DE3815726A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von stoffen und stoffgemischen im fliess- oder wirbelbett - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von stoffen und stoffgemischen im fliess- oder wirbelbettInfo
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Description
Viele moderne physikalische und chemische Prozesse mit Energie-(Wärme) und Stoffübergang wie
Mischen und Trennen, Erwärmen und Kühlen, Trocknen, Befeuchten, Adsorbieren und Desor
bieren, pyrolytische und katalytische Reaktionen usw. bedienen sich der Fließbett- oder
Wirbelschicht-Technik, bedingt durch den relativ guten Wärmeaustausch zwischen Gasphase und
Feststoffpartikeln, der hohen Wärmekapazität, ausgeglichener und einstellbarer Temperaturkon
stanz sowie einer intensiven Feststoffverteilung sowohl radial als auch axial und damit sehr
einheitlicher Bettzusammensetzung.
Darüber hinaus sind Wirbelbettreaktoren im allgemeinen einfach in ihrer Konstruktion, wobei der
Druckverlust in der Wirbelschicht praktisch unabhängig vom Gasdurchfluß ist und die Anfahr- und
Abstellzeiten äußerst kurz sind. Schließlich ist die Prozeßregulierung über die Material-Durch
satzkontrolle schnell und einfach durchführbar.
Nachteilig erweist sich beim Fließ- bzw. Wirbelbett, aber auch beim gasdurchströmten, ruhenden
oder schwach gewirbelten Bett, die Möglichkeit des Teilchenabriebs, der unerwünschte Fest
stoffaustrag bei zu hohen Gasdurchsätzen oder zu niedrigen Feststoffkonzentrationen, und damit
verbunden die Notwendigkeit des Einsatzes ausschließlich homogener Teilchengrößen. Negative
Kriterien sind weiter die Bildung von Blasenzonen, von Gassen und Strähnen im Material, insbes.
bei einstufiger Verfahrensweise, eine schlechte radiale Gasverteilung sowie schließlich eine
mangelhafte Energieausbeute bzw. ungeregelter Energieübergang bei großtechnischen Anlagen.
Wärme- bzw. Energie- und Stoffaustausch sowie die Beherrschung großvolumiger Maßstäbe sind
daher auch heute noch immer nicht gelöste Probleme.
Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang solche Reaktionen oder Prozesse, bei
denen allein durch thermische Energie eine Stoffbeeinflussung (Umwandlung) angestrebt wird, wie
beispielsweise bei Hydratisierungen, Dehydratisierung, Calcinierung, Spaltung, ganze oder par
tielle Entwässerung (Trocknung) usw. oder aber auch stoffliche Veränderungen wie Aktivierung,
Inaktivierung oder Zerstörung unerwünschter Begleitstoffe wie Giftstoffe, Keimträger, Ge
schmacks- und Geruchsstoffe u. a., wobei allein durch Einfluß von Wärmeenergie, ggf. in Ver
bindung mit spezifisch ausgewählten, wirksamen Fluidisierungsgasen oder -gasgemischen, die
Stoff- bzw. Materialveränderung erfolgt.
Da die aufzubringende Wärmeenergie in diesen und ähnlichen Fällen die Wirtschaftlichkeit von
Fließbett- und Wirbelbettanlagen großer Volumenkapazität bestimmt, ist der Grad der
Wärmeenergie-Ausbeute beim Übergang Wirbelschicht/Wärmeaustauschfläche bzw.
Wärmeübergang vom Gas zu den Feststoffpartikeln (und umgekehrt) von allergrößter Bedeutung.
Die bei der Behandlung im Wirbel- bzw. Fließbett, aber auch im gasdurchströmten, ruhenden oder
schwach aufgewirbelten Bett, benötigte - aber auch frei werdende - Wärmemenge, verändert
(vermindert) um einen Material- und Stoff-Wert, der für das jeweilige Verfahren und Material
spezifisch ist und insbes. eine Funktion der Anlagenaufheizung, Verdampfung, Kondensation,
Reaktionswärmen (Enthalpieverlagerung) darstellt, muß dem Bett auf geeignete Weise zugeführt
oder auch - verfahrensbedingt - abgeführt werden.
In den meisten Fällen kann dies durch indirekten Wärmeaustausch mit Hilfe des Zweiphasensy
stems Wasser/Dampf oder - bei Temperaturen oberhalb 350°C - durch einen Salzschmelzekreislauf
erfolgen.
Besonders bei Bett-Temperaturen über 80 bis ca. 180°C ist überhitzter Wasserdampf der
gebräuchlichste Wärmeträger, sowohl für endotherme Reaktionen mit Wärmezufuhr als auch für
exotherme Reaktionen mit (erforderlicher) Wärmeabfuhr. Dabei erfolgt der Wärmeübergang vom
Dampf zum Behandlungsgut - und umgekehrt - meist über als Hohlkörper ausgebildete Böden
(Doppelböden), die das Bett tragen und über die die Fluidisierung erfolgt. Dampf bzw. Kondensat
wird außerhalb der Anlage regeneriert.
Zusätzlich zum indirekten Wärmeaustausch über den dampfbeheizten Boden ist es gelegentlich
erforderlich, auch durch das Wirbelgas selbst, d. h. durch direkten Wärmeaustausch, das im Prozeß
benötigte - oder auch abzuführende - Energieäquivalent einzustellen. Dies gilt insbes. für
mehrstufige Wirbelschichten, z. B. der Trocknung in der Wirbelschicht bzw. der
Materialentwässerung, oder auch bei der Einstellung eines definierten Wassergehalts, speziell bei
wärmeempfindlichen Produkten der pharmazeutischen Industrie, der Nahrungs-, Genuß- und
Futtermittel-Herstellung usw.
Es ist bekannt, daß viele im Wirbel- oder Fließ- oder ruhenden, gasdurchströmten, ein- oder
mehrstufigen Bett durchgeführte Behandlungen von Schüttgütern eine relativ niedrige Ener
gieausbeute aufweisen, daß Überhitzungen der vielfach temperaturempfindlichen Stoffe zu Pro
duktzersetzung oder -abbau führen und daß der apparative Aufwand derart groß ist, daß die an sich
in vieler Hinsicht erwünschte Wirbelbett-Technologie in Frage gestellt ist. Dies ist vor allem dann
der Fall, wenn mehrere Wirbelbetteinrichtungen hintereinander herangezogen werden, um die
Mängel des ersten Betts durch weitere Behandlungszonen auszugleichen.
Die Anordnung mehrerer Wirbelbettzonen hintereinander wird z. B. in der DE-OS 21 01 143 be
schrieben, die eine Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Behandlung von körnigem Gut
zum Gegenstand hat, bei der eine Wirbelbettzone mit geneigtem Boden unter diesem verschiedene
Zonen aufweist, über die unterschiedliche Mengen von unterschiedlich temperiertem Wirbelgas
eingeführt werden können. Über ein Wehr kann die Verweilzeit des Materials in der Wirbelzone
variiert werden. Hier liegt somit zwar nur ein Wirbelbett vor, es ist jedoch eine Hintereinander
schaltung von Temperaturstufen vorgesehen, die praktisch einem Mehrbettsystem gleichkommen.
Die EP-A-0 052 218 schlägt zur Verarbeitung von Sojabohnen vor, diese in zwei hintereinander
angeordneten Wirbelbetten unterschiedlichen Temperaturen auszusetzen, bevor sie weiterverar
beitet bzw. im speziellen Falle gebrochen werden.
Aus der DE-A-33 05 168 ist eine Apparatur zur Konditionierung von Sojabohnen bekannt, die aus
einem an sich bekannten Fließbettapparat mit in seinem Reaktionsraum eingebauten beheizbaren
Wärmeaustauschern besteht. Durch Luft fluidisiert, durchwandert das Material die Einbettzone und
wird dabei auf 55-75°C erwärmt.
