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Titel der Erfindung
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Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Feststoffströmung in Wirbelschichten
Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft; eine Vorrichtung zur Erzeugung
einer gerichteten Feststoffströmung in Wirbeischichten. Sie kann vorzugsweise in
der chemischen Industrie, in der Iiandwirt schaft und in der Nahrungsmittelindustrie
angewendet werden, und zwar besonders vorteilhaft dort, wo Lösungen, Schmelzen oder
Suspensionen granuliergetrocknet werden müssen und das erzeugte Granulat eine geringe
definierte Restfeuchte besitzen soll.
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Oharakteristik der bekannten technischen Lösen Zur Trocknung und gleichzeitigen
Granulierung von Lösungen, Schmelzen oder Suspensionen sind Vorrichtungen bekannt,
bei denen die Flüssigkeit über geeignete Verteiler in die Wirbelschicht eingebracht
wird, sich auf der Oberfläche der Feststoffteilchen anlagert und diese zum Wachsen
bringt, während durch die Wärme des Trocknungsmediums das Lösungsmittel verdampft;
wird und mit dem Trocknungsmedium den Wirbelschichtapparat verläßt, DE-OS 2901 723.
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Wenn die Feststoffteilchen eine bestimmte Zielgröße erreicht haben,
verlassen sie über einen zentral angeordneten klassierenden Abzug den Apparat.
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Voraussetzung für die ordnungsgemäße Funktionsweise derartiger Apparate
ist eine hohe Turbulenz und damit eine große Xeilchengeschwindigkeit in der Wirbelschicht,
wodurch alle Teilchen einen großen Impuls besitzen und die Flüssigkeit gleichmäßig
auf
die gesamte zur Verfügung stehende Feststoffoberfläche verteilt wird.
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Nachteilig wirkt sich bei den bekannten Lösungen aus, daß die erforderlichen
hohen Teilchengeschwindigkeiten erst bei relativ hohen Gasgeschwindigkeiten zu erzielen
sind und somit eine bestimmte Mindestgasbelastung unumgänglich wird.
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Außerdem kommt es insbesondere bei der Eindüsung von Flüssigtreiben
mit hoher Viskosität und Klebekraft speziell bei kleinen Peststoffteilchendurchmessern
häufig zur Agglomeration ganzer Teilchenkollektive. Auf diese Art entstehen in der
Wirbelsohicht Klumpen, die ständig weiter wachsen und sich nicht mehr auflösen.
Dies führt; dann zum Verkleben der gesamoben Wirbelsohicht und zum Havariezustand
der Anlage.
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Aus diesem Grunde wurden Lösungen entwickelt, DE-OS 2602 454, CH-PS
515 472, bei denen durch bewegte Einbauten in der Wirbelschicht die entstandenen
Agglomerate kontinuierlich zerstört werden sollen. Der Nachteil dieser Lösungen
besteht darin, daß bei der Zerstörung dieser Agglomerate auch kleine Teilchen zerstört
werden und außerdem ein erhöhter Abrieb entsteht, der die der Wirbelschicht nachgeschalteten
Entstaubungsanlagen zusätzlich belastet. Außerdem sind eine Reihe von Produkten
bekannt, bei denen sich einmal gebildete Klumpen durch bewegte Einbauten in der
Wirbelschicht; nicht wieder zerstören lassen.
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Unter WP DD 119 304 wird eine Lösung beschrieben, mit Hilfe derer
versucht wird, durch Erzeugung einer gerichteten Strömung in der Wirbelschicht,
hervorgerufen durch die Gestaltung des Anströmbodens, Agglomerationseffekte zu verhindern.
