DE60009554T2

DE60009554T2 - Vorrichtung zur zerstäubung einer flüssigkeit, mit dieser vorrichtung ausgerüstete anlage zum sprühtrocknen und konditionieren sowie verfahren zum konditionieren eines flüssigen produktes

Info

Publication number: DE60009554T2
Application number: DE60009554T
Authority: DE
Inventors: Cornelis Antonius BOERSEN; Marten Willem FRISO
Original assignee: Carlisle Process Systems BV
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: EP1239972A1; AU2004205122A1; US20020175225A1; EP1239972B1; NL1013893C2; WO2001045858A1; DK1239972T3; AU773250B2; CA2394127A1; ATE262980T1; DE60009554D1; CA2394127C; AU3243701A; AU2004205122B2; NZ519590A; US6902122B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Produkts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5, sowie ein Verfahren zur Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt, und in dem Artikel "Zerstäuben von Flüssigkeiten" [atomization of liquids] von Peter Walzel in Chem. Ing. Tech. 62 (1990), Nr. 12, Seiten 983 bis 994 ist eine solche Ringspaltdüse genannte Vorrichtung auf Seite 986 beschrieben.
Mit einer solchen Vorrichtung erhält man im Allgemeinen einen hohlen kegelförmigen Strom von Flüssigkeitströpfchen, welche Tröpfchen, wenn sie in die Trocknungskammer von zum Beispiel einem Sprühtrockner abgegeben werden, einem Trocknungsvorgang unterworfen werden können, wodurch ein handhabbares Produkt gebildet wird, das dann, falls gewünscht, innerhalb oder außerhalb des Sprühtrockners einer weiteren Behandlung unterzogen werden kann.
Im Fall einer solchen Vorrichtung wird gewöhnlich ein hoher Druck benötigt, um die Flüssigkeit in getrennte Tröpfchen aufzubrechen, und, ausgehend von der bekannten Vorrichtung, hat sich der Anmelder alle Mühe gegeben, um die besagte Vorrichtung in einer solchen Weise weiter zu verbessern, dass man eine bessere Aufteilung in getrennte Tröpfchen erhält, so dass die Möglichkeiten der Wechselwirkung zwischen solchen Tröpfchen und der Trocknungsluft verbessert werden, während die Verwendung von hohen Drücken vermieden werden kann.
Das oben erwähnte Ziel wird durch die Tatsache erreicht, dass das Gehäuse der Vorrichtung im Boden eines hohlen Mantels untergebracht ist, und dass mindestens eine Öffnung im Boden des hohlen Mantels vorhanden ist, zu welcher Öffnung mindestens ein anderes Medium zugeführt werden kann, welches Medium aus der Öffnung ausströmen kann und mit dem durch den Ausströmspalt abgegebenen Flüssigkeitshohlkegel in Wechselwirkung tritt.
Insbesondere offenbart die GB 203 794 A eine Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Produkts, bei der die Flüssigkeit zwischen einem Gehäuse und einem Einsatz mit einem kegelförmigen Führungsende geführt durch einen Ringspalt strömt. Der Mantel um das Gehäuse herum weist eine ringförmige Öffnung auf, der ein zweites Medium zugeführt werden kann. Die Achsen zu der Öffnung sind Tangenten zu einer konvergierenden Kegelfläche bzw. Kegeloberfläche, und der konvergierende Kegel des zweiten Mediums tritt mit dem Hohlkegel des ersten Mediums in Wechselwirkung.
In der obigen Diktion ist der Begriff "Boden" nicht notwendigerweise eine nach unten gerichtete Oberfläche, sondern soll eine Ebene angeben, aus deren Oberfläche das Gehäuse der Vorrichtung nach außen ragt.
Eine Auslegung der Vorrichtung, wie hier angegeben, erzeugt eine Zerstäubungsmöglichkeit, die einerseits eine große Flexibilität besitzt, was das Leistungsvermögen angeht, während man andererseits, indem man ein anderes Medium (zum Beispiel Luft) mit dem gebildeten Flüssigkeitshohlkegel kollidieren lässt, eine sehr gute Aufspaltung des flüssigen Materials in getrennte Tröpfchen erhält, mit den begleitenden sehr guten Trocknungsmöglichkeiten solcher Tröpfchen.