Die DE-A-23 39 908 betrifft ebenfalls eine Fließ- bzw. Wirbelbett-Anlage mit horizontalem Mate
rialfluß in zwei hintereinander geschalteten Zonen mit Gas oder Gas-Dampf-Gemisch als fluidisie
rendes Medium, wobei Gas oder Dampf in unterschiedlichen Zonen zur Anwendung kommen.
Alle diese Verfahren und Vorrichtungen besitzen den Nachteil einer sehr geringen (Wär
me-) Energieausbeute, einer immensen Platzbeanspruchung - bei horizontaler Nacheinander
schaltung mehrerer Wirbeleinheiten - sowie einer wenig bzw. nicht befriedigenden Materialbeein
flussung entweder durch Überhitzung oder durch zu geringe Spezifizierung, d. h.
Variationsmöglichkeit der Materialbeeinflussung, wodurch vielfach wertvolle Inhaltsstoffe ver
lorengehen oder die gewollte Zerstörung schädlicher Inhaltsstoffe nur unvollkommen erreicht wird.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Schüttgütern zwecks
Veränderung oder auch Stabilisierung der rheologischen Eigenschaften im Wirbel-, Fließ- oder
ruhenden, gasdurchströmten Bett. Dabei handelt es sich um Prozesse der Materialtrocknung bzw.
Einstellung eines bestimmten Feuchtigkeitsgehalts, um Sterilisierung und/oder Konditionierung,
Beeinflussung des Fließverhaltens usw. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Wirbel- oder
Fließbettverfahren - aus Gründen der Vereinfachung wird im nachfolgenden vorwiegend vom
Wirbel- oder Fließbett gesprochen, was jedoch das ruhende bzw. schwach gewirbelte Bett nicht
ausschließt - zur thermischen Konditionierung von öl-, fett-, protein- und/oder stärkehaltigen
Naturstoffen, die für die Gewinnung von Futtermitteln, pflanzlichen Fetten und Ölen, Nahrungs- und
Genußmitteln, Stärke und Eiweiß u. a. herangezogen bzw. verarbeitet werden.
Wenn auch die Erfindung im nachfolgenden beispielhaft an der sogenannten Konditionierung von
Saatgut, insbesondere der thermischen Vorbehandlung von Sojabohnen für die Ölgewinnung und
Futtermittelherstellung oder für die Nachbehandlung von Extraktionsrückstand beschrieben wird,
so ist sie doch bei einer Vielzahl anderer "pretreatment"-Prozesse anwendbar, insbes. bei der
Behandlung natürlich vorkommender Rohstoffe, bei denen eine Einstellung des Feuchtigkeitsge
halts, Änderung der rheologischen Eigenschaften usw. bei erhöhter Temperatur und ggf.
Wasserdampfatmosphäre erforderlich ist.
Dies gilt z. B. für die große Gruppe der Rohmaterialien zur Speiseölgewinnung, wie Sojabohnen,
Raps, Sonnenblumensamen, Leinsaat, Palmkerne, Kopra u. a., die einen ihrem hygroskopischen
Gleichgewicht entsprechenden Wassergehalt aufweisen, der z. B. bei Raps 12%, bei Sojabohnen
13% und bei Leinsaat 10,5% beträgt.
Während der Lagerung dieser Naturprodukte besteht immer die Gefahr, daß - in Abhängigkeit vom
Wassergehalt - Mikroorganismen wie Schimmelpilze und Bakterien das Gut befallen und derart be
einflussen, daß die direkte Verwendung als Futtermittel oder als Rohstoff für die Öl- bzw. Fettgewin
nung in Frage gestellt ist. Es erfordert daher immer eine Reihe von Vorbehandlungen, um der
Verarbeitung ein optimal verwertbares Material zuzuführen.
Zu derartigen Vorbehandlungen gehört neben der Zerkleinerung, z. B. auf Walzenstühlen, Riffel
walzen, Walzenbrechern usw., die sogenannte thermische Konditionierung, bei der das Gut in
geeigneten Apparaten vorgewärmt, angefeuchtet und evtl. "gekocht" wird. Diese Vorwärmung
führt, sofern in Gegenwart von Wasserdampf oder Heißwasser gearbeitet wird, zu einer Quellung
des Materials, so daß das verholzte Gewebe erweicht. Außerdem kann sich der Zellinhalt derart
ausdehnen, daß die Zellmembranen aufplatzen.
Temperatur und Feuchtigkeit werden bei dieser Vorwärmung bzw. Konditionierung so gesteuert,
daß Eiweißstoffe und ggf. Pektin koagulieren. Weiter werden bei Temperaturen von 70-80°C, in
bestimmten Fällen, wie z. B. bei Sojabohnen, auch bei über 100°C, lipatische Enzyme und
Schimmelsorten inaktiviert bzw. zerstört. Die Temperatur der Konditionierung ist jedoch nach oben
begrenzt, weil bei allzu starker Denaturierung der Proteine der Nährwert, z. B. für die Viehfütterung
abfällt. Umgekehrt werden gerade bei hohen Temperaturen giftige Begleitstoffe zerstört oder
komplex gebunden.
In der Praxis werden für die sogenannte thermische Konditionierung bzw. Vorwärmung entweder
rohrartige, horizontal angeordnete Bündeltrockner verwendet, oder man bedient sich der soge
nannten Wärmepfannen. Diese entsprechen im Prinzip den ebenfalls bekannten Etagentrocknern,
in denen das Material von oben nach unten eine Vielzahl von Etagen durchläuft. Über Rühr- bzw.
Krälarme, die im allgemeinen mit Drehzahlen zwischen etwa 4 und 25 Umdrehungen/Minute
arbeiten, wird das Gut ständig bewegt und umgewälzt und durch Gangklappen von Boden zu Boden
geführt. Die Böden werden durch Dampf indirekt beheizt (Doppelböden). Möglichkeiten der
zusätzlichen Einbringung von Direktdampf sind ggf. vorhanden.
Die an sich in der Trocknungs- und Konditioniertechnologie seit vielen Jahren bewährten
Wärmepfannen und Etagentrockner leiden meist daran, daß der Energieverbrauch, im speziellen der
Dampfverbrauch für indirekte oder direkte Beheizung auch bei reinen Aufwärmprozessen,
verhältnismäßig hoch ist, so daß gelegentlich der Betrieb dieser Anlagen in Abhängigkeit vom
wirtschaftlichen Wert des behandelten Produkts in Frage gestellt ist. Dies liegt vor allem am
schlechten Wärmeübergang zwischen den Platten der indirekt beheizten Doppelböden und dem zu
behandelnden Material, wo Werte von 100 kcal/m2 Heizfläche/°C/h schon als optimal zu betrachten
sind.
Diese sogenannten Wärmeübergangszahlen von 100 kcal werden nur dadurch erreicht, daß der
Eingangs-Dampfdruck 10 ata und mehr beträgt. Über 10 ata bedeutet jedoch, daß Temperaturen
zwischen ca. 180 und 220°C vorliegen. Dies bedeutet aber ferner, daß keine Sicherheit gegeben ist,
daß die Rührarme über den Böden das Gut derart intensiv durchmischen, daß keine Überhitzung
(Kontakt des Materials mit dem heißen Eisen der Böden) des Materials und damit die Zerstörung
wertvoller Inhaltsstoffe stattfindet. Mit anderen Worten hat der Einsatz von Direktdampf, der an sich
ein relativ hohes Energieangebot durch direkten Wärmeübergang in das Material einbringt, gewisse
Nachteile zur Folge, die insbesondere in der thermischen Empfindlichkeit unterschiedlicher
Materialien gegen Überhitzung und der Kondensation des Dampfes im Behandlungsgut zu suchen
sind.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schonenden thermischen
Behandlung von insbesondere Feuchtigkeit bzw. erhöhten Wassergehalt aufweisenden
Schüttgütern, die darüber hinaus andere wertvolle Inhaltsstoffe besitzen, die gegen Überhitzung
empfindlich sind. Dabei sollen auch die energetischen Verhältnisse des Wärmeangebots an das
Material bzw. die Energiebilanz der Vorrichtung verbessert bzw. gesteigert werden. Dies gilt insbes.
für Trocknungsprozesse allgemeiner Art, aber auch für Prozesse zur Einstellung eines bestimmten
Feuchtigkeitsgehalts, ohne dabei wichtige Inhaltsstoffe zu zerstören oder abzubauen. Außerdem
sollen Mikroorganismen, Bakterien, Giftstoffe usw. so weit abgebaut werden, daß die Verwendung
der behandelten Materialien, z. B. in der Ernährungswirtschaft, Landwirtschaft, Öl- und Fettindu
strie usw., bedenkenlos erfolgen kann.