Die Feststoffteilchen gelangen bei dieser Lösung im Zentrum des Apparates an der
Düse vorbei von oben nach unten, treffen auf den klassierenden Abzug und werden
dann am Boden der Schicht in radialer Richtung zum äußeren Rand der Wirbelschicht
transportiert, wo sie an der Wand des Apparates wieder durch die dort herrschende
hohe Luftgeschwindigkeit nach oben gefördert werden. Diese Lösung eignet sich besonders
vorteilhaft für die Granulationstrocknung thermolabiler Produkte, da die feuchtesten
Teilchen immer an die wärmste Stelle des Apparates gelangen
Diese
Vorrichtung hat; Jedoch zwei erhebliche Nachteile: Bei hohen Schichthöhen, wie sie
zur Granulationstrocknung klebriger Produkte benötigt werden, kommt es nicht; mehr
zur Ausbildung des genannten Strömungseffektes, und dadurch, daß die Teilchen unmittelbar,
nachdem sie an der Düse vorbei sind und dort mit; Flüssigkeit benetzt wurden, auf
den klassierenden Abzug gelangen, kommt es vor, daß einzelne frisch benetzte Feststoffteilchen
in den klassierenden Abzug gelangen. Dies führt insbesondere bei solchen Produkten
zu erheblichen Schäden, bei denen eine gleichmäßige und geringe Restfeuchte der
Produkte gefordert wird.
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Ziel der ErSindunR Das Ziel der Erfindung besteht; darin, Lösungen,
Schmelzen oder Suspensionen so zu trocknen und gleichzeitig zu granulieren, daß
das Endprodukt eine definierte, geringe und über alle Granulate gleichmäßig verteilte
Restfeuchte besitzt.
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Das Trocknungsmedium soll besser ausgenutzt; und damit Einsparungen
an Wärmeenergie erzielt werden.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Festlstoffst;römung in
Wirbelschichten mit klassierendem Abzug zu schaffen, die es ermöglicht, klebrige
Lösungen, Schmelzen oder Suspensionen mit hoher Viskosität, kontinuierlich und mit
gleichmäßiger, geringer Restfeuchte zu trocknen und gleichzeitig zu granulieren.
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Es ist eine gerichtete Strömung in der Wirbelscbicht zu schaffen,
durch die die Beststoffteilchen im Zentrum des Apparates von unten nach oben bewegt
werden. An der Oberfläche der Wirbelschicht sollen die Feststoffteil¢hen eine radiale
Strömungsrichtung erhalten, und an den Wänden des Apparates sollen die Teilchen
nach unten strömen, von wo aus sie wieder in radialer Richtung direkt über dem Anströmboden
zum Zentrum des Apparates direkt über den klassierenden Abzug gelangen sollen. Durch
die mechanische Erzeugung einer gerichteten Festst;offströmung soll dies auch bei
Gasgeschwindigkeiten in der Nähe des Wirbelpunktes
und darunter
möglich sein. Durch entsprechende Gestaltung des Anströmbodens und einer Rührvorrichtung
sollen diese Effekte erzielt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst;, daß in einem zylindrischen
oder leicht; konischen Wirbelschichtapparat, dessen Anströmboden in der Mitte mit
einem klassierenden Abzug ausgerüstet ist, eine zentral angeordnete, drehbare, frei
über dem klassierenden Abzug endende Welle angeordnet; ist, die mit speziell ausgebildeten
Rührarmen versehen ist.
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Direkt an der Welle, unmittelbar über dem Anströmboden, sind ein oder
mehrere untere Rührarme und in einem Abstand darüber ein oder mehrere obere Rührarm
angebracht. Dazwischen sind auf der Welle selbst ein oder mehrere schräggestellte
oder spiralförmig ausgebildete Bleche angebracht, deren jeweils untere Kante der
oberen Kante vorauseilt, wodurch im unmitteilbaren Bereich der Welle, also im Zentrum
des Apparates, eine Feststoffströmung von unten nach oben erreicht wird.
