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Verfahren und Vorrichtung zum Konzentrieren von Flüssigkeiten und
zum Trocknen von Stoffen aller Art Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um Flüssigkeiten
aller Art zu konzentrieren bzw. zur Trockne einzudampfen und nicht flüssige Stoffe
zu trocknen, wobei in an sich bekannter Weise ein strömendes, trocknendes Medium,
zweckmäßig ein Gas- oder Luftstrom, benutzt wird, dessen Temperatur höher liegt,
als der für den zu behandelnden Körper kritischen, d. h. seine Eigenschaften nachteilig
verändernden Temperatur entspricht. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird
bei dieser Arbeitsweise die Temperatur des zu behandelnden Körpers selbst durch
künstliche Kühlung unter der für ihn kritischen Temperatur gehalten. Es wird dadurch
eine intensive und schnelle Konzentration oder Trocknung erreicht, ohne daß eine
Schädigung des zu behandelnden Materials eintritt.
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Unter kritischer Temperatur ist im vorliegenden Fall die Temperatur
zu verstehen, die im gegebenen Falle - nicht überschritten werden darf, ohne daß
Schädigungen der behandelten Körper eintreten. Es ist bekannt, daß eigentlich so
gut wie jeder Körpert der einem Erwärmungs- oder Erhitzungsprozeß besonders zum
Zwecke des Konzentrierens oder Trocknens ausgesetzt wird, seine Eigenschaften verschlechternde
Veränderungen erfährt, wenn er auf Temperaturen gebracht wird, die unter den gerade
vorliegenden Konzentrationsverhältnissen usw. Schädigungen hervorrufen. Es sei z.
B. erwähnt, daß sich Stärke bei zu starker Erwärmung in unerwünschter Weise bräunt
oder in anderen Fällen z. B. verkleistert, daß Diastaseauszüge bei Erwärmung über
bestimmte Temperaturen ihre verzuckernden Eigenschaften verlieren, daß Vitamine
in der Hitze zerstört werden, daß Leder bei starker Erwärmung spröde wird, daß anorganische
Kolloide beim Eindampfen koagulieren, daß bei Zuckerlösungen starke Zufärbung durch
Karamelbildung eintritt usw. Der Trocknungs- bzw. Konzentrationsvorgang muß deshalb
immer so geleitet werden; daß diese im gegebenen Fall bekannten kritischen Temperaturen.
die natürlich für jede Substanz und für die gerade vorliegenden physikalischen Verhältnisse
anders sind, nicht überschritten werden. Das Konzentrieren und d Trocknen wurde
daher bei den bisher iiblichen Methoden sehr vorsichtig und meistens langsam durchgeführt,
wobei die Trocknungstemperaturen des trocknenden Mediums auf das genaueste beobachtet
wurden.
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Durch das vorliegende Verfahren gelingt es, die Trocknungs- bzw.
Konzentrationsgeschwindigkeiten
eines jeden beliebigen Körpers
in ganz beträchtlicher Weise zu steigern, indem das trocknende Medium auf eine höhere
Temperatur erwärmt wird, als der zu behandelnde Körper eigentlich vertragen kann,
wenn nicht besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen wären, um schädliche Einwirkungen
zu U verhindern.
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Es werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zwei gegensätzliche
Methoden, nämlich übermäßige, eigentlich nicht zulässige Erwärmung und Abkühlung,
zu einem besonders wirksamen technischen Effekt zusammengeführt.
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Das neue Verfahren ermöglicht, derartige empfindliche Lösungen oder
feste Körper ohne Benutzung von Vakuumapparaten einzudampfen oder zu trocknen, ohne
daß trotz des intensiven und schnellen Trocknungsvorganges eine Schädigung eintritt.
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Das Verfahren besteht also darin, daß das zu behandelnde Gut mit
Hilfe einer künstlichen Kühlung unter der kritischen Temperatur gehalten wird, während
durch das über die kritische Temperatur erhitzte trocknende Medium die Feuchtigkeit
fortgeführt wird.
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Die Kühlung kann z. B. in der Weise erfolgen, daß bei Eindampfung
von Flüssigkeiten durch in dem Eindampfgefäß vorhandene Kühlschlangen, die fortgesetzt
mit Wasser beschickt werden, dessen Temperatur dicht unter der kritischen Temperatur
der zu behandelnden Flüssigkeit liegt, Temperaturerhöhungen, die z. B. durch die
über die Flüssigkeit hinstreichende Trocknungsluft eventuell eintreten würden, sofort
ausgeglichen werden. Es ist erfindungsgemäß zweckmäßig, die Temperatur des kühlenden
Mediums nicht zu tief unter den kritischen Punkt zu legen, um den Trocknungsvorgang
nicht zu stark zu hemmen.