Es wird festgestellt, dass mindestens ein anderes Medium zugeführt werden kann, welches Medium durch die Öffnung oder Öffnungen ausströmt, so dass eine Wechselwirkung mit dem durch den Ausströmspalt abgegebenen Flüssigkeitshohlkegel folgt. Wenn mehr als ein anderes Medium verwendet wird, wird angenommen, dass diese Medien getrennt zu einer Öffnung oder einem System von Öffnungen zugeführt werden, die für sie vorgesehen sind, falls nicht anders angegeben.
Gute Ergebnisse erhält man, wenn eine oder mehrere Ansammlungen von mehreren Öffnungen im hohlen Mantel um die Vorrichtung herum vorhanden sind und symmetrisch um ihr Gehäuse herum vorgesehen sind.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Gehäuse von einer rotations- bzw. zirkularsymmetrischen Gestalt, während jede von der einen oder den mehreren Ansammlungen von Öffnungen in einer gleichförmig verteilten Weise auf einem Kreis um das Gehäuse herum vorgesehen ist.
Die oben erwähnten Öffnungen können selbstverständlich von vielerlei verschiedenen Arten und Ausführungen sein, jedoch sind die Öffnungen zweckmäßig Bohrungen.
Bei einer Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist, sind die Öffnungen Bohrungen, während die Achse für jede der Bohrungen vertikal zum Boden des hohlen Mantels gelegen ist.
Bei einer attraktiven Ausführungsform sind die Öffnungen Bohrungen, während die Achse von jeder der Bohrungen einen Winkel ungleich null mit der Vertikalen zum Boden des hohlen Mantels bildet, in dem das Gehäuse der Vorrichtung untergebracht ist.
Jedoch ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung, gemäß dem unabhängigen Anspruch 5, sehr vorteilhaft, dass die Vertikale zum Boden des hohlen Mantels und die Achse von einer der Öffnungen immer eine Ebene bilden, in der auch die Tangente zu dem oben erwähnten Kreis an der Position der Öffnungsachse liegt.
Ansonsten können bei der Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 der Erfindung die Vertikale zum Boden des hohlen Mantels und die Achse von einer der Öffnungen immer in einer Ebene liegen, die einen Winkel mit einer Ebene bildet, in der die besagte Vertikale und die Tangente zu dem Kreis an der Position der Achse einer Öffnung liegen.
Eine Veränderung der Richtung der Öffnungen kann einen größeren oder kleineren Einfluss auf den von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebildeten Flüssigkeitshohlkegel erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein verhältnismäßig geringer Druck des flüssigen ersten Mediums ausreichen. Dank der Tatsache, dass das Einsatzteil ein Führungsende aufweist, das von einer Kegelform ist, wird zwischen dem Ausströmende und dem Führungsende ein Flüssigkeitsfilm gebildet, der in Hohlkegelform austritt. Der besagte Flüssigkeitsfilm kann in der Tat einen geschlossenen oder im Wesentlichen geschlossenen Charakter besitzen.
Das Aufbrechen des Films im Tröpfchen findet durch die Einwirkung des anderen Mediums oder der anderen Medien statt, je nachdem. Diese Ausführung macht es möglich, auf die Verwendung von hohem Druck für das erste Medium zu verzichten.
Bei der zuletzt erwähnten Ausführungsform gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sind die Achsen der Öffnungen, welche Bohrungen sein können, im Wesentlichen Tangenten zu einer (imaginären) Kegelfläche bzw. Kegeloberfläche, wobei die Spitze des Kegels bei der Vorrichtung auf der Seite gelegen ist, von der aus das erste Medium zugeführt wird. Die Kegelfläche weist zweckmäßig einen Spitzenwinkel zwischen 30 und 150 Grad, vorzugsweise. zwischen 60 und 150 Grad auf.