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Erfindungsgemäß sind die unteren Rührarme so ausgebildet, daß an der
Welle in radialer Richtung ein Befestigungsstab angebracht ist, der bis zur zylindrischen
Begrenzungswand der Wirbelschicht reicht. An diesem Befestigungsstab sind ein oder
mehrere, gekrümmt als viert;elkreisausgebildete Bleche der Höhe H vertikal so angebracht,
daß die Krümmung zum Kreismittelpunkt zeigt und daß der Krämmungsmittelpunkt auf
dem Befestigungsstab liegt. Die gewölbten Bleche sind dabei an einem Ende direkt
am Befestigungsstab so angebracht, daß bei Drehung der Welle das unbefestigte Ende
des Vierbelkreises dem befestigten Ende nacheilt. Dadurch wird eine Kraft; auf die
Feststoffteilchen der Wirbeischicht ausgeübt, die unmittelbar über dem Anströmboden
die Feststoffteilchen auf spiralförmigen Bahnen zum Zentrum des Apparates hindriften
läßt. Am Ende der unteren Befestigungsstäbe sind senkrechte Stäbe angeordnet, an
denen unter einem Winkel von maximal 450 schräggestellte Leitbleche so befestigt
sind, daß bei Drehung der Welle ihre obere Kante in Richtung der Winkelgeschwindigkeit
ihrer unteren Kante vorauseilt. Durch diese
Anordnung wird eine
Kraft in vertikaler Richtung nach unten auf die Feststoffteilchen der Wirbelschicht
ausgeübt;, wodurch diese an der zylindrischen Apparatewand auf spiralförmigen Bahnen
nach unten driften.
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Im Gegensatz zu den unteren Rährarmen sind die oberen RührarmO 50
gestaltet, daß der entgegengesetzte Effekt eintritt.
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Dabei sind an einem oberen Befestigungsstab die gewölbten als Viertelkrois
ausgebildeten Bleche der Höhe ' vertikal so angebracht, daß ihr Krümmungsmittelpunkt
auf dem Befest;igungsstab liegt und ihre Krümmung zum Apparatemittelpunkt hinzeigt
und daß sie mit einer Seite direkt am Befestigungsstab so angebracht sind, daß beim
Drehen der Welle ihr freies Ende dem befestigten Ende vorauseilt. Dadurch wird am
oberen Ende der Wirbelschicht eine radiale Kraft nach außen auf die Feststoffteilchen
ausgeübt. An den Enden der Befestigungsstäbe zur Apparatewand hin ist Je ein senkrecht
nach unten stehender Stab angebracht, der ein oder mehrere unter einem Winkel von
maximal 450 schrägstehende Bleche trägt, die analog zu den Blechen an den senkrechten
Stäben der unteren Rührarme angebracht sind, wodurch eine vertikale Kraft von oben
nach unten auf die Feststoffteilchen in der Wirbeischicht ausgeübt wird.
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Es gehört weiterhin zur Erfindung, daß zwischen oberen und unteren
Rührarmen seitlich in den Apparat ein Flüssigkeitszuführungsrohr einmündet, das
in einer nach unten gerichteten Düse endet.
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Weiterhin ist es Bestandteil der Erfindung, daß der Anströmboden des
Wirbelschichtapparates so gestaltet ist, daß sein Öffnungsverhältnis in Abhang'igkeit
von den erzeugten Granulatdurchmessern von einem minimalen äußeren zu einem maximalen
inneren Öffnungsverhältnis zunimmt, wobei das Verhältnis von maximalem zu minimalem
Öffnungsverhältnis ala Funktion des Granulatdurchmessers b = 405 . dK 0,768 festgelegt
ist, wobei dK der maximale eilchen in der Dimension m ist.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die drehbare Welle als Hohlwelle
ausgebildet ist und eine oder mehrere Düsen direkt an
der Unterkante
der oberen Rührarme angebracht und durch eine Leitung mit der Hohlwelle verbunden
sind. Dabei bilden sowohl die an der Welle angebrachten Leitbleche als auch die
an den senkrechten Stäben befestigten Leitbleche eine geschlossene Spirale.
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Es ist weiterhin Bestandteil der Erfindung, daß der Abstand zwischen
Unt;erkante der oberen Rübrarme und Oberkante der unteren Rührarme größer als 15
Granulat;durchmesser ist.