Zusammenfassend besteht die Aufgabe der Erfindung in Übereinstimmung mit dem vorstehend
Gesagten aus folgenden Einzelaspekten:
- (a) Verminderung des Energieverbrauchs bzw. Erhöhung der Energieausbeute gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen;
- (b) Verminderung des Raum- bzw. Platzbedarfs für Anlagen der genannten Art;
- (c) Optimierung des stofflichen und zeitlichen Verfahrensablaufs bei großvolumigen Anlagen;
- (d) schonende Behandlung und damit Erhaltung aller wertvollen Inhaltsstoffe im Material;
- (e) optimale Zerstörung bzw. Abbau unerwünschter Begleitstoffe.
Diese und weitere Teilaspekte, die aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, werden
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das zu behandelnde Material im kontinuierlichen Fluß in
einer Wirbelbettanlage mit einer Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Fluidisierungsstufen
durch eigene Schwerkraft in zeitlicher und thermischer Abstimmung dem Fluidisierungsmittel
entgegengeführt wird, derart, daß jede Wirbelstufe "n" als eigenständiges Wirbelbett wirksam wird.
Als Fluidisierungsmedium dient dabei erwärmte oder erhitzte Luft bzw. ein Luft-Dampf-Gemisch,
das im untersten Bereich der Gesamtanlage eingeführt und über eine geeignete Lochplatte über den
Querschnitt verteilt wird und nach Durchwandern aller Stufen "n" die Anlage hinter der obersten
Stufe verläßt.
Primär zeigt sich bei dieser Verfahrensweise, d. h. durch die Hintereinanderschaltung einer Vielzahl
von "n" Wirbelbettzonen bzw. Fluidisierungszonen, eine optimale Qualitätseinstellung am Material,
weil von Stufe zu Stufe immer wieder die Materialhomogenität erneuert wird, so daß am Materialaus
trag im untersten Bereich der Vielstufenanlage ein bezüglich Kornaufbau und Qualität absolut
vollkommenes und homogenes Produkt erhalten wird.
Weiter, und dies ist von besonderer Bedeutung für das neue Verfahren, kann der Gesamtener
gieaufwand, d. h. die Summe aus Wärmeenergie zum Anfahren der Vielbettanlage und der Energie
für den laufenden Betrieb, erheblich gesenkt werden, weil sich an der Vielzahl von Böden ein ständig
wiederholender Austausch von Verdampfungswärme - aus Luftfeuchtigkeit, Materialfeuchtigkeit
und Direktdampffeuchtigkeit - und Kondensationswärme - durch kondensierenden Wasserdampf-
die Waage halten. Dies bedeutet, daß sich über die gesamte Wegstrecke des Materials von oben
nach unten ein Gleichgewicht ausbildet, dessen Energieinhalt nur noch bezüglich apparatetech
nisch bedingter Verluste (Abstrahlung; Wärmeinhalt des Abgases bzw. des Endprodukts etc.)
ergänzt werden muß.
Zur Definition der Erfindung anhand von Beispielen sei zunächst auf die mögliche Anlagenkon
struktion gemäß Fig. 1-6 hingewiesen.
Es zeigt
Fig. 1 eine erste, im Querschnitt kreisrunde, zylindrische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 2 eine gleichartige, jedoch quadratische oder rechteckige Ausführungsform;
Fig. 3 eine besonders für die Behandlung von Futter- und Nahrungsmittel geeignete Vorrichtung;
Fig. 4 und 5 vorteilhafte Gestaltungen des untersten Bodenbereichs;
Fig. 6 im Blockschema eine Einschaltung des neuen Verfahrens und der Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Betten
(I-XVI), die voneinander durch jeweils einen indirekt beheizten (Dampf- oder elektrische Energie)
Boden, insbes. Doppelboden (1-16), getrennt sind. Die mit Öffnungen für den Durchtritt des
Fluidisierungsmediums versehenen Böden schließen jeweils ein selbständiges Wirbel- bzw.
Fließbett nach unten ab. Der unterste Boden (16) ist nicht beheizt. Das zu behandelnde Material (RM)
wird, z. B. über ein Zellenrad in das oberste (I) der "n"-Wirbelbetten, kontinuierlich eingebracht und
bewegt sich mit Hilfe eines bevorzugt als Drehkranz (R) ausgebildeten Schiebesystems oder auch
Rührwerks in Richtung einer ersten Schleuse oder einer sonstigen, geeigneten
Übergangseinrichtung zum nächstfolgenden Boden, wodurch es in die nachfolgende
Wirbelbettzone (II) überführt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich von Wirbelbettzone zu
Wirbelbettzone, bis das Gut (TM) über ein weiteres Zellenrad oder eine sonstige, regelbare
Verschlußeinheit die Gesamtanlage unterhalb des Bodens (16) verläßt.
Über das Gebläse (B) wird dem durch Schwerkraft abwärts sinkenden Material (RM) je nach
Verfahrensbedingungen und Art der Behandlung Kalt-, Warm- oder Heißluft (L) über den Verteiler
raum (XVII) und den untersten, der Luftverteilung dienenden Boden (16), entgegengeführt. Das
Fluidisiermedium, insbes. Luft, gelangt gut verteilt in die letzte bzw. unterste Wirbelzone (XVI) und
durchströmt die Vielzahl "n" von Wirbelbetten (XVI-I), um über den Ventilator (V) die Anlage zu
verlassen.
Wie bereits gesagt, können die Böden (1-15) indirekt (id) beheizt werden. Außerdem ist für jedes
Wirbelbett bzw. für jede Wirbelzone, einschließlich der untersten Zone (XVII), eine Di
rektdampfzufuhr (D 1-D 16) vorgesehen, deren Einsatz sich nach Verfahrensbedingungen und der
Art des zu behandelnden Materials richtet.
In den Böden (1-15) anfallendes Kondensat kann - nur angedeutet - bei (3′) abgelassen werden.
Ebenfalls kann auch Überschußdampf oder auch überschüssiges Luft-Dampf-Gemisch über (3) -
angedeutet - abgeführt werden.
Zur besseren Übersicht ist in Fig. 1 die Zahl der Böden auf 16 begrenzt. Die Gesamtbodenzahl richtet
sich selbstverständlich nach den Erfordernissen der Verfahrensbedingungen und Aufgabenstel
lung.
Ähnlich aufgebaut ist auch die Version einer geeigneten Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit quadrati
schem oder rechteckigem Querschnitt. Es entfallen selbstverständlich die Rührwelle (vgl. (W) in Fig.
1) und die zugehörigen Drehkränze (R), die im vorliegenden speziellen Falle durch die abwärts
geneigte Anordnung der Böden (1) ersetzt werden.
