DE3517511A1

DE3517511A1 - Kuehlungskristallisationsturm fuer zucker-magma

Info

Publication number: DE3517511A1
Application number: DE19853517511
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Matusch
Original assignee: Selwig & Lange GmbH
Current assignee: Selwig & Lange GmbH
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-20
Also published as: DE3517511C2; EP0201629B1; EP0201629A2; EP0201629A3; DE3579811D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlungskristallisationsturm für Zucker-Magma, bestehend aus

- einem stehenden zylindrischen Behälter mit oben liegendem Magma-Eintritt und unten liegendem Magma-Austritt ;

- den Behälter in Kammern unterteilenden Etagenböden in Form eines sich nach unten verjüngenden Konus mit

einer Magma-DurchtrittsÖffnung;

- einem gesteuerten Ventil zum Verschließen bzw. Öffnen der genannten Magma-Durchtrittsöffnung;

- einem in jeder Kammer vorgesehenen, von einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscher;

- in jeder Kammer angeordneten Umwälzelementen, die

an einer Hubeinrichtung befestigt sind, deren Antrieb eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung der Hubeinrichtung erzeugt; und aus - einem in jeder Kammer angeordneten Magma-Einlauf und einem Magma-Überlauf, der so hoch liegt, daß der Magma-Spiegel jeweils oberhalb des Wärmetauschers liegtj und in den Magma-Einlauf der darunter liegenden Kammer mündet.

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Theodor-Heuss-Straße 2

D-3300 Braunschweig Bundesrepublik Deutschland

Telefon 0531-80079

Telex 09 52 620 gramm d

Telegrammadresse Patent Braunschweig

Eine derartige Ausführungsform ist durch die DE-PS 33 36 112 bekanntgeworden. Hier ist jeder Etagenboden in Form eines sich stark nach unten verjüngenden Konus ausgebildet, der einen zentrisch aufgesetzten Strömungskegel aufweist, um den die ringförmig ausgebildete Magma-Durchtrittsöffnung herumgeführt ist. In jeder Kammer sind Rührelemente angeordnet, die an Hubstangen befestigt sind, die von einem Antrieb beaufschlagt werden, der eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung der Hubstangen erzeugt. Die genannte Magma-Durchtrittsöffnung ist durch einen Ventildeckel·- bei der Aufwärtsbewegung der Hubstange geöffnet und bei deren Abwärtsbewegung geschlossen. Die Rührelemente bestehen aus um horizontale Schwenkachsen verschwenkbaren Klappen, die bei der Aufwärtsbewegung der Hubstange eine horizontale Stellung einnehmen und bei deren Abwärtsbewegung in eine angehobene Stellung verschwenkt werden, in der sie die Position von Propellerflügeln einnehmen. Die Klappen sind in Form von Kreisscheibensegmenten ausgebildet und in jeder Kammer an den Speichen eines radförmigen, horizontal an der Hubstange befestigten Kolbens angeordnet, der in einem rohrförmigen Zylinder geführt ist. Der Ventildeckel ist zylinderfÖrmig ausgebildet und an einer lotrecht verstellbaren Zwangsführung befestigt.

Bei dieser vorbekannten Ausführungsform wird in jeder einzelnen Kammer ein Zwangsumlauf des Zucker-Magmas erzielt, wobei die Schwenkklappen bei der Aufwärtsbewegung der Hubstange wie ein Kolben das Zucker-Magma verdrängen und ihm eine trombenförmige Kreislaufbewegung aufzwingen. Die in ihrer angehobenen Stellung die Position von Propellerflügeln einnehmenden Klappen erteilen dem Magma eine Rotationsbewegung, die sich der trombenförmigen

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Kreislaufbewegung überlagert. Der Wärmetauscher besteht bei dieser vorbekannten Einrichtung aus konzentrischen, zwischen sich einen lichten Radialabstand aufweisenden Ringen. Im Zentrum dieser Kühlringe ergibt sich eine Art Zirkulationsrohr, in dem die Hubstange mit den angelenkten Klappen eine Pumpwirkung ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs beschriebenen Kühlungskristallisationsturm die Umwälzung des Magma in jeder Kammer zu verbessern und gleichzeitig zu vereinfachen. :