Spezieller wird dann erfindungsgemäß der Strom des anderen zugeführten Mediums nach außen gelenkt und wird als sehr wirksam beim Aufbrechen des Films empfunden. Zusätzlich weist der Strom des zweiten Mediums eine tangentiale Komponente auf, die zum optimalen Aufbrechen des Hohlkegels des ersten Mediums beiträgt.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind in einer Ansammlung von Öffnungen (oder in jeder Ansammlung) die Öffnungen kombiniert, um einen gleichförmigen Ringspalt (oder gleichförmige konzentrische Ringspalte im Fall von mehreren Ansammlungen) zu bilden.
Was die Öffnungen angeht, so wird darauf hingewiesen, dass die Dicke H des Bodens des hohlen Mantels die folgende Beziehung mit dem (hydraulischen) Durchmesser und dem Winkel α aufweist, den die Achse einer Öffnung mit der horizontalen Ebene des Bodens bildet:
Die Richtung und Größe einer Öffnung sind zweckmäßigerweise derart, dass in einer zum Boden senkrechten Richtung kein direkter Durchlass beobachtet wird (man kann nicht durch den Boden mit Öffnungen durchsehen).
Die oben umrissene erfindungsgemäße Vorrichtung weist sehr vorteilhaft einen Ausströmspalt auf, der größenverstellbar ist.
Bei einer grundlegenden Ausführungsform weist das Einsatzteil, das einen Teil der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff bildet, eine feststehende Position in Bezug zum Gehäuse auf, in dem das Einsatzstück untergebracht ist, wodurch ein ringförmiger Ausströmspalt gebildet wird.
Jedoch ist das Einsatzteil vorteilhafterweise so angeordnet, dass es verstellbar ist, um einen verstellbaren ringförmigen Ausströmspalt zu bilden.
Bei einer sehr attraktiven Ausführungsform ist das Einsatzteil in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Bezug zum Gehäuse beweglich angeordnet, während Federeinrichtungen vorhanden sind, um sicherzustellen, dass wenn der Druck im ersten Medium unter einen vorbestimmten Wert absinkt, das Führungsende des Einsatzteils gegen das Ausströmende des Gehäuses gezogen wird, wodurch das Ausströmende im Wesentlichen verschlossen wird.
Das Vorhandensein der Federeinrichtungen stellt sicher, dass wenn ein gewisser, mit der Federkraft verbundener Druck überschritten wird, das Einsatzteil in Bezug zum Gehäuse nach außen bewegt wird, so dass flüssiges Produkt in Form eines Hohlkegels durch den Ausströmspalt ausströmen kann.
Bei dieser Ausführungsform sind Verstelleinrichtungen vorgesehen, so dass die maximale Größe des Ausströmspalts eingestellt werden kann.
Wenn der Druck innerhalb des Gehäuses unter einen vorbestimmten Wert absinkt, welcher der Kraft entspricht, die vom Druck ausgeübt wird, und gleich der Kraft ist, die von den Federeinrichtungen auf das Einsatzteil ausgeübt wird, wird das Einsatzteil mit seinem Führungsende gegen das Ausströmende des Gehäuses gezogen, wodurch das letztere im Wesentlichen verschlossen wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Sprühtrocknungsvorrichtung, mindestens umfassend eine Kammer, eine darin angeordnete Sprühdüse, Zufuhreinrichtungen zum Zuführen eines flüssigen Produkts zwecks Zerstäubung zur Sprühdüse, und Einrichtungen zum Austragen von sprühgetrocknetem Produkt, sowie auch innerhalb oder außerhalb der Trocknungskammer angeordnete Behandlungs- oder Nachbehandlungseinrichtungen, in welchen Einrichtungen eine oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Konditionieren eines flüssigen Produkts, welche Vorrichtung eine Zerstäubungsdüse für das flüssige Produkt, eine Behandlungskammer und einen Auslass aus der Behandlungskammer umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zerstäubungsdüse eine Vorrichtung von der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Art ist.