In gleicher Weise, wie in Fig. 1 gezeigt, besteht die Gesamtanlage erneut aus einer Vielzahl "n" von
Einzel-Wirbelbetten (I-XV), die durch je einen Lochboden mit Beheizungsmöglichkeit (id) (Indirekt-
Dampfbeheizung) nach unten abgeschlossen sind und an ihrer tiefsten Stelle in eine Drehschleuse
(2) auslaufen. Über die Drehschleusen (2) - oder ein anderes regelbares Organ - wird das Gut gezielt
und gesteuert in das nachfolgende Wirbelbett überführt, wobei die Verweilzeit des Materials in jeder
Wirbelzone durch Einstellung der Förder- bzw. Öffnungsgröße der Drehschleusen (2), evtl. in
Verbindung mit einem Zellenrad für die Produktaufgabe (RM), geregelt wird.
Der unterste Lochboden (4) ist bevorzugt nicht beheizt. Er dient der Verteilung von Kalt-, Warm- oder
Heißluft aus dem Gebläse (B). Das zu behandelnde Material (RM) sinkt geregelt und gesteuert von
der Wirbelzone (I) über die weiteren Böden der Wirbelzonen (II-XV) durch Schwerkraft nach unten
und verläßt das Gesamtsystem als Endprodukt (TM).
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt auch hier jede Wirbelbettzone einen Anschluß für Direktdampf
(D 1-D 15) und besitzen sowohl die Böden (1) als auch die Wirbelbettzonen selbst
Ablaßvorrichtungen (3) - angedeutet - für Kondensat und/oder Luft bzw. Luft-Dampf-Gemisch.
Über den Verbund aus Gebläse (B) und Ventilator (V) werden auch hier die Menge des Fluidi
sierungsmediums und die Betthöhe des Materials auf den einzelnen Böden (1) eingestellt.
Durch die Vielzahl "n" von Wirbelbetten, von denen jedes für sich zu einer ständigen
Oberflächenerneuerung im Material führt und weiter jedes für sich bezüglich Materialverweilzeit und
Materialtemperatur eine unabhängige Wirbelbettzone darstellt, kann das Gesamtsystem aus "n"-
Wirbelbetten funktionsmäßig beliebig variiert werden.
In vielen Fällen der Anwendung, insbes. bei der thermischen Konditionierung von pflanzlichen
Rohstoffen, kann der obere Bereich des Gesamtsystems mit (n′) Wirbelzonen z. B. zur Aufwärmung
des kontinuierlich eingebrachten Materials dienen; der mittlere Bereich mit (n′′) Wirbelzonen führt
zur Einstellung optimaler, d. h. oberster Behandlungstemperaturen, während der unterste Bereich
(n′′′) der Abkühlung des Materials dient.
Es sei jedoch grundsätzlich darauf hingewiesen, daß durch die neue Verfahrensweise mit "n"-
Wirbelzonen nicht allein eine Trocknung oder Kühlung angestrebt wird, vielmehr ist durch die
erfindungsgemäße Anhäufung von "n" übereinander angeordneten Wirbelbetten eine direkte
Materialbeeinflussung möglich als Ergebnis der ständigen, d. h. an jedem Boden der Wirbelbetten
stattfindenden Neuorientierung der Materialoberfläche sowie das Wechselspiel zwischen Konden
sations- und Verdampfungswärme im Material.
Die wesentlichsten Verfahrensmerkmale sowie die Verfahrensdurchführung wird nachfolgend
anhand der Fig. 1 näher erläutert.
Das mit einer Eigentemperatur von beispielsweise 20°C in die oberste Wirbelbettzone (I) auf den
ersten Boden (1) aufgebrachte Material (RM) wird im Verlauf des Durchsatzes durch die Anlage, d. h.
im Bereich der ersten Böden - bei einer Bodenzahl von "n" = 16 sind dies bevorzugt die Böden
(1-4) - indirekt (id) sowie durch ein Luft-Dampf-Gemisch aus den darunter liegenden Bettzonen oder
Böden aufgewärmt und erreicht z. B. beim Übergang von Zone (IV) nach Zone (V) eine
Aufwärmtemperatur von 50-70°C.
Während dieser Aufheizperiode kann das Material fluidisiert sein, z. B. aus warmem Luft-Dampf-
Gemisch oder Dampf oder Luft allein (Absaugung über Ventilator (V)), oder es sind die Böden (1-
4) als ungelochte Doppelböden für indirekte Dampfheizung ausgebildet. In solchen Fällen kann das
Fluidisierungsmedium unterhalb des untersten, ungelochten Bodens über die Leitung (3)
abgezogen werden. Bevorzugt sind aber auch die obersten Wirbelböden gelocht, damit von Anfang
an der Zustand des Wirbelbetts vorliegt.
Im mittleren Bereich des Systems, d. h. bei "n = 16 im Bereich der Böden (5-14), wird das Material
entweder Direktdampf oder einem Dampf-Luft-Gemisch ausgesetzt (vgl. D 1-D 15). In diesem
mittleren Bereich findet die eigentliche thermische Konditionierung statt, d. h. das Material wird bei
den obersten Behandlungstemperaturen über eine Vielzahl von Wirbelbettzonen geführt, wobei
eine ständige Materialbeeinflussung bezüglich Dampfkondensation auf dem Material, Wasserver
dampfung aus dem Material und Einstellung einheitlicher Materialzusammensetzung erfolgen. Die
höchste Temperatur erreicht das Material etwa beim Übergang der mittleren Zone zur untersten
Wirbelbettzone, d. h. im Bereich der Böden (12-14), wo z. B. bei reinen Trocknungsprozessen
Temperaturen von über 100 bis 120°C gemessen werden. Selbstverständlich ist diese Temperatur
eine Funktion der Aufgabe, in Verbindung mit den Stabilitäts- und Wirkungseigenschaften des
Materials.
Im Bereich der letzten Böden, z. B. Boden (14-16), tritt dem Material über ein Gebläse (B) in den Raum
(XVII) und durch den abschließenden Boden (16) verteilte Luft, je nach Aufgabe gekühlt, erwärmt
oder erhitzt mit Temperaturen von 20 bis 100°C entgegen. Gegebenenfalls kann diese Fluidisierungsluft durch
Direktdampf über (D 15) ergänzt werden.
Die primär trockene Luft übernimmt im Bereich der Wirbelzonen (XVI) und (XV) die dem Material
anhaftende Feuchtigkeit (aus Eigenwasser und Kondensat) und sättigt sich in bestimmten Fällen
bis zu 100% Feuchtigkeit an. Dabei ändert sich die Temperatur der zunächst trockenen Luft nur
geringfügig, im speziellen Fall um den Betrag der Kondensationswärme des Wasserdampfes. Das
behandelte Material dagegen verläßt die Anlage entweder trocken oder mit einem aus den Ver
fahrensbedingungen resultierenden, vorherbestimmten Wassergehalt.
Beim Übergang von Wirbelzone (XV) zu Wirbelzone (XIV) - ggf. auch früher - vereinigt sich die mit
Feuchtigkeit gesättigte Luft mit über (D 14) eingeführtem Wasserdampf. Dies führt zu einem Tem
peraturausgleich und einer Verdünnung der Gasphase, die sich auf das herabwandernde Gut
überträgt.
Von Bedeutung ist, daß das im mittleren Bereich der Vielbettanlage maximal erhitzte Material beim
Abwärtswandern durch Wärmeaustausch mit der aufsteigenden Warmluft - bei gleichzeitiger
Feuchtigkeitsübertragung (Verdampfung + Kondensation) - an Temperatur abnimmt, gleichzeitig
überschüssige Feuchtigkeit an das im untersten Bereich eingeführte Fluidisierungsmedium
(Warmluft + ggf. Dampf) abgibt und somit gekühlt und getrocknet die Anlage verläßt (TM).