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In gewissen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, durch Luftkühlung
die Temperaturerhöhung zu verhindern.
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Der Trocknungsvorgang bei dem Verfahren stellt sich also folgendermaßen
dar. Über das einzudampfende oder zu trocknende Medium streicht das trocknende Medium,
zweckmäßig heißes Gas bzw. Luft, die zunächst nicht mit Feuchtigkeit gesättigt ist,
und sättigt sich, indem sie sich selbst dabei abkühlt, da ihr die zur Verdampfung
notwendige Wärme entzogen wird, auf dem Wege mit Feuchtigkeit. Während dieses Vorganges
wird jedes Überschreiten der kritischen Temperatur dadurch verhindert, daß das zu
trocknende Medium selbst künstlich gekiihlt wird.
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Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, die mit Temperaturen des Trocknungsmediums
arbeiten, die über der kritischen Temperatur des zu trocknenden Körpers liegen,
benutzt das vorliegende Verfahren so hohe Trocknungstemperaturen, daß die Eigenkühlung
der zu trocknenden Körper z. B. durch Verdampfung oder Verdunstung des Wassers nicht
mehr ausreicht, um sie unter ihrer kritischen Temperatur zu halten; es müssen also
kiinstliche Mittel zur Kühlung angewendet werden.
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Die Abbildungen zeigen schematisiert verschiedene Vorrichtungen zur
Ausübung des Verfahrens und Anwendung desselben auf die verschiedensten Materialien.
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Abb. 1 zeigt eine Anordnung im Schnitt, die besonders zum Konzentrieren
von Flüssigkeiten, wie Fruchtsäften, Marmeladen, Milch, Sera, Pflanzenextrakten
u. dgl., geeignet ist. DieVorrichtungbesteht aus dem doppelwandigen, zweckmäßig
flachen Kessel 1, der oben durch einen relativ dicht an die Flüssigkeitsoberfläche
herangeführten Deckel 2 dicht verschlossen werden kann. An der Peripherie des Deckels
sind Gaszu- und -abführungsrohre 3 und 4-vorgesehen. In die Zuführungsleitung ist
der Heizkörper 5 und der Ventilator 6 eingebaut. Durch eine nicht gezeichnete Stopfbuchse
wird durch den Deckel 2 hindurch ein Rührwerk 7 in den Kessel I eingeführt. Dasselbe
ist als Doppelrohr ausgeJbildet, wobei das innere T-Rohr 8 für die Flüssigkeitszuführung
und das dieses umgebende äußere T-Rohr 9, das gleichzeitig die Welle des Röhrers
bildet, der Flüssigkeitsableitung dient.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Nachdem das zu konzentrierende Gut
durch geeignete nicht dargestellte Einfüllstutzen oder bei abgenommenem Deckel in
den Kessel eingefüllt worden ist, wird dasselbe durch in die Doppetwandung des Kessels
eingeleitetes heißes Wasser oder durch Dampf bei laufendem Propeller bis in die
Nähe der für die betreffende Flüssigkeit kritischen Temperatur angewärmt und dann
nach Abstellen der Mantelheizung mit Hilfe des Ventilators 6 durch den Heizkörper
5 über die kritische Temperatur der betreffenden Flüssigkeit erhitzte Luft über
das einzuengende Gut gedrückt, die durch das Rohr 4 feuchtigkeitsgesättigt den Kessel
verläßt. Um jede Erwärmung der einzuengenden Flüssigkeit über die kritische Temperatur
zu vermeiden, wird der rotierende Rührer mit Wasser beschickt, dessen Temperatur
unter der für die Flüssigkeit kritischen liegt.
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Auf diese Weise läßt sioh eine schnelle Konzentration erzielen. Soll
die mit der Luft fortgeführte Feuchtigkeit medergeschlagen werden, so kann an die
Leitung 4 ein nicht gezeichneter Kondensator angeschlossen werden, in dem die Luft
gekühlt wird und der dann die Feuchtigkeit abgibt.
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An Stelle des Hohlrührers kann natürlich auch ein voller Rührer benutzt
und zur Kühlung
die Doppelwandung des Kessels mit dem Kühlmittel
beschickt werden. Es sind die verschiedensten Variationen möglich.