Die in der Konditionierungsvorrichtung vorhandene Zerstäubungsvorrichtung kann Öffnungen für ein anderes Medium umfassen, jedoch sind zweckmäßigerweise zwei oder mehr (Ansammlungen von) Öffnungen vorhanden, um zwei oder mehr verschiedene Medien zu einem durch den Ausströmspalt abgegebenen Flüssigkeitshohlkegel zuzuführen.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Konditionieren eines flüssigen Produkts, bei dem eine solche Flüssigkeit in feine Tröpfchen zerteilt und mit einem oder mehreren anderen Medien in Kontakt gebracht wird, um Wärme und/oder gewünschte Substanzen zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird.
Bei einer attraktiven Ausführungsform kann das Verfahren zum Beispiel verwendet werden, um Stärke zu kochen, indem eine Paste derselben mit Dampf und/oder Luft behandelt wird.
Der Begriff Konditionierung, wie oben erwähnt, sollte so verstanden werden, als ob er eine beliebige Behandlung bedeutet, die dazu dient, ein flüssiges Produkt oder Bestandteile desselben in einen gewünschten Zustand zu bringen. Die Behandlung kann die Zufuhr/den Entzug von Wärme, die Zufuhr/den Entzug von Bestandteilen usw, beinhalten.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist;
2 in vergrößerter Einzelheit das Gehäuse zeigt, das einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet;
3A den Boden eines hohlen Mantels zeigt, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung untergebracht ist;
3B schematisch eine Bohrung im Boden des hohlen Mantels zeigt;
4 schematisch eine Vorrichtung zeigt, die mit Federeinrichtungen zum Öffnen des Ausströmspaltes in Abhängigkeit vom Druck des ersten Mediums versehen ist;
5 eine Ansicht des Bodens des hohlen Mantels zeigt, in dem das Gehäuse der Vorrichtung untergebracht ist;
6 schematisch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines in einer Flüssigkeit verteilten Produkts zeigt;
7 ein Gehäuse selbst mit einem verstellbar angeordneten Einsatzteil zeigt.
1 zeigt einen hohlen Mantel 1, der eine erfindungsgemäße Zerstäubungsvorrichtung beherbergt, die ein Gehäuse mit Teilen 11, 12 umfasst, in denen ein Einsatzteil 6 mit einem Leit- bzw. Führungsende 2 untergebracht ist. Das Gehäuse ist im hohlen Mantel 1 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen (im Einzelnen nicht weiter dargestellt) untergebracht.
Das Führungsende 2 weist eine Kegelform auf, die zum Mediumzufuhreinlass hin weist, welche Kegelform einen Spitzenwinkel zwischen 30 und 150 Grad aufweist, wobei dieser Winkel zweckmäßigerweise zwischen 90 und 150 Grad beträgt. Die Seite des Einsatzteils, die von der Mediumzufuhr weg weist, ist ebenfalls kegelförmig; diese Form ist nützlich, um ein Anbacken von zerstäubtem und möglicherweise getrocknetem Produkt zu verhindern.
Ein zu zerstäubendes flüssiges Produkt (das erste Medium) wird bei 13 zugeführt und durch Räume 4 und 5 zum Ende 10 des Gehäuses 11, 12 geleitet; das Produkt gelangt dann in den Spalt – der hier eine feste Einstellung aufweist – der zwischen dem Führungsende 2 und dem Ausströmende 10 des Gehäuses frei bleibt, und strömt dann in Form eines Flüssigkeitshohlkegels aus.
Die Kegelform von demjenigen Teil des Einsatzteils, der zur Medienzufuhr hin weist, bestimmt den Spitzenwinkel des gebildeten Flüssigkeitshohlkegels. Selbst wenn das erste Medium bei geringem Druck vorliegt, erhält man einen Flüssigkeitshohlkegel, wobei es in diesem Fall sein kann, dass die Flüssigkeit nur ein kleines Maß an Aufbrechen in einzelne Tröpfchen zeigt. Wenn der Druck des ersten Mediums erhöht wird, wird das Aufbrechen in einzelne Tröpfchen zunehmen. Das Aufbrechen ist nicht unbedingt wesentlich für das Funktionieren der Vorrichtung, da die Beeinflussung durch ein oder mehrere andere Medien durch die speziell gewählten Richtungen und Strömungsmengen eine kontrollierte Zerstäubung sicherstellen kann, wie unten beschrieben wird.