Umgekehrt trifft die im Bereich des Übergangs von Wirbelzone (XV) nach Wirbelzone (XIV) oder
weiterer Wirbelzonen eine höchste Temperatur aufweisende Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt auf
das nach unten bewegte Material, auf dessen Oberfläche die Feuchtigkeit der Luft kondensiert. Dies
bedeutet, daß sich der Wassergehalt der Luft vom Eintritt unter dem letzten Boden (16) bis etwa zum
Übergang vom unteren zum mittleren Bereich, d. h. im Bereich der Zonen (XIII-V), stetig erhöht, um
dann wieder abzufallen, bedingt durch Kondensation auf dem relativ kalten einkommenden Material
(RM).
Die Menge des benötigten Dampfes ist beim gesamten Prozeß relativ gering. Indirekter Dampf (id)
wird praktisch nur beim Anfahren und beim Konstanthalten der Bodentemperaturen benötigt.
Direkter Dampf (D) ist ebenfalls bevorzugt nur zum Anfahren der Anlage erforderlich, oder er wird
zusätzlich - zur Luft - eingeführt, um - in Abhängigkeit von Produkt und Aufgabe - zur
Feuchtigkeitsregulierung im Gesamtsystem beizutragen.
Zweckmäßigerweise weist die Gesamtanlage eine Mantelheizung (Dampf) auf - nicht eingezeichnet
- um Kondensation von Dampf bzw. Feuchtigkeit an der sonst relativ kalten Apparatewandung zu
unterdrücken und dadurch Korrosionen zu vermeiden bzw. die Temperatur konstant zu halten.
Praktisch ist bei einem gut isolierten System mit einer Vielzahl "n" von Wirbelzonen Dampfenergie
nur zum Anfahren erforderlich. Reaktionsdampf oder der das Wechselspiel zwischen Kondensation
und Verdampfung begünstigende Dampf wird praktisch nur vom Produkt selbst geliefert; die
erforderliche Betriebswärme bringt die in der Zone (XVII) bzw. dem Boden (16) verteilte Luft ein;
Kondensationswärme von Feuchtigkeit auf dem Material und Verdampfungswärme für den
Übergang von Feuchtigkeit in die Gasphase genügen zur Einhaltung des thermodynamischen
Gleichgewichts.
Von erheblicher Bedeutung ist aber auch, daß das zu behandelnde Material sowohl schonend, d. h.
jede Art unerwünschter Zersetzung durch unkontrollierte Temperaturanhebung ausschließend, die
Vielzahl übereinander angeordneter Wirbelbettzonen passiert, daß aber gleichzeitig, bedingt durch
die Vielzahl von Böden und damit erneute Wirbelbildung, das Material ständig homogenisiert wird,
so daß Fehlpartien oder Fehlchargen nicht auftreten können.
Es hat sich im praktischen Betrieb gezeigt, daß die Zahl "n" für die Wirbelbettzonen oder auch
Wirbelbettböden im allgemeinen über 3, insbes. zwischen 5 und 25, bevorzugt zwischen etwa 5 und
etwa 12 liegen sollte. Oberhalb 25 ist kein verbessernder Effekt mehr feststellbar, unterhalb 3 nähert
sich die Bodenzahl dem üblichen Wirbelbett mit allen seinen - bekannten - Nachteilen und
Unzulänglichkeiten. Zu beachten ist natürlich auch die Veränderung des Durchflußwiderstands der
Böden mit ansteigender Bodenzahl.
Insgesamt gesehen kann verfahrensmäßig die Summe der Wirbelbettzonen in drei Zonen eingeteilt
werden, die jeweils ca. 25% (oberste Zone bzw. Aufwärmzone), 50% (mittlere Zone bzw. Hochtem
peraturzone) und ca. 25% (unterste Zone) des Gesamtsystems erfassen. Diese Verhältnisse haben
sich in der Praxis, z. B. bei der Verarbeitung von Sojabohnen, bewährt. Bei anderen Ver
fahrensbedingungen, Produkten und Verfahrenszielen werden selbstverständlich andere
Verhältnisse erforderlich.
Das neue Verfahren hat sich insbesondere bewährt bei der thermischen Vorbehandlung bzw.
Konditionierung von Naturstoffen wie Saatgut, Leguminosen, Futtermittel, Getreide usw., bei denen
sowohl eine thermische Behandlung, z. B. eine das Material beeinflussende Temperung bei höherer
Temperatur, als auch die gleichzeitige Einstellung eines bestimmten End-Wassergehalts an
gestrebt wird.
Beispielhaft sei die sogenannte thermische Konditionierung von Sojabohnen vorgetragen, die
üblicherweise in sogenannten Wärmepfannen erfolgt.
Erfindungsgemäß wird das gebrochene oder auch ganze Bohnenmaterial mit der Eigentemperatur
(Lagertemperatur) von ca. 20°C als (RM) in die oberste Zone, d. h. das oberste Wirbelbett (I) (vgl. Fig.
1 oder 2), kontinuierlich eingebracht und beim Durchgang durch die ersten Wirbelbettzonen (I-III
oder I-IV) durch die Summe des Wärmeinhalts des Fluidisierungsmediums in Kombination mit dem
Wärmeaustausch über die indirekt beheizten Böden (1-3 bzw. 1-4) auf ca. 40-60°C aufgeheizt.
Dieses Aufheizen oder Aufwärmen erfolgt im Wirbelzustand, d. h. es wird bereits hier jede
Überhitzung ausgeschlossen, und es wird das Material homogen behandelt. Dazu erfolgt die Hori
zontalbewegung mit Hilfe des ca. 0,5-10,0 Umdrehungen/M. leistenden Drehkranzes (R), der das
Material - stets im Wirbelzustand - in Richtung Zellenschleuse zum darauffolgenden Wirbelbett in
(II) usw. bewegt.
Weitere indirekte Beheizung (id) über die darauf folgenden Böden unter Zuhilfenahme von ggf.
Direktdampf und Fluidisierungsluft erhöht die Materialtemperatur auf 100-110°C - oder höher -,
wobei das Material die einzelnen Wirbelbetten der theoretischen Mittelzone durchwandert, dabei
ständig und erneut homogenisiert wird und dem Wechselspiel zwischen Wasserverdampfung und
Wasserkondensation unterliegt.
Durch Temperatur- und Feuchtigkeitsausgleich mit trockener Warm- oder Heißluft (ca. 60-200°C)
in evtl. Kombination mit Direktdampf (D 16/D 15. .) übernimmt die Luft einen Großteil der Feuchtigkeit
vom Material, so daß dieses durch die erforderliche Verdampfungswärme nicht nur abgekühlt,
sondern auch auf einen gewünschten Wassergehalt von z. B. 12,5-13,5% eingestellt wird.
Die über das Gebläse (B) eingebrachte Luft übt somit eine doppelte Funktion aus. Einmal entzieht
sie dem behandelten, feuchten Material einen erheblichen Teil der Feuchtigkeit, so daß das Material
"getrocknet" und abgekühlt wird. Zum anderen ersetzt sie die bei Wärmepfannen erforderlichen
hohen Dampfmengen; sie baut über die Vielzahl der Wirbelbetten von unten nach oben eine Welle
von Verdampfungs- und Kondensationsvorgängen am Material bzw. zwischen Material und Böden
auf, die zu einer erheblichen Verminderung des Energieverbrauchs führen.
Die Temperatur und der Wassergehalt des Materials - hier z. B. Sojabohnen - am Anlagenausgang
(TM) oder auch in den einzelnen Wirbelbetten kann durch Variation des Luft-Dampf-Verhältnisses
bzw. den Energieinhalt von Luft und Dampf variiert werden. Entsprechend kann das als (TM) die
Anlage verlassende Sojamaterial Raumtemperatur (ca. 20°C) aufweisen, es kann aber auch mit
höherer Temperatur, z. B. von 40 oder 60°C, abgezogen werden, um anschließend weiteren
wärmeverbrauchenden Prozessen zugeführt zu werden (z. B. Flockung). In beiden Fällen sind die
Bohnen sterilisiert, gequollen, die Zellmembranen sind aufgelockert und Enzyme inaktiviert sowie
Proteine partiell denatuiert.