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Die Abb. 2 bis 4 zeigen verschiedene auf demselben Grundprinzip beruhende,
zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen zur Trocknung von Trockengut
in Form von Bändern, wie Papier, Pappen, Leder, Kunstmassen u. dgl.
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In allen drei Abbildungen ist eine sich um die Wdle 2 drehende Hohitrommel
mit 1 bezeichnet, während die das bandförmige Gut auf die Trommel anlegenden Führungsrollen
3 und 4 sind.
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In Abb. 2 wird der ganze obere Trommelteil von einem in geringem
Abstand d von der Trommeloberfläche geführten Mantel 5 aus Blech o. dgl. umschlossen,
der die Walze auch seitlich übergreift. In den Mantel münden der Gaszuführungskanal
6 und der Abführungskanal 7. In den Zuführungskanal ist wieder ein Heizkörper 8
und ein Ventilator g eingebaut.
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Die Apparatur arbeitet in folgender Weise.
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Das der Trommel durch die Führungsrolle 3 zugeführte, zu trocknende
Band wird zunächst an dem noch nicht von dem Mantel bedeckten Teil cler Trommeloberfläche
vorgewärmt. die selbst von innen durch in Richtung der Trommelachse durchstreichende
warme Luft oder Dampf, eventuell auch Wasser, auf einer Temperatur gehalten wird,
die unter der kritischen des zu trocknenden Bandes liegt. Das Band kommt dann in
die vom Mantel überdeckte Zone der Trommel, wo der intensive Trocknungsvorgang durch
das vom Propeller g geförderte Trocknungsgas, dessen Temperatur über der kritischen
des zu trocknenden Gutes liegt und das durch das Rohr 7 feuchtigkeitsgesättigt den
Apparat verläßt, einsetzt. Über die Rolle 4 verläßt das Band getrocknet die Vorrichtung.
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Es kann natürlich der Trockengasstrom auch in entgegengesetzter Richtung
zur Drehrichtung der Trommel geführt werden, so daß der Trockenprozeß sich nach
dem Gegenstromprinzip abspielt.
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Die punktierte Anordnung zeigt, daß der Mantel in gewissen Fällen
auch bis unmittelbar an die Führungsrolle 3 herangezogen werden kann.
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In Abb. 3 ist die Vorrichtung insofern abgeändert, als noch eine
zweite Trockenluftzuführung mit Zuführungskanal Io, eingebautem Heizkörper II, Ventilator
12 und Abführungsrohr 13 vorgesehen ist, so daß bei Betrieb der Apparatur das zu
trocknende Gut auf dem zweiten Teil der Trommel noch einmal mit frischer Trockenluft
in Berührung kommt. Die Trockenluft wird bei dieser Anordnung durch den Ventilatorg
in Bewegungsrichtung des Trockengutes und durch den Ventilator 12 im Gegenstrom
dazu bewegt.
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In Abb. 4 werden durch die Zahlen dieselben Elemente bezeichnet wie
in den Abb. 2 und 3, nur ist die Anordnung der zweiten Trockenluftzuführung so getroffen,
daß auch sie die Trockenluft in der Bewegungsrichtung des Trockengutes fördert.
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Die Anordnung nach Abb. 5 ist besonders zur kontinuierlichen Konzentration
von Flüssigkeiten bzw. auch zur Trockeneindampfung solcher geeignet. Die Trockenstrecke
ist hier als schiefe Ebene 1 angeordnet, die z. B. in Form eines endlosen Stahlbandes
über die beiden Führungsrollen 2 und 3 läuft, wobei die Neigung der Ebene durch
Verstellen der Rolle 2 in dem Schlitz des Trägers 4 r%oulie;t werden kann.
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Die schiefe Ebene bzw. das Stahlband I wird oben durch den flachen
Kasten 5 und unten durch einen ebensolchen, 6, abgedeckt, zwischen welchen beiden
Kästen es läuft. Der Kasten 5 endet oben in einem Luftzuführungskanal 7 mit eingebautem
Lufterhitzer 8 und Ventilator g und trägt unten das Abführungsrohr IO.
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Während des Trocknungsvorganges fließt langsam das zu konzentrierende
bzw. zu trocknende Gut aus dem Behälter 11 auf die schiefe Ebene ab, die sich langsam
in Pfeilrichtung bewegt, und wird dem Behälter 12 an dem Ende der schiefen Ebene
zugeführt, wobei die über es hinstreichende, durch den Ventilator 9 geförderte Luft,
deren Temperatur natürlich wieder über der kritischen Temperatur des Trockengutes
liegt, die Feuchtigkeit entzieht. Durch die Schnelligkeit des Zuflusses und der
Bewegung des Bandes läßt sich jede gewünschte Konzentration einregulieren bzw. sogar
Trockengut erreichen, das durch den Schaber 13 von dem Bande abgenommen und dem
Behälter I2 zugeführt werden kann. Während des Trocknungsvorganges wird durch den
unteren Kasten 6 wieder Luft oder ein anderes geeignetes Medium geleitet, dessen
Temperatur unter der kritischen des Trockengutes liegt, um eine unzulässige Erwärmung
des letzteren zu verhindern.