Ein zweites Medium in Form von Gas tritt bei 14 in den hohlen Mantel 1 ein und durch den Raum 3 hindurch, welches Medium durch die schematisch dargestellten Öffnungen 7 ausströmt, und der so gebildete Gasstrom tritt mit der Flüssigkeit des Hohlkegels in Wechselwirkung, die durch den Ausströmspalt 9 zwischen dem Ausströmende 10 des Gehäuses 11, 12 und dem Führungsende 2 des Einsatzteils 6 abgegeben wird.
Die Öffnungen 7 sind in einem Kreis um die Vorrichtung herum angeordnet, welche hier in einer rotations- bzw. zirkularsymmetrischen Gestalt dargestellt ist; die Öffnungen 7 sind Bohrungen, und die Achse der Bohrungen liegt zusammen mit der Vertikalen zum Boden 8 des hohlen Mantels 1 in einer Ebene, in der die Tangente zu dem Kreis, um den herum die Öffnungen 7 in regelmäßigen Abständen verteilt sind, ebenfalls liegt.
Wie in der Beschreibung angegeben, kann die Achse der Öffnungen vorteilhaft ebenfalls in einer Ebene liegen, in der die Vertikale zum Boden 8 zusammen mit der besagten Achse untergebracht ist, während die oben erwähnte Ebene einen Winkel mit der Ebene bildet, in der die Tangente zum Kreis und die oben erwähnte Vertikale liegen.
Der Fachmann wird nun wissen, wie in Abhängigkeit von der gewünschten Aufspaltungs- und Trocknungswirkung die Position, die Anzahl, die Form und die Größe der Öffnungen verändert werden sollten, um das optimale Ergebnis zu erhalten.
2 zeigt schematisch in einem vergrößerten Maßstab das Gehäuse 11, 12 aus 1, wobei dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Das Einsatzteil 6 mit dem Führungsende 2 ist hier deutlich sichtbar; man kann auch sehen, dass der Ausströmspalt 9 von einer geringfügig trichterförmigen Gestalt ist, so dass der höchste Druck des ersten Mediums schließlich an der Außenseite des besagten Spaltes 9 liegt.
Der Spitzenwinkel des Flüssigkeitshohlkegels des ersten Mediums wird im Wesentlichen durch die Neigung des Teils 2A des Führungsendes 2 bestimmt; der Spitzenwinkel des Hohlkegels wird im Allgemeinen einen Wert zwischen 150° und 60° besitzen. Spitzenwinkel von weniger als 60° sind möglich, jedoch ist dann der Kontakt der Tröpfchen im Hohlkegel mit der aus den Öffnungen 7 des hohlen Mantels 1 austretenden Luft weniger wirkungsvoll.
In 3A ist der Boden 8 des hohlen Mantels 1 sichtbar, wobei zwei Öffnungen 7 auf einem Kreis um das Gehäuse der Vorrichtung herum angebracht sind. Man kann in 3A sehen, dass die Öffnungen unter einem Winkel zur Normalen zum Boden 8 gebohrt sind, wobei in diesem Fall die Normale zum Boden 8 und die Achse der Öffnung 7 in einer Ebene liegen, in der auch die Tangente zu dem dargestellten Kreis liegt.
Eine gebohrte Öffnung 7 im Boden 8 ist ausführlich in 3B dargestellt, aufgenommen entlang der Linie A-A in 3A.
Was den Zustand angeht, dass die Öffnungen vorzugsweise in einer solchen Weise vorgesehen sind, dass bei Betrachtung in Richtung des Bodens des Mantels in einer zum Boden senkrechten Richtung kein direkter Durchlass beobachtet wird, wird Folgendes festgestellt.
Bei einer Plattendicke H in 3B, einem Öffnungsdurchmesser D und einem Winkel α mit der horizontalen