Im Vergleich zu bekannten Wärmepfannen mit durchgehend indirekt beheizten Böden kann der
Energieaufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren um mehr als 50% gesenkt werden. Dies erfolgt
aufgrund der Tatsache, daß im laufenden Betrieb die Indirektheizung der Böden bis auf die ersten
1-4 oder 5 Böden ganz gedrosselt werden kann - auf den schlechten Wärmeübergang vom Boden
zum Material wird verwiesen - und daß je nach Verfahrensablauf auf den Direktdampf (D) praktisch
verzichtet werden kann, da dessen Funktion die Luft und die herrschende Dampfatmosphäre im
System übernehmen.
Als weiteres Beispiel für die Anwendung des neuen Verfahrens sei anhand der Fig. 3 die thermische
Behandlung bzw. Konditionierung von Sojabohnen zur Gewinnung von sogenanntem "ge
toastetem Voll-Fett-Sojamaterial " (FFS = Full Fat Soybeans) abgehandelt. Dieses FFS-Material ist
von größtem Interesse als Futtermaterial allein oder als Bestandteil von Kraftfuttergemischen, insbes.
für Monogastrier.
Dabei besteht die thermische Konditionierung in einem Prozeß mit bevorzugt wasserdampfhaltiger
Atmosphäre bzw. wasserhaltigem Rohmaterial (RM), der dazu dient,
- (a) den löslichen Anteil an Eiweiß bzw. Proteinen zu variieren bzw. auf einen bestimmten Wert einzustellen,
- (b) geruchs- und geschmacksbeeinträchtigende Begleitstoffe im Material zu eliminieren,
- (c) die Verzuckerung, Verkleisterung und ggf. Quellung von Stärke einzuleiten bzw. zu optimieren und
- (d) dies ohne negative Beeinflussung der ernährungsphysiologischen und energieliefernden Wirkung des Futters (bzw. Nahrungsmittels).
Dazu kommen natürlich die besonderen Vorteile der Vielzahl hintereinander, d. h. vertikal angeord
neter Bett-Zonen und die gemäß dem Verfahren der Erfindung hohe Energieeinsparung.
In Verbindung mit Fig. 3 wird hierzu das aus einem Silo (nicht dargestellt) kommende gereinigte
sowie ggf. gebrochene, d. h. zerkleinerte Sojabohnenmaterial (RM), mit einer Eigentemperatur von
beispielsweise 10-70°C, insbes. 15-30°C oder - wenn vorher geflockt - 55-65°C kontinuierlich über
eine geeignete Schleuse oder ein Zellenrad (S₄) in das oberste, erste (I) der "n"-Wirbelbetten
eingebracht und durchfließt die einzelnen Betten (I-XVIII) wie vorstehend für Fig. 1 und 2
abgehandelt durch eigene Schwerkraft bei schwacher Horizontalbewegung durch den Drehkranz
(R) in Richtung Bodenschleusen.
In die unterste Kammer oder Zone (nicht bezeichnet) wird im vorliegenden speziellen Falle von FFS-
Sojamaterial über Stutzen (22) Kühlluft (KL) mit Hilfe des Lochbodens (18) in der letzten Bettzone
(XVIII) verteilt eingeleitet, wobei das entgegenfallende Material gekühlt wird (K) und als Fertigpro
dukt (TM) über die Schleuse (S₃) die Anlage verläßt.
Den Abschluß der vorletzten Zone (XVII) bildet in diesem speziellen Falle ein nicht gelochter, jedoch
ggf. indirekt mit Dampf (id) beheizter Doppelboden (17), der den "Kühlteil" der Anlage (Bett bzw.
Zone XVIII sowie ggf. weitere darunter) gegen die eigentliche thermische Konditioniereinheit
abschließt.
Die aus dem Bett bzw. der Zone (XVIII) über Leitung (23) abgezogene Luft, die nunmehr erwärmt und
ggf. wasserhaltig ist und Wasserdampf enthält, gelangt über den Ventilator (V 2) zum Zyklon (C 2),
aus dem über die Schleuse (S 2) Staubpartikel usw. abgetrennt und der Weiterverarbeitung zugeführt
werden, während die den Zyklon (C 2) verlassende Luft, nach ggf. erfolgter Mengeneinstellung durch
Frischluft, dem Gebläse (B) zugeleitet wird. Im allgemeinen weist die über (V 2) und (C 2) entwei
chende Luft jedoch einen derart niedrigen Wärmegehalt auf, daß die Rückgewinnung dieser Wärme
aus der Luft kaum ökonomisch ist.
Die Bettzonen (XII-XVII) sind im vorliegenden Falle der FFS-Sojamaterial-Gewinnung als Trocken
bereiche vorgesehen. Das über die Schleuse im Boden (5) - die unterbrochenen Linien deuten an,
daß eine Vielzahl von Böden vorgesehen ist, so daß die Bodenbezeichnungen (I, II, III . . . usw.) nur
richtungweisend zu werten sind - in die Zone (XII) einfallende und in üblicher Weise bis zum Boden
(17), d. i. die Bettzone (XVII), wandernde Gut wird in diesem Gesamtbereich, d. h. Bettzone (XII) bis
Bettzone (XVII), mit Warm- bzw. Heißluft behandelt, die über das Gebläse (B) und den
Wärmeaustauscher (W) in die Bettzone (XVII) über dem nichtgelochten, jedoch ggf. beheizten
Boden (17) eingeleitet wird.
Der die Trockenzone nach oben begrenzende Boden (5) ist nach unten, d. h. in Richtung der Bettzone
(XII), nicht gelocht, so daß Dampf (D) als Direktdampf nur nach oben in das Bett (V) austreten kann.
Der Boden (5) ist nach unten geschlossen. Hierdurch bedingt, wird die nunmehr feuchtigkeitsbela
dene Luft (verdampfte Feuchtigkeit aus dem Material) mit einer Temperatur von beispielsweise 90°C
über den "Bypass" (24) zur zweiten Bettzone (II) gelenkt, wo das Material (RM) - unter Nutzung der
eingebrachten Eigenwärme und der indirekten Bodenheizung (id) - eine Eigentemperatur von ca.
105°C aufweist. Diese Temperatur behält das Material, d. h. das zu gewinnende FFS-Produkt,
durchgehend bei, bis es in den Bereich der Trocknung (Bettzonen XVII und darüber) gelangt, um von
hier in die Kühlzone (XVIII) einzutreten.
Im obersten Bett (I) weist das Sojamaterial eine durchschnittliche Temperatur von etwa 90-95°C auf,
resultierend aus der eigenen Eingangstemperatur (RM) und der Lufttemperatur aus (24). Die Luft
verläßt die Anlage über Leitung (25) und Ventilator (V 1) mit einer Temperatur von ca. 30 bis 70°C und
einer relativen Feuchtigkeit von nahezu 100%. Sie gelangt zum abschließenden Zyklon (C 1), und
Staub und Feinstmaterial werden über die Schleuse (S 1) zur Weiterverwendung abgezogen.
Durch die hier beispielhaft an FFS-Material demonstrierte Verfahrensweise wird die Vorrichtung
aufgabengemäß in unterschiedliche Stufen unterteilt, ohne daß jedoch das Prinzip der "vielen"
Bettzonen und Böden verlassen wird.
Die obersten Bettzonen, z. B. die Betten (I) und (II), dienen der
Kontaktierung des Materials mit einem
Gemisch auf Luft - aus dem "Bypass" (24) und Direktdampf aus dem Boden (5) in Zone (V). Dieser
Dampf durchströmt alle voraus angeordneten Bettzonen (I, II, III, IV und V). Die Luft aus dem "By
pass" (24) hat eine Temperatur von ca. 90°C. In der Bettzone (II) vereinigen sich die "Bypass"-Luft
und der Dampf aus dem Boden (5).