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Wenn es sich nur um eine Konzentration von Flüssigkeit und nicht
um eine Trocknung handelt, kann mit der Vorrichtung auch bei stillstehender schiefer
Ebene gearbeitet werden.
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Die Abb. 6 zeigt eine Anordnung teilweise im Schnitt und teilweise
in Ansicht, bei der das zu trocknende feste Gut 1, z. B. Stärke, Mehl, photographische
Platten u. dgl., auf einem laufenden Band 2 durch einen Trocknuugskanal 3, den wieder
Luft durchsfteicht, deren Temperatur iiber der kritischen des Trocknungsgutes liegt,
geführt wird, während
gleichzeitig das laufende Band z. B. aus Stahl
von unten her mit Hilfe entlang streichender Luft 0. dgl. auf einer Temperatur erhalten
wird, die unter der kritischen des Trockengutes liegt.
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In Abb. 7 ist im Schnitt und in Abb. 8 in der Schnittebene A-A ein
Trockenkanal I dargestellt, auf dessen Boden 2 das Transportbad 3, das das - Trockengut
4 trägt, bewegt wird, während der durch den unter dem Transportband angeordneten
Kanal 5 in Bewegungsrichtung oder entgegengesetzt dazu hinstreichende Luftstrom
das Band kühlt und der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes über das Trockengut
hinstreichende Luftstrom die Trocknung bewirkt, wobei die Temperaturverhältnisse
der beiden Luftströme wieder in üblicher Weise geregelt sind.
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Abb. g zeigt im Schnitt eine der Anordnun 7 und 8 ähnliche Vorrichtung,
die nur insofern abweicht, als das Transportband 3 am Boden 2 des Trockenkanais
3 versenkt angeordnet ist; diese Versenkung ist in Abb. IO derart weit durchgeführt,
daß nur noch die Oberfläche des Trockengutes aus der Versenkungsrinne herausragt.
Diese Anordnungen, bei denen die Zahlen wieder dieselben Elemente bezeichnen wie
bei Abb. 7 und 8, haben den Vorteil, daß das Trockengut nicht durch den darüber
hinstreichenden Luftstrom fortgerissen werden kann bzw. daß diese Gefahr sehr abgeschwächt
ist.
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Abb. II zeigt im Schnitt eine Anordnung, bei der das Transportband
gewellt ausgebildet ist, um die kühlende Oberfläche des Bandes zu vergrößern und
dem Trockengut, z. B.
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Getreidekörnern, eine windsichere Auflage zu bieten. Die Zahlen bezeichnen
auch hier wieder dieselben Elemente wie in Abb. 7 bis IO.
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Während bei den Anordnungen nach Abb. 7 bis 11 das Transporthand
am Boden des Trockenkanals angeordnet war, ist in Abb. I2 und 14 im Schnitt und
in Abb. 13 in Schnittebene A-a4 eine Vorrichtung dargestellt, bei der sich das Transportband
auf einer in der Kanalmitte angeordneten Unterlage bewegt.
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Hier ist der Kanal mit I, die das Transportband 3 tragende Unterlage
mit 2 und das Trockengut mit 4 bezeichnet. Die Unterlage 2 ist zweckmäßig als Stromlinienkörper
ausgebildet, was den Vorteil hat, daß der Trockenluftstrom ohne Wirbelbildung über
das zu trocknende Gut hinstreicht. Es ist das z. B. wichtig bei der Trocknung von
Gelatineemulsionen, Leimen u. dgl. Der Stromlinienkörper ist hohl ausgebildet, um
in bekannter Weise das Kühlmedium, das den zu trocknenden Körper unter der kritischen
Temperatur hält. hindurchleiten zu können, während die Temperatur des Trocknungsstromes
wieder über der kritischen Temperatur liegt.