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher jeder Kammer aus mehreren, in Umfangsrichtung in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneten Kühlkammern besteht zwischen denen lotrechte Trennwände an-

die in

geordnet sind, die zugleich dazwischen liegende Kagma--Kammern bilden,/ Umfangsrichtung strömungsmäßig zur Bildung einer Zwangsführung des Magma miteinander verbunden sind, wobei in Strömungsrichtung des Magma gesehen die erste Magma-Kammer den Magma-Einlauf und die letzte Magma-Kammer den Magma-Überlauf aufweist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn zur Strömungsverbindung zwischen zwei Magma-Kammern jeweils abwechselnd auf einer Trennwand ein den maximalen Magma-Spiegel überragendes Trennblech und eine unterhalb derselben Trennwand angeordnete Magma-Zirkulationsöffnung vorgesehen sind, während die in Umf angsstromungsrichtung nachgeordnete Trennwand einen oberen Überlauf und ein unteres Trennblech aufweist, das diese Trennwand gegenüber dem Etagenboden vollständig abschließt.

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Vorzugsweise sind in jeder Kammer vier on Umfangsrichtung um jeweils 90° gegeneinander versetzt angeordnete Magma-Kammern vorgesehen, die von dem in diese Kammer eingeleiteten Magma nacheinander durchströmt werden müssen. Man erhält dadurch eine einwandfreie Zwangsführung in Umfangsrichtung, die - da das Magma abwechselnd unter einer Trennwand hindurch und dann über die nächste Trennwand hinweg fließen muß, überlagert wird von einer wellenförmigen Auf- und Abbewegung des Magma-Stromes. 10

Hierbei laßt sich die Kühlungskristallisation noch verbessern, wenn die Zwangsführung für das Kühlmedium der Zwangsführung für das Magma entgegengerichtet ist.

Durch die vorstehend erwähnten, eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung ausführenden Umwälzelementen wird dem Magma-Strom eine weitere Bewegungskomponente aufgezwungen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umwälz elemente jeder Kammer aus mehreren Plunger-Kolben bestehen, die in dem Ringraum zwischen einem äußeren und einem inneren Zylindermantel ihre Auf- und Abwärtsbewegung durchführen. Bei der Abwärtsbewegung der Plunger-Kolben ist die Magma-Durchtrittsöffnung in dem zugeordneten Etagenboden durch das vorstehend genannte gesteuerte Ventil geschlossen. Während dieser Phase wird das Magma-Niveau in der Kammer aufgrund der von den herabfahrenden Plunger-Kolben ausgeübten Verdrängerwirkung angehoben. Anschließend wird das genannte Ventil geöffnet; die Plunger-Kolben fahren wieder nach oben. Dadurch fließt das Magma durch den Wärmetauscher in den von den Plunger-Kolben freigegebenen Kolbenraum, so daß sich das Magma-Niveau in dieser Kammer wieder auf den Ausgangswert absenkt. Dadurch wird dem Magma zusätzlich eine trombenfÖrmige Kreislauf-

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bewegung aufgezwungen, zu deren Erzeugung keine verschwenkbaren Teile mehr erforderlich sind, so daß sich einerseits ein einfacher konstruktiver Aufbau und andererseits eine hohe Betriebssicherheit ergeben. 5

Sind in einer Etage des Turmes vier Magma-Kammern angeordnet, so sind in dieser Etage auch vier Plunger-Kolben angeordnet, die vorzugsweise alle an einer zentrischen Hubstange hängen, die zweckmäßig von einem Zylinderantrieb beaufschlagt werden kann.

Um ein Kurzschließen des in Umfangsrichtung geführten Magma-Stromes im Bereich der Plunger-Kolben zu verhindern, können zwischen den Plunger-Kolben stationäre Trennbleche angeordnet sein, die zugleich Führungen für das genannte Ventil tragen können.

Zur Verbesserung der Kühlungskristallisätior. ist es vorteilhaft, v/enn jede Kühlkammer aus konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten doppelwandigen Ringsegmenten besteht, die über die zugeordneten, hohl ausgebildeten Trennwände strömungsmäßig miteinander verbunden sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn für jede Kühlkammer ein jeweils unten liegender Kühlmedium-Eintritt und ein oben liegender Kühlmedium-Austritt vorgesehen sind, der mit dem in Umfangsrichtung entgegen der Magma-Zwangsführung benachbarten Kühlmedium-Eintritt oder aber mit dem ersten Kühlmedium-Eintritt des in der darüber liegenden Etage angeordneten Wärmetauschers verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn innerhalb jedes Ringsegmentes eine das Kühlmedium in abwechselnden Umfangsrichtungen von unten nach oben leitende Zwangsführung vorgesehen ist.