Es werden also die beiden ersten Zonen (I, II) mit einem Dampf-Luft-Gemisch gefahren, während die
Bettzonen (III, IV, V) ausschließlich mit Dampf betrieben werden. Hieraus resultiert ein luftfreier
Bereich (V-III). Die Bettzonen (XII), (XIII) . . . usw. bis (XVII) dienen im vorliegenden Falle der
Trocknung durch Warm- bzw. Heißluft, während die abschließende Bettzone (XVIII) ausschließlich
der Kühlung dient.
Dabei ist grundsätzlich festzustellen, daß die Anzahl der Bettzonen und Böden gemäß Fig. 3 zur
Gewinnung von FFS-Material (und dies gilt als Beispiel) für die Luft-Dampf-Zone (I, II) bei ca. 2-3
liegt, für den luftfreien Bereich (III-V) ca. 3-5 beträgt und für die Trocknungseinheiten (XII-XVII)
zwischen etwa 2 und etwa 5 liegt. Diese Zahl der Bettzonen bzw. Böden hat sich qualitäts- und
energiebedingt für FFS-Sojamaterial als besonders brauchbar erwiesen. Im allgemeinen wird die
Zahl "n" der Betten bzw. Böden für die obersten ersten Betten höher liegen als die Zahl von Böden
in der luftfreien Zone. Dies ist jedoch eine Funktion des zu behandelnden Guts und der Art der
Behandlung selbst.
Für bestimmte Prozesse kann es erforderlich werden, die "bypass"-Luft in Leitung (24) bezüglich
Temperatur anzuheben. Dies erfolgt dann über den eingebauten Wärmetauscher (W′). Auch kann die
"bypass"-Luft auf andere Bettzonen, etwa (III, IV oder V) verteilt werden, wozu ein entsprechendes
Verteilungssystem aus Leitungen (24) und (26) vorgesehen ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die sonst bei derartigen Prozessen (Behandlung in
Wärmepfannen usw.) notwendige relativ hohe Temperatur von vielfach 180°C und darüber auf wenig
über 100°C, im vorliegenden Fall auf 105 bis max. 110°C, reduziert werden. Dies als erstes Resultat
der Vielzahl von Böden bzw. Betten, durch die eine ständige Material-Oberflächenerneuerung,
verbunden mit einer schnellen Folge von Wärmeprozessen (Verdampfungswärme/
Kondensationswärme), hervorgerufen wird. Dies hat aber auch eine erhebliche Senkung des
Energiebedarfs zur Folge, wobei besonders zu bemerken ist, daß nach Anlaufen der Anlage die
Beheizung der Vielzahl von Böden beziehungsweise Zugabe von Direktdampf (D) auf ein Minimum
reduziert werden kann.
Reduziert ist auch der Platzbedarf gegenüber den bisher bekannten Anlagen, deren Wirbelbettein
heiten auf gleicher Ebene hintereinander geschaltet sind. Da es sich bei den erfindungsgemäßen
Vorrichtungen in den meisten Fällen um zylindrische Behälter handelt, in die eine Vielzahl von
Böden eingezogen ist, sind auch die bekannt hohen Investitionen erheblich vermindert.
Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen in bekannter Weise mantelisoliert sind
und die üblichen Verfahrenselemente und Kontrolleinrichtungen wie Mannlöcher, Thermoele
mente, Regel- und Steuervorrichtungen usw. aufweisen. Auch kann jeder Gesamteinheit, bestehend
aus der Vielzahl "n" von Böden bzw. Betten, z. B. ein Expander vor- oder/und nachgeschaltet werden.
Alles dies liegt im Ermessen des Fachmanns und ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Es hat sich im Verlaufe des Arbeitens mit Wirbel- und Fließbettanlagen gezeigt, daß immer dann,
wenn im laufenden Betrieb im untersten Bereich, d. h. unterhalb des letzten Lochbodens, die
Behandlungsluft (Heizluft, Trägerluft, Fluidisierungsgas etc.) bei laufendem Rühr- bzw. horizon
talem Bewegungswerk (R) ausfällt - dies gemäß Fig. 1 unter dem Lochboden (16), gemäß Fig. 3 unter
dem Lochboden (18) oder gemäß Fig. 4 unterhalb des letzten gelochten Bodens - immer die Gefahr
gegeben ist, daß staubiges oder feinpartikuliertes, in vielen Fällen heißes Gut durch die jeweiligen
untersten Böden in die abschließende Endkammer (e)/Fig. 4 fällt. Da dieses Material vielfach
pyrophoren Charakter besitzt, kann es gelegentlich zu Verpuffungen oder auch Feuerausbruch
kommen. In Weiterbildung der Erfindung wird zur Vermeidung von Gefahr durch pyrophores
Material vorgeschlagen, die Endzonen der Anlage, d. h. die Zonen unterhalb des letzten gelochten
Bodens, mit Luftgebläse (B) und Wärmeaustauscher (W) im untersten Bereich zu versehen und die
Möglichkeit der Einführung von Fluidisierungsgas, z. B. Luft, durch Stutzen (32) vorzusehen, so daß
es zu einer Ansammlung von Feinstkorn (F) in den Kammern (e) nicht kommen kann.
Bei einem Bodenabschluß gemäß Fig. 5 ist die Gefahr der Selbstentzündung von pyrophorem
Material nicht gegeben, da das behandelte Material durch das Rühr- bzw. Bewegungselement fort
laufend zur Schleuse (S) geleitet und durch diese ausgetragen wird.
Abschließend sei in Verbindung mit Fig. 6 auf ein weiteres, besonderes Anwendungsgebiet des
erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen, wodurch die vielseitige Anwendung dieses Ver
fahrens demonstriert wird.
Handelte es sich im eingangs besprochenen Beispiel insbes. um die thermische Konditionierung
von z. B. Sojabohnen zur Gewinnung von FFS-Material, so kann das erfindungsgemäße Verfahren
in gleicher vorteilhafter Weise unter erheblicher Energie- und Raum- bzw. Platzeinsparung auch zur
Behandlung des Rückstands von Extraktionsverfahren, z. B. bei der Gewinnung von Fetten und Ölen
aus pflanzlichen Rohstoffen, eingesetzt werden. Das aus der Vorwärmung (z. B. Wärmepfannen)
(BVW) zur Flockung (FL) überführte Material (RM) wird in bekannter Weise mit Lösemitteln wie
Hexan usw. extrahiert (EXT) und anschließend die ölhaltige Miscella (M) vom Rückstand abgetrennt.
Nach der Entbenzinierung (EB) unter Rückgewinnung des anhaftenden Lösungsmittels (S) wird das
Schrot (SCH) mit einem Wassergehalt von etwa 16-25 Gew.-% und einer Eigentemperatur von ca.
100-110°C erfindungsgemäß über eine Vielzahl "n" von übereinander angeordneten Betteinheiten
im Gegenstrom mit Luft (WL) behandelt und dabei getrocknet. Es verläßt als Fertigmaterial, z. B. als
Futtermittel (TM), die Anlage. Gemäß Fig. 3 ist dies der die Bettzone (XVIII) nach unten begrenzende
Boden (18).
Die aus der Anlage oberhalb des obersten Bodens (Boden 1 in Fig. 3) austretende, feuchte bzw.
wasserhaltige Luft von relativ hohem Wärmeinhalt wird erfindungsgemäß über einen
Wärmeaustauscher (W) auf Solltemperatur aufgeheizt und zur Vorwärmung (BVW) geschickt.