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Abb. I5 zeigt im Schnitt und Abb. 16 in Schnittebene A-A eine Anordnung,
bei der das zu trocknende Gut, wie Stärke, Zucker u. dgl., in Transportkästen 3,
die je einer auf dem Glied einer Gliederkette 2 angeordnet sind, durch den Trockenkanal
I transportiert werden. Jeder Transportkasten ist so ausgebildet, daß er unter dem
das Trockengut 4 tragenden Boden 5, also zwischen dem Boden 5 und der Gliederkette2,
einen Kanal 6 hat, der wieder in üblicher Weise zur Durchleitung des Kühlmediums
dient, während d die Trockenluft über das Gut streicht. Die Abb. 15 stellt nur ein
kurzes Stück der Gliederkette dar, die an und für sich als endlose Kette ausgebildet
ist und über nicht gezeichnete Rollen läuft. Das getrocknete Gut wird dann aus den
Kästen beim Umkippen entleert.
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Abb. I7 zeigt im Schnitt und Abb. I8 in Schnittebene A-A einen nach
dem Verfahren arbeitenden Trommeltrockner. Die auf den Rollen 2 ruhende Trockentrommel
I ist von einem Mantel 3 umgeben. Durch die in geeigneter Weise in langsame Drehung
versetzte Trommel I, der das zu trocknende Gut 4 aus dem Einlauftriohter 5 zugeführt
wird, wird mit Hilfe des Ventilators 6 durch die Heizvorrichtung7 angewärmte Luft,
deren Temperatur über der für das betreffende Trockengut kritischen liegt, hindurchgedrückt,
die durch den Abzug 8 wieder austritt. Um eine intensive und gleichmäßige Trocknung
zu erzielen, wird das Gut beim Drehen der Trommel durch die im Innern der Trommelwand
vorgesehenen Vorsprünge 9 hochgenommen und gleichzeitig dem Auslaß IO für das Trokkengut
zubewegt. Während des Trocknungsvorganges wird durch den Trommelmantel 3 mit Hilfe
des Ventilators II Luft gepreßt. die bei 12 wieder austritt, um eine Erwärmung der
Trommelwandungen und damit eine Erwärmung des Trockengutes über die kritische Temperatur
eu verhindern.
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Es ist klar, daß bei sauerstoffempfindlichen Stoffen statt Luft andere
geeignete Gase, wie Stickstoff, Kohlensäure u. dgl., zum Trocknen benutzt werden
können. Die Kühlung kann durch Luft, Wasser u. dgl. Mittel geschehen. . Es sind
die verschiedensten Variationen des Verfahrens möglich.
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Um das Verfahren zu veranschaulichen, werden die folgenden Ausführungsbeispiele
angefügt: Beispiel 1, Zur Eindampfung eines diastatischen Malzauszuges zwecks Herstellung
eines hochaktiven Diastasepräparates wurde über die Flüssigkeitsoberfläche ein Luftstrom
von etwa 1000 C geblasen, während der rotierende Rührer so mit ; Kühlwasser beschickt
wurde,
daß die Temperatur in der Flüssigkeit selbst nicht über 500
C stieg.
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Durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers läßt
sich die Temperatur sehr genau regulieren.
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Beispiel 2 Bei der Trocknung von Pappen beträgt die kritische Temperatur
etwa IooOC. Die Trocknung erfolgt bisher durch Dampfzylinder mit Oberflächentemperaturen
von etwa 120 bis I300 C, wobei die Erwärmung auf der der Trommelseite anliegen,
den Fläche stattfindet. Das verdunstete Wasser steigt aus der frei liegenden Fläche
aus.
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Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung wird die Wand der Trockentrommel
auf etwa 900 C dauernd künstlich temperiert und über die freie Oberfläche der Pappenbahn
Trocknungsluft von etwa I500 C geleitet, wobei trotzdem keine Schädigung eintritt.
da die künstliche Temperierung der Trockentrommel unterhalb der für die Pappenbahn
kritischen Temperatur unter allen Umständen, gleichgültig ob die Pappe noch viel
Feuchtigkeit enthält oder wenig, dafür Garantie leistet, daß die kritische Temperatur
nicht überschritten wird.
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PTETANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Konzentrieren von Flüssigkeiten und
zum Trocknen von Stoffen aller Art unter Benutzung eines strömenden, trocknenden,
auf die freie Oberfläche der zu behandelnden Körper einwirkenden Gas- oder Luftstromes,
dessen Temperatur höher liegt, als der für den zu behandelnden Körper kritischen,
d. h. seine Eigenschaften nachteilig g verändernden Temperatur entspricht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des zu behandelnden Körpers durch nicht direkt
auf seine freie Oberfläche einwirkende künstliche Kühlung unter der für ihn kritischen
Temperatur gehalten wird.