Während also das Zuckermagma denKühlungskristallisationsturm von oben nach unten durchläuft und dabei in den ein-

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zelnen Etagen jeweils ζ. B. entgegen dem Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung zwangsgeführt wird, durchströmt das Kühlmedium die hintereinander geschalteten Wärmetauscher des Kühlungskristallisationsturms von unten nach oben, wobei das Kühlmedium in den einzelnen Etagen bei dem genannten Beispiel im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung zwangsgeführt wird, Es sind also nicht nur alle Wärmetauscher, sondern auch die einzelnen Kühlkammern jeder Etage in Reihe geschaltet. Da das Kühlmedium überdies in den Ringsegmenten jeder einzelnen Kühlkammer in horizontal liegenden Schlangenlinien von unten nach oben geführt wird, ergibt sich eine für die Kristallisation optimale Wärmeübertragung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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In der Zeichnung ist einer als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1: einen Kühlungskristallisationsturm im

Längsschnitt ; und

Figur 2 : einen Querschnitt durch den Turm gemäß

Figur 1 in vergrößertem Maßstab. 10

Der dargestellte Kühlungskristallisationsturm besteht aus einem stehenden zylindrischen Behälter 1 mit einem nicht dargestellten oben liegenden Magma-Eintritt und einem ebenfalls nicht näher dargestellten unten liegenden Magma-Austritt. Der Behälter 1 ist in einzelne Etagen bzw. Kammern 4 unterteilt durch Etagenböden 5, die jeweils die Form eines sich nach unten verjüngenden Konus aufweisen, der über eine ringförmige Magma-Durchtrittsöffnung 6 in einen zentrischen Strömungskegel 8 übergeht. Die Magma-Durchtrittsöffnung 6 ist über ein Ringventil 7 verschließbar, das über einen Hydraulikantrieb 9 gesteuert wird.

in jeder Etage bzw. Kammer 4 des Kühlungskristallisationsturmes ist ein von einem Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, durchströmter Wärmetauscher 15 vorgesehen, der gemäß Ausführungsbeispiel aus vier in Umfangsrichtung um jeweils 90° gegeneinander versetzt angeordneten Kühlkammern 15a, 15b,15c,l5d besteht, die zwischen sich lotrechte Trennwände 27 für dazwischen liegende Magma-Kammern 4a,4b,4c,4d bilden. In jeder Magma-Kammer 4a,4b,4c,4d ist ein Plunger-Kolben 11 angeordnet, so daß bei dem Ausführungsbeispiel in jeder Turmetage vier Plunger-Kolben 11 vorgesehen sind. Diese

sind über Speichen 12 an einer zentrischen Hubstange 10 befestigt, die über einen Zylinderantrieb 13 eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung erhält.

Zur Erzeugung eines Zwangsumlaufs des Magma in Umfangsrichtung jeder Turmetage weist die in Strömungsrichtung 29 des Magma gesehen erste Magma-Kammer 4a einen Magma-Einlauf 16 und die letzte Magma-Kammer 4d einen Magma-Überlauf 17 auf, der in den Magma-Einlauf der darunter liegenden Kammer mündet, was in der Zeichnung nicht mehr dargestellt ist. Auf der ersten, dritten und vierten Trennwand 27 ist jeweils ein Trennblech 18 angeordnet, das den maximalen Magmaspiegel b überragt. Unterhalb der ersten und dritten Trennwand 27 ist eine Magma-Zirkulationsöffnung 20 vorgesehen (s. in Figur 1, links, die zweite Etage von oben), die im Ausführungsbeispiel durch ein eine entsprechende Durchtrittsöffnung zum Etagenboden 5 freilassendes unteres Trennblech 19 gebildet ist. Bei der zweiten Kühlkammer 15b weist die Trennwand 27 auf ihrer Oberseite kein Trennblech auf, kann hier also von dem Magma überflössen werden. Jedoch ist die zweite Kühlkammer 15b ebenso wie die vierte Kühlkammer 15d auf der Unterseite ihrer zugeordneten Trennwände 27 gegenüber dem Etagenboden 5 durch ein unteres Trennblech 19 vollständig abgeschlossen. Das durch den Einlauf 16 zugeführte Magma strömt somit durch die erste Magma-Kammer 4a in Umfangsrichtung, strömt dann unterhalb der ersten Trennwand 27 durch die Magma-Zirkulationsöffnung 20 hindurch in die zweite Magma-Kammer 4b, von dieser über einen oberen überlauf 21 über die zweite Trennwand 27 hinweg in die dritte Magma-Kammer 4c und von dieser unter der vierten Trennwand 27 hindurch in die vierte Magma-Kammer 4d und von dort in den überlauf 17.

das

Insbesondere Figur 1 läßt erkennen, daß/als Rohrzylinder ausgebildete Ringventil 7 den äußeren Zylindermantel für die Plunger-Kolben 11 bildet, während der innere Zylindermantel für diese Kolben durch ein zylindrisches Rohr 14 gebildet ist, das sich nach oben an den zentrischen Strömungskegel 8 anschließt und Führungen 22 für die zentrische Hubstange 10 aufweist. Zwischen den Plunger-Kolben 11 sind stationäre Trennbleche 23 angeordnet, die Führungen 24 für das Ringventil 7 tragen.