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Erfindungsgemäß funktioniert die Vorrichtung so, daß durch die Anordnung
der an der zentralen Welle angebrachten Rührarme sowie von Leitblechen auf die Feststoffteilchen
in der Wirbelschicht solche Kräfte ausgeübt; werden, daß sich eine Feststoffströmung
ergibt, die einen Weg der Feststoffteilchen am Rande der Wirbelschicht nach unten,
danach unmittelbar über den Anströmboden in radialer Richtung direkt zum klassierenden
Abzug hin und im Zentrum der Wirbelschicht wieder von unten nach oben bis zur Oberfläche
der Schicht und dort wieder in radialer Richtung nach außen ergeben. Durch diesen
kontinuier lichen Feststoffkreislauf und die Anordnung der Düsen in der Mitte zwischen
aufsteigender und abfallender Feststoffst;römung wird der überraschende Effekt erzielt,
daß bei hoher Ausnutzung des Trocknungspotentials des Gases trotzdem gewahrleistet
wird, daß nur trockene Teilchen in den klassierenden Abzug gelangen, da alle Feststoffteilchen,
die aus dem Apparat austreten, erst in radialer Richtung unmittelbar über dem Anströmboden
von außen nach innen geführt und somit scharf nachgetrocknet werden.
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Dieser Effekt wird durch die Gestaltung des Anströmbodens mit sich
nach innen vergrößerndem Öffnungsverhältnis noch wesentlich verbessert. Die Anordnung
der Düsen in der Grenzzone zwischen aufsteigenden und herabfallenden Feststoffteilchen
hat eine optimale Verteilung der Flüssigkeit auf alle Feststoffteilchen, und zwar
proportional zu ihrer Oberfläche zur Folge, wodurch Havarie fälle infolge Verkleben
der Schicht weitestgehend ausgeschlossen werden.
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Durch die Anordnung von oberen und unteren Rührern sowie der Leitbleche
kommt es weiterhin zu dem überraschenden Effekt, daß die Wirbelschicht unter Granulationsbedingungen
auch in
der Nähe und sogar unterhalb des Wirbelpunktes stabil betrieben
werden kann, was mit allen herkömmlichen Vorrichzungen nicht der Fall ist.
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Dieser Effekt tritt auch bei beliebigen Schichthöhen der Wirbelschicht
auf.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
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Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in der Fig. 1 Prinzipschema der
Vorrichtung Fig. 2 Schnitt A-A der Fig. 1 Fig. 3 Schnitt B-B der Fig. 1.
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Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Wirbelschichtapparat
1 mit einem Durchmesser von 600 mm, dessen Anströmboden 2 in der Mitte mit einem
klassierenden Abzug 3 mit einem Durchmesser von 100 mm versehen ist. Der klassierende
Abzug 3 wird nach unten durch ein Feststoffabförderorgan 5 begrenzt, wobei zwischen
Feststoffabförderorgan 5 und oberen Ende des klassierenden Abzuges 3 ein Gaszuführungsrohr
4 angeordnet ist.
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Genau in der Apparateachse befindet sich eine drehbare Welle 6, die
unmittelbar über der Öffnung des klassierenden Abzuges 3 frei endet, An dieser Welle
6 sind unmittelbar über dem Anströmboden 2 vier untere Rührarme 7 befestigt. In
einem Abstand von 600 mm sind vier obere Rührarme 8 um 450 gegen die unteren Rührarme
versetzt an der drehbaren Welle 6 befestigt.