Claims (22)
1. Verfahren zur kontinuierlichen, schonenden thermischen Behandlung von partikulierten oder
auch nicht partikulierten Schüttgütern zwecks Einstellung der rheologischen Eigenschaften,
Trocknung, Konditionierung, Calcinierung, Entgiftung, Aktivierung usw. im ruhenden, ggf.
durch mechanische Wirkung bewegten, gasdurchströmten Bett, insbes. im Wirbel- oder
Fließbett oder auch Sprudelbett, wobei das Gut, durch eigene Schwerkraft gefördert, das Bett
im Gegenstrom zum kontaktierenden Gas und/oder gasförmigen Reaktionsmedium durchläuft
und während der Kontaktierung mit dem Gas oder gasförmigen Reaktionsmedium dem Einfluß
von Wärme bzw. wärmeliefernden oder abführenden Bedingungen ausgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in einem System erfolgt, das eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander
angeordneten Betteinheiten mit jeweils nach unten abschließenden, gasdurchlässigen Böden
erfolgt, wobei in einer ersten, oberen, d. h. dem Materialeintritt folgenden Anzahl von Bettein
heiten, das Gut durch ein Gemisch von Warm- bzw. Heißluft und Wasserdampf aufgeheizt, in
einer anschließenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bevorzugt nur mit Warm- bzw. Heißluft
weiterbehandelt und in einer dritten, untersten Zone mit einer weiteren Anzahl von Betteinheiten
das Material praktisch mit wasserfreier Luft bzw. einem überschüssige Luft als Behandlungsgas
enthaltenden gasförmigen Reaktionsmedium abschließend kontaktiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material in der ersten, obersten Gruppe von Betteinheiten durch indirekten
Wärmeaustausch an den indirekt dampfbeheizten gasdurchlässigen Bett-Böden auf Tempera
turen von ca. 50-95°C gebracht wird bei gleichzeitiger Einwirkung von Warm- bzw. Heißluft und
in dieser enthaltenem materialbedingtem Wasserdampf, anschließend im Bereich der darauf
folgenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bei weiterer indirekter Beheizung über die
gasdurchlässigen Bettböden mit Luft oder wasserdampfhaltiger Luft auf die vorgegebene
Behandlungstemperatur von ca. 100 bis ca. 160°C eingestellt wird, und im untersten, dritten
Bereich bzw. Zone der Vielzahl von übereinander angeordneten Betteinheiten die Behandlung
durch Luft allein abgeschlossen wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1-2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material über alle das jeweilige Bett abschließenden Böden indirekt beheizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampfgehalt der behandelnden Warm- bzw. Heißluft durch verdampfende
Feuchtigkeit des zu behandelnden Materials erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampfgehalt der behandelnden Luft durch zusätzlichen Direktdampf eingestellt
wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtzahl der vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten zwischen "n" =
3 und "n" = 25 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Betteinheiten in einer ersten, oberen, d. h. dem Materialeintritt folgenden
Gruppe, ca. 4 bis ca. 8 beträgt.
8. Verfahren nach Ansprüchen 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Betteinheiten in einer zweiten, mittleren Zone zwischen etwa 4 und etwa 12
liegt.
9. Verfahren nach Ansprüchen 6-8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Betteinheiten in der untersten, abschließenden Zone zwischen etwa 3 bis
etwa 6 liegt.
10. Verfahren nach Ansprüchen 1-9.
dadurch gekennzeichnet,
daß die unterste Gruppe der Vielzahl "n" von Betten der Materialkühlung durch Luft, die mittlere
Gruppe von Betten der optimalen Temperatureinstellung des Materials durch ein Luft-Dampf-
Gemisch, und die erste, oberste Gruppe von Betten der indirekten oder direkten Materialaufhei
zung durch ein Luft-Dampf-Gemisch dient.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampfgehalt der Luft durch verdampfende Materialfeuchte eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampfgehalt der Luft durch Direktdampfzugabe oder durch Direktdampf plus ver
dampfende Materialfeuchte eingestellt wird.
13. Verfahren nach Ansprüchen 1-12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in die unterste Gruppe von Betten eingeführte Luft eine Temperatur von ca. 20 bis ca.
180°C, insbesondere von ca. 90 bis ca. 160°C, aufweist.
14. Anwendung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1-13,
auf die thermische Konditionierung feuchtigkeitshaltiger Rohmaterialien wie Sojabohnen,
Raps, Sonnenblumen, Leinsaat, Palmkerne, Kopra usw., die der Gewinnung von Fetten und Ölen
dienen oder zur Herstellung von Futtermitteln mit vollem Fett- oder Ölgehalt behandelt werden.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1-14,
gekennzeichnet durch eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten
(I-XVI) mit abschließenden Böden (1-16), die als Lochböden für Gasdurchlaß mit indirekter
Beheizung (id) ausgebildet sind; mit regel- und/oder steuerbaren Übergangseinrichtungen (2;
Fig. 2) von einem Bett zum nächstfolgenden; mit Zuführstutzen für Direktdampf (D 1 . . . D 16) zu
jeder Betteinheit (I-XVI) und Ableitungsanschlüssen (3, 3′) für Kondensat aus den indirekt
beheizten Böden (1-15; Fig. 1) sowie Dampf-Luft-Gemisch aus den Betteinheiten unterhalb
eines jeden Bett-Bodens (1-16; Fig. 1); Einrichtungen zur Bewegung des Materials auf jedem
bettabschließenden Boden in Richtung der Übergangselemente (2; Fig. 2); Luftgebläse (B)
unterhalb des untersten Bodens (16; Fig. 1); Abzugsventilator (V) für Luft bzw. Luft-Dampf-
Gemisch; und Verschluß- und Entleerungseinrichtung (S 3; Fig. 3) zum geregelten Abzug des
behandelten Materials (TM).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtzahl "n" von Betteinheiten (I-XVI) bzw. Böden (1-16) zwischen etwa 3 und etwa
25 liegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betteinheiten kreisrunden Querschnitt aufweisen und die Bewegung des Materials auf
den Bett-Böden (1-16) in Richtung der Übergangseinrichtungen (2; Fig. 2) durch Drehkränze (R)
oder Rühreinheiten mit gemeinsamer Antriebswelle (W) erfolgt und die Umdrehungsgeschwin
digkeit von (W) ca. 0,5-12,0 U/M beträgt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betteinheiten quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitt aufweisen, die jedes Bett
abschließenden Böden (1; Fig. 2) in Richtung eines regelbaren Übergangselements (2; Fig. 2)
geneigt angeordnet sind und die Neigung der Böden zwischen ca. 3° und ca. 22° durch
Verstellung variiert werden kann, wobei in dieser vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung auf
die Bewegungseinrichtungen (R, W; Fig. 1) verzichtet wird.
19. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-18,
gekennzeichnet durch eine "bypass"-Leitung (24; 26; Fig. 3) mit eingebautem
Wärmeaustauscher (W′) zum Umgehen von Teilbereich (II-XII) oder Teilbereichen hiervon für
Luft.
20. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verschluß- und Entleerungseinrichtung (S 3; Fig. 3) durch die
unterste Kammer (XVII; Fig. 1) hindurchgeführt wird.
21. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-19,
gekennzeichnet durch eine zusätzliche Luftzufuhrleitung (32) in die unterste Kammer (XVIII; Fig.
5) und die Ausführung der Entleerungseinrichtungen (S) als Brandschleusen.
22. Vorrichtung nach Ansprüchen 15-21,
gekennzeichnet durch die direkte Einschaltung des Luftwegs (WL; Fig. 6) in ein System zur
Extraktion von Fetten und Ölen in Kombination mit einer Rohmaterial-Vorwärmung (BVW),
Flockung (FL), Extraktion (EXT), Entbenzinierung des Rückstands (EB) und abschließende,
erfindungsgemäße Behandlung des Schrots (SCH).
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883815726 DE3815726A1 (de) | 1988-05-07 | 1988-05-07 | Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von stoffen und stoffgemischen im fliess- oder wirbelbett |
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