In Figur 1 sind die Plunger-Kolben 11 in den beiden oberen Etagen in ihrer angehobenen und in den beiden unteren Etagen in ihrer abgesenkten Stellung dargestellt. Dies dient nur zur besseren Anschauung und entspricht nicht den tatsächlichen Verhältnissen, da alle Plunger-Kolben 11 an der zentrischen Hubstange 10 befestigt sind, also immer die gleiche Stellung einnehmen. Während in der obersten Etage bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Ringventil 7 noch geöffnet ist, zeigt die zweite Etage von oben ein bereits geschlossenes Ringventil 7, das beim Heruntergehen der Plunger-Kolben 11 geschlossen bleibt (dritte Etage von oben), um dann geöffnet zu werden, bevor die Plunger-Kolben 11 wieder hochgezogen werden (s. die Darstellung für die unterste Etage).

Der Magma-Überlauf 17 liegt jeweils so hoch, daß der Magma-Spiegel a,b jeweils oberhalb des Wärmetauschers 15 liegt. Befinden sich die Plunger-Kolben 11 in ihrer

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obersten Stellung, sinkt der Magma-Spiegel auf das Niveau a ab; befinden sich die Plunger-Kolben 11 in ihrer unteren Totpunktstellung,erreicht der Magma-Spiegel seinen höchsten Wert b.
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Jede Kühlkammer 15a,15b,15c,15d besteht aus konzentrisch in Abständen voneinander angeordneten doppelwandigen Ringsegmenten 28, die in Figur 2 lediglich für die erste Kühlkammer 15a schematisch angedeutet sind. Diese wasserführenden Ringsegmente 28 sind über die zugeordneten, ebenfalls hohl ausgebildeten Trennwände 27 strömungsmäßig so miteinander verbunden, daß innerhalb jedes Ringsegmentes 28 das Kühlmedium von einem Kühlmedium-Eintritt 25 über horizontal übereinander angeordnete Schlangenlinien das Ringsegment in abwechselnden Umfangsrichtungen von unten nach oben zu einem Kühlmedium-Austritt 26 durchströmt. Letzterer ist mit dem in Umfangsrichtung entgegen der Magma-Zwangsführung 29 benachbarten Kühlmedium-Eintritt 25 verbunden, während der KühlmediumAus tritt 26 der letzten Kühlkammer 15d mit dem Kühlmedium-Εintritt 25 der ersten Kühlkammer 15a des in der darüber liegenden Etage angeordneten Wärmetauschers 15 verbunden ist. Das unten in den Kühlungskristallisationsturm eintretenden Kühlmedium durchströmt also den Turm von unten nach oben, wobei sämtliche Kühlkammern in Reihe hintereinander geschaltet sind. Das Kühlmedium wird somit in jeder Etage nicht nur in Umfangsrichtung zwangsgeführt, sondern innerhalb jeder Etage in jeder Kühlkammer auch noch von unten nach oben, wobei das Kühlmedium auf diesem Weg aufgrund der vorgesehenen Schlangenlinien einen langen Weg zurückzulegen hat. Insgesamt fließt also das Kühlmedium bezogen auf den Magma-Strom in entgegengesetzter Richtung.

Gr/bk

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Claims

Patentansprüche:

1. Kuhlungskristallisationsturm für Zucker-Magma, bestehend aus

- einem stehenden zylindrischen Behälter (1) mit oben liegendem Magma-Eintritt und unten liegendem Magma-Austritt;

- den Behälter (1) in Kammern (4) unterteilenden Etagenböden (5) in Form eines sich nach unten

verjüngenden Konus mit einer Magma-Durchtrittsöffnung (6 ) ;

- einem gesteuerten Ventil (7) zum Verschließen bzw. Öffnen der genannten Magma-Durchtrittsöff-

1 5 nung (6);

- einem in jeder Kammer (4) vorgesehenen, von einem Kühlmedium durchströmten Wärmetauscher (15);