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Auf der Welle 6 selbst sind im Abstand von je 200 mm vom unteren bzw.
oberen Rührarm 7, 8 je vier schräggestellte Bleche 9 im Winkel von 450 90 angebracht,
daß die jeweils untere Kante des Bleches 9 in Drehrichtung der Welle 6 der oberen
Kante vorauseilt. Die unteren Rührarme 7 sind so ausgebildet, daß auf der zentralen
Welle 6 vier Befestigungsstäbe 10 in radialer Richtung um je 90 Grad gegeneinander
versetzt angebracht sind und bis zum äußeren Rand des Apparates 1 reichen. An diesen
Befestigungsstäben 10 sind je 2 viertelkreisgekrümm.ausgebildete, vertikal angeordnete
Bleche 11 der Höhe 80 mm angebracht. Der Krümmungsradius dieser Blecbe 11 beträgt
80 mm
(innen) und 150 mm (außen), und die Bleche 11 sind so angebracht,
daß der Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Befestigungsstabes 10 liegt. Die
Krümmung zeigt zur Apparateachse hin. Das eine Ende der vertikal angeordneten Bleche
11 ist direkt aa dem Befestigungsstab 10 so befestigt, daß sein freies Ende dem
befestigten Ende in Drehrichtung der Welle 6 nachläuft und daß am Ende des Befestigungsstabes
10 Jeweils ein senkrechter Stab 12 angebracht ist;, an dem maximal 45° schräggestellte
Leitbleche 13 so befestigt sind, daß ihre obere Kante in Richtung der Winkelgeschwindigkeit
der unteren Kante der Drehung der Welle 6 vorauseilt, während im Gegensatz die oberen
Rührarme 8 so ausgebildet sind, daß sie im Schnitt B-B ein um 450 versetztes Spiegelbild
der unteren Rührarme 7 ergeben, wobei an den Befestigungsstäben 14 viertelkreisgekrümmt
ausgebildete, vertikal angeordnete Bleche 15 der Höhe H und nach unten vertikal
angeordnete Stäbe 16 angebracht sind, die ein oder mehrere unter einem Winkel von
maximal 45° schräggestellte Bleche 17 tragen. Unmittelbar unter den oberen Rührarmen
7 führt seitlich ein Flüssigkeitszuführungsrohr 19 in den Wirbelsohichtapparat 1,
das in einer nach unten gerichteten Düse 18 endet. Diese Düse 18 ist so angebracht,
daß sich ihre Öffnung 150 mm von der zentralen Achse des Apparates befindet.
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Das Öffnungsverhältnis des Anströmbodens 2 ist in 2 Stufen unterteilt.
Die äußere Kreisringfläche hat dabei einen Außendurchmesser von 600 und einen Innendurchmesser
von 300 mm.
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Das Öffnungsverhält;nis dieser Kreisringfläche beträgt bei einem Bohrungsdurchmesser
von 2 mm '9°: = 0,06. Das diSnungsverhältnis des inneren Kreisringes mit einem Außendurchmesser
von 300 mm und einem Innendurchmesser von 100 mm beträgt bei einem Bohrungsdurchmesser
von 1,5 mm 22 = 0,11. Es sollen Fest;stoffgranulate aus einer Suspension mit; einem
Wassergehalt von 18 % und einem Zieldurcbmessgr von 5 mm erzeugt werden. Der Fest
stoff in der Suspension ist Eiweiß.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 - Wirbelschichtapparat
2 - Anströmboden 3 - klassierender Abzug 4 - Gaszuführungsrohr 5 - Festst;offabförderorgau
6 - drehbare Welle 2 - unterer Rührarm 8 - oberer Rührarm 9 - schräggestellte oder
spiralförmig ausgebildete Bleche 10 - Befestigungsstab 11 - Viertelkreisgekrümmt;
ausgebildete Bleche des unteren Rührarms 12 - senkrechter Stab 13 - schräggestellte
Leitbleche 14 - Befestigungsstab 15 - viertelkreisgekrümmt ausgebildete Bleche des
oberen Rührarms 16 - senkrechter Stab 17 - schräggestellte Leitbleche 18 - Düse
19 - Flüssigkeitszuführungsrohr H', H - Höhe der Bleche a - Abstand unterer und
oberer Rührarm dK m - maximaler Teilchendurchmesser # - Öffnungsverhältnis
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