Feuchtigkeit aus einer Zentrifuge kommende Reibsel roher Kartoffeln. Das im Ergebnis der Kontaktierung auf 0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und auf 333 K abgekühlte Trocknungsmedium gelangt mit dem bis auf 10 Massen-% Restfeuchte getrockneten Stoff in einen Abscheider 2, beispielsweise in einen Zyklen, 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.

Der Trocknungsapparat 3 nach Fig. 1, ein an sich bekannter Wirbelschichtapparat 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 Trocknerraum 8;
• - bei einem Strömungsquerschnitt von 100 cm² in dem Raum 7, der den Anströmboden umgibt, die Geschwindigkeit des Trocknungsmediums in dem aus geschlossenen Kanälen zusammengesetzten Anströmboden 12 um 20% größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im Trocknerraum.

Die Drehzahl des mechanischen Mischers beträgt 30 min^-1 und das Öffnungsverhältnis des Anströmbodens ist mit 8% festgelegt.

Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Das erfindungsgemäße Verfahren bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums soll anhand eines Ausführungsbeispieles, in Fig. 3 dargestellt, erläutert werden. 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 Überdruck gegenüber der Umgebung in die Räume des Trocknungsapparates 3, gleichfalls eines Wirbelschichttrockners, die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen umgeben, gedrückt.

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 Wirbelschichtapparat, 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 Atmosphäre abgeschlossen sein muß, sind, wie in der Fig. 3 dargestellt, für den Ein- und Austritt des Trocknungsmediums je eine Zuführungs- und eine Abführungskammer erforderlich.

Claims (4)

1. Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe durch Kontaktierung mit einem Trocknungsmedium, das durch einen Heizer und nachfolgend durch einen Trocknungsapparat, vorzugsweise einen Wirbelschichtapparat, und durch einen Abscheider strömt, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknungsmedium vor Eintritt in den Heizer (4) als Kühlmedium durch folgende Räume des Trocknungsapparates (3) geführt wird

• - einen Raum (5), der den Trocknungsraum (8) umgibt,
• - einen Raum (7), der im Anströmboden (12) enthalten ist,
• - einen Raum (6), der im Trockenraum (8) vorhandene Apparateteile umgibt,

wobei die Geschwindigkeit des Kühlmediums in den Räumen (5; 6 und 7) auf einen Wert eingestellt wird, der das 1,1- bis 5fache des Wertes der Geschwindigkeit im Trocknerraum (8) beträgt und die einzelnen Ströme des Kühlmediums durch die Räume (5; 6; 7) unabhängig voneinander eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen eine 0,4- bis 0,9mal geringere Temperatur aufweisen als das Trocknungsmedium bei Eintritt in den Trocknerraum (8) besitzt.

3. Vorrichtung zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Stoffe in einem als Wirbelschichtapparat ausgebildeten Trocknungsapparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle in und um einen Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen von Räumen (5; 6; 7) umgeben sind, wobei die Oberflächen der in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum (8) abgewandt sind, durch Oberflächenvergrößerungselemente (19) 0,5 bis 20% größer sind als die Oberflächen, die dem Trocknerraum (8) zugewandt sind.