- in jeder Kammer (4) angeordneten Umwälzelementen (11), die an einer Hubeinrichtung (10,12) befestigt sind, deren Antrieb (13) eine in vertikaler Richtung oszillierende Bewegung der Hubeinrichtung (10,12) erzeugt; und aus

- einem in jeder Kammer (4) angeordneten Magma-Einlauf (16) und einem Magma-Überlauf (17), der so hoch liegt, daß der Magma-Spiegel (a,b) jeweils

oberhalb des Wärmetauschers (15) liegtjund in den

Theodor-Heuss-Straße 2 Telefon 0531-80079

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Magma-Einlauf (16) der darunter liegenden Kammer (4) mündet;

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (15) jeder Kammer (4) aus mehreren, in Umfangsrichtung in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneten Kühlkammern (15a, 15b,15c,15d) besteht, zwischen denen lotrechte Trennwände (27) angeordnet sind, die zugleich dazwischen liegende Magma-Kammern (4a,4b,4c,4d) bilden, die in Umfangsrichtung strömungsmäßig zur Bildung einer Zwangsführung des Magma miteinander verbunden sind, wobei in Strömungsrichtung (29) des Magma gesehen die erste Magma-Kammer (4a) den Magma-Einlauf (16) und die letzte Magma-Kammer (4d) den Magma-Überlauf (17) aufweist.

2. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strömungsverbindung zwischen zwei Magma-Kammern (4a,4b,4c,4d) jeweils abwechselnd auf einer Trennwand (27) ein den maximalen Magma-Spiegel (b) überragendes Trennblech (18) und eine unterhalb derselben Trennwand angeordnete Magma-Zirkulationsöffnung (20) vorgesehen sind, während die in Umfangsströmungsrichtung (29) nachgeordnete Trennwand (27) einen oberen überlauf (21) und ein unteres Trennblech (19) aufweist, das diese Trennwand gegenüber dem Etagenboden (5) vollständig abschließt.

3. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühlkammer (15a,15b,15c, 15d) aus konzentrisch im Abstand voneinander angeordne-0 ten doppelwandigen Ringsegmenten (28) besteht, die über die zugeordneten, hohl ausgebildeten Trennwände (27) strömungsmäßig miteinander verbunden sind.

4. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung für das Kühlmedium der Zwangsführung für das Magma entgegengerichtet ist.

5. Kühlungskristallisationsturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Etagenboden (5) einen zentrischen Strömungskegel (8) aufweist, der von der ringförmig ausgebildeten Magma-Durchtrittsöffnung (6) umschlossen ist.

6. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein in Form eines Rohrzylinders ausgebildetes Ringventil (7) für die Magma-Durchtrittsöff-5 nung (6 ) .

7. Kühlungskristallisationsturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung aller Ventile (7) über einen Hydraulikantrieb

2.0 (9) erfolgt.

8. Kühlungskristallisationsturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzelemente jeder Kammer (4) aus mehreren Plunger-Kolben

(11) bestehen.

9. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringventil (7) den äußeren Zylindermantel für die Plunger-Kolben (11) bildet.

10. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylindermantel für die Plunger-Kolben (11) durch ein zylindrisches Rohr (14) gebildet ist, das sich nach oben an den zentrisehen Strömungskegel (8) anschließt.

11. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (10,12) für alle Plunger-Kolben (11) eine zentrische Hubstange

(10) aufweist, die in dem zylindrischen Rohr (14) geführt (22) ist.

12. Kühlungskristallisationsturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (13) für die Hubeinrichtung (10,12) ein Zylinderantrieb ist.

13. Kühlungskristallisationsturm nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Plunger-Kolben stationäre Trennbleche (23) angeordnet sind.

14. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennbleche (23) Führungen

(24) für das Ringventil (7) tragen.

15. Kühlungskristallisationsturm nach einem der Ansprüche

3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Kühlkammer (15a,15b,15c,15d) ein jeweils unten liegender Kühlmedium-Eintritt (25) und ein oben liegender Kühlmedium-Austritt (26) vorgesehen sind, der mit dem in Umfangsrichtung entgegen der Magma-Zwangsführung benachbarten Kühlmedium-Eintritt (25) oder aber mit dem ersten Kühlmedium-Eintritt (25) des in der darüber liegenden Etage angeordneten Wärmetauschers (15) verbunden ist. 10

16. Kühlungskristallisationsturm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Ringsegmentes (28) eine das Kühlmedium in abwechselnden Umfangsrichtungen von unten nach oben leitende Zwangsführung vorgesehen ist.

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