DE3941262C1 - - Google Patents
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
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- F28C3/10—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material
- F28C3/12—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer
pulverförmigen Substanz, die als Pulverstrahl durch
einen Stutzen in einen Behälter gefüllt und zur Kühlung
mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird, sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Befüllen eines Behälters mit einer pulverförmigen
Substanz ist es mitunter erforderlich, diese beim
Einfüllvorgang zu kühlen. Das ist insbesondere dann der
Fall, wenn die eingespeiste pulverförmige Substanz einer
exothermen Reaktion unterzogen werden soll, eine erhöhte
Temperatur des Reaktionsproduktes aber unerwünscht bzw.
unvorteilhaft ist. Stellvertretend für eine solche
pulverförmige Substanz ist Zement zu nennen, der, mit
Wasser vermischt, exotherm reagiert. Das führt im Beton
vor allem bei größeren Bauwerken während der
Abkühlungsphase zu einem erheblichen Temperatur
gradienten, woraus am Bauwerk Zugspannungen entstehen
(Betonwerk + Fertigteil-Technik, Heft 8/81, S. 507), die
durch die oben erwähnte Kühlung vermindert werden können.
Aus der DE-OS 36 23 724 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen von Frischbeton unter
Verwendung von Zement, der durch flüssigen Stickstoff
vorgekühlt wird, bekannt. Die Zementkühlung erfolgt bei
der Einspeisung des Zementes in ein Vorratssilo. Hierzu
wird der flüssige Stickstoff zugleich mit dem Zement in
das Zementsilo eingeblasen. Die Anschlüsse für Zement
und Stickstoff sind benachbart im oberen Silobereich
angeordnet.
Dieses bekannte Verfahren bringt jedoch den Nachteil mit
sich, daß eine ausreichende Kühlung damit nicht erzielt
werden kann: Denn der Zement tritt wasserstrahlförmig
aus dem Einfüllstutzen aus. Das wasserähnliche Verhalten
des Zements bewirkt, daß die Kontaktfläche für den
erforderlichen Wärmeaustausch in keiner Weise genügt.
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
eine Vorrichtung zur Kühlung einer pulverförmigen
Substanz, die als Pulverstrahl durch einen Stutzen in
einen Behälter gefüllt und zur Kühlung mit einer
Kühlflüssigkeit besprüht wird, aufzuzeigen, welche die
oben beschriebenen Anforderungen erfüllen, insbesondere
einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen der
Pulverförmigen Substanz und der Kühlflüssigkeit
gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Pulverstrahl vor dem Kontakt mit der über eine
Verteilvorrichtung eingebrachten Kühlflüssigkeit durch
mechanische Einbauten über einen gegenüber dem
Einfüllstutzen größeren Querschnitt zerstreut wird.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, daß
ein Prallblech unterhalb des Pulvereinfüllstutzens in
den Pulverstrom des zu kühlenden Pulvers gebracht wird.
Beim Auftreffen auf dieses Prallblech wird der
Pulverstrahl zerrissen, wodurch das Pulver einen fein
verteilten Prallstrom bildet und man eine wirksame
Kontaktfläche für den Wärmeaustausch mit der
Kühlflüssigkeit erzielt. Als weiterer Vorteil stellt
sich im Behälter eine wesentlich homogenere
Temperaturverteilung ein, als sie nach dem Stand der
Technik erreichbar ist. Die oben geforderte,
ausreichende Kühlung läßt sich darüber hinaus mit einem
geringeren Kühlflüssigkeitsdurchsatz erreichen, und sie
kann bei Bedarf auch noch weit überboten werden.
Die Erfindung läßt sich auf die verschiedensten
pulverförmigen Substanzen anwenden. Ein Beispiel ist der
schon oben erwähnte Zement im Zuge der Herstellung von
Beton, der wegen seines weitverbreiteten Einsatzes im
Hoch- und Tiefbau eine besondere Bedeutung besitzt.
Speziell im Zusammenhang mit der Kühlung von Zement
empfiehlt sich die Verwendung von flüssigem Stickstoff
als Kühlmittel, da Stickstoff keine Rückstände
hinterläßt, sondern 100prozentig verdampft und ausgast.
Die Erfindung läßt sich jedoch mit gleichem Erfolg auch
beispielsweise bei der Herstellung von Milchpulver und
Kunststoffgranulaten und insbesondere beim Mahlen von
Gewürzen, die z. T. sehr temperaturempfindlich sind,
einsetzen.
Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie in
eine herkömmliche Kühlvorrichtung für pulverförmige
Substanzen, die in einen Behälter eingespeist werden,
leicht eingebaut werden kann. Der Einfüllstutzen einer
derartigen, herkömmlichen Kühlvorrichtung kann dabei in
dem Behälter dezentral oder zentral im oberen
Behälterbereich angeordnet sein.
So bestehen erfindungsgemäß zwei grundsätzliche
Ausführungsmöglichkeiten für Verfahren und Vorrichtung:
Die dezentrale Anordnung ist durch ein unterhalb der Austrittsöffnungen des Pulvereinfüllstutzens schräg angeordnetes, ebenes Prallblech charakterisiert, das mit Halterungen am Pulvereinfüllstutzen unter einem Winkel zwischen ca. 30° und ca. 75° zur Fallrichtung des Pulvers befestigt ist. Durch den Aufprall auf dieses Prallblech weitet sich der Pulverstrom zu einem fein verteilten Prallstrom auf. Eine Flüssigkeits verteileinrichtung in Form eines an seiner Unterseite mit zahlreichen Auslaßöffnungen für das flüssige Kühlmittel versehenen geraden Verteilrechens wird so angebracht, daß das aus ihm austretende Kühlmittel den Prallstrom breit besprüht und damit die erwünschte Kühlung bewirkt.
Die dezentrale Anordnung ist durch ein unterhalb der Austrittsöffnungen des Pulvereinfüllstutzens schräg angeordnetes, ebenes Prallblech charakterisiert, das mit Halterungen am Pulvereinfüllstutzen unter einem Winkel zwischen ca. 30° und ca. 75° zur Fallrichtung des Pulvers befestigt ist. Durch den Aufprall auf dieses Prallblech weitet sich der Pulverstrom zu einem fein verteilten Prallstrom auf. Eine Flüssigkeits verteileinrichtung in Form eines an seiner Unterseite mit zahlreichen Auslaßöffnungen für das flüssige Kühlmittel versehenen geraden Verteilrechens wird so angebracht, daß das aus ihm austretende Kühlmittel den Prallstrom breit besprüht und damit die erwünschte Kühlung bewirkt.
Bei der zentralen Anordnung wird erfindungsgemäß
unterhalb des im oberen Behälterbereichs zentrisch
angebrachten Pulvereinfüllstutzens an ihm ein stumpfer
Prallkegel mit Halterungen befestigt, dergestalt, daß
die Achse des Einfüllstutzens auf die nach oben
gerichtete Kegelspitze zeigt. Der flüssige Stickstoff
wird über eine an ihrer Unterseite mit zahlreichen
Auslaßöffnungen für das flüssige Kühlmittel versehenen
Ringleitung als Verteilrechen dem sich durch den Kegel
ausbildenden, kegelstumpfförmigen Prallstrom des Pulvers
zugegeben. Diese Anordnung einer zentrisch um den
Einfüllstutzen angebrachten Ringleitung gewährleistet
eine besonders effektive Abkühlung des Pulvers.
Bei den Ausführungsmöglichkeiten wird erfindungsgemäß
das Prallblech mit Halterungen am Pulvereinfüllstutzen
befestigt. Denkbar ist aber auch eine getrennte
Befestigung des Prallblechs. Wesentlich für das
beschriebene Verfahren ist, daß die von oben durch den
Pulvereinfüllstutzen in den Behälter eingespeiste
pulverförmige Substanz vollkommen auf das unterhalb des
Einfüllstutzens montierte Prallblech trifft und daß die
von diesem abprallende pulverförmige Substanz so
unterhalb des Kühlmittelverteilrechens vorbeiströmt, daß
das durch die Austrittsöffnungen des Verteilrechens auf
die pulverförmige Substanz gesprühte Kühlmittel zu
dieser einen wirksamen Wärmekontakt herstellt. Ein
besonders effektiver Wärmekontakt ergibt sich, wenn der
Querschnitt des besprühten Prallstromes gegenüber dem
Querschnitt des Pulverstromes im Pulvereinfüllstutzen
vergrößert ist.
Die Erfindung sei im folgenden anhand zweier schematisch
dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung in dezentraler Anordnung mit
einem ebenen, schräg angestellten Prallblech und
Fig. 2 eine Vorrichtung in zentraler Anordnung mit
einem kegelstumpfförmigen Prallblech, wobei die
Kegelspitze in Gegenrichtung zur Einfüll
richtung des eingespeisten Pulvers weist.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer
pulverförmigen Substanz (durch Pfeile symbolisiert) in
dezentraler Anordnung dargestellt. Fig. 1, I zeigt
dabei eine Seitenansicht, Fig. 1, II eine Aufsicht.
Durch einen Pulvereinfüllstutzen 1 gelangt das zu
kühlende Pulver in einen Behälter (nicht dargestellt),
wo es auf ein ebenes, schräg angestelltes Prallblech 2a
trifft und von diesem wieder abprallt. Die Kühl
flüssigkeit gelangt aus einer Zuleitung 3 in einen
geraden Verteilrechen 4a, der an seiner Unterseite
zahlreiche Auslaßöffnungen für die Kühlflüssigkeit
aufweist, und wird auf den durch das Prallblech 2a
erzeugten Prallstrom des Pulvers gesprüht, um die
erwünschte Kühlung des Pulvers zu erreichen. Das
Prallblech 2a ist mit Halterungen 5 am Pulvereinfüll
stutzen 1 befestigt.
Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnungsform einer
Vorrichtung zur Kühlung pulverförmiger Substanzen,
nämlich eine zentrale, wobei Fig. 2, I wiederum die
Seitenansicht von Fig. 2, II (Aufsicht) darstellt.
Dabei sind gleiche oder vergleichbare Vorrichtungsteile
mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig. 1.
Das durch den Einfüllstutzen 1 in den nicht
dargestellten Behälter eingespeiste Pulver (Pfeile)
trifft auf das kegelförmige Prallblech 2b und wird
dadurch zu einem kegelstumpfförmigen Prallstrom
verbreitert. Die Kühlflüssigkeit wird über die
Zuleitung 3 in eine an ihrer Unterseite mit zahlreichen
Austrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit versehene
Ringleitung 4b geleitet, die als Verteilrechen zum
Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf den Prallstrom dient
und so die nötige Kühlung erzielt. Die Halterungen 5
fixieren den Prallkegel 2b unterhalb des
Einfüllstutzens 1.
Claims (11)
1. Verfahren zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz,
die als Pulverstrahl durch einen Stutzen in einen
Behälter gefüllt und zur Kühlung mit einer
Kühlflüssigkeit besprüht wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl vor dem Kontakt
mit der über eine Verteilvorrichtung eingebrachten
Kühlflüssigkeit durch mechanische Einbauten über
einen gegenüber dem Einfüllstutzen größeren
Querschnitt zerstreut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pulverstrahl gegen ein Prallblech als
mechanischem Einbau geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl gegen ein,
bezogen auf die Einfüllrichtung, schräg angestelltes,
ebenes Prallblech geführt wird, wonach er mit der
Kühlflüssigkeit aus einem Verteilrechen besprüht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl mittig auf ein
kegeliges Prallblech geführt wird, wonach er durch
die Kühlflüssigkeit aus einer Ringleitung als
Verteilrechen besprüht wird.
5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit
flüssiger Stickstoff eingesetzt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einem Speicherbehälter für eine
pulverförmige Substanz, der in seinem oberen Teil
mit einem Einfüllstutzen für die pulverförmige
Substanz und mit einer Verteilvorrichtung für eine
Kühlflüssigkeit ausgestattet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem Abstand vom
Austrittsende des Einfüllstutzens (1) und in der
Nähe der Austrittsöffnungen der Verteilvorrichtung
für die Kühlflüssigkeit (4) ein Prallblech (2)
angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Prallblech (2a) eben geformt und schräg angeordnet
ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Prallblech (2b) die Form eines stumpfen Kegels
besitzt und mit der Kegelspitze zum Einfüllstutzen
zeigend, mittig unter diesem angeordnet ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Prallblech (2) mit Halterungen (5) am
Einfüllstutzen (1) befestigt ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verteilvorrichtung (4) für die Kühlflüssigkeit aus
einem seitlich neben dem Prallblech angeordneten
geraden Rechen (4a) besteht.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verteilvorrichtung (4) für die Kühlflüssigkeit aus
einer symmetrisch zum Kegel angeordneten
Ringleitung (4b) als Rechen besteht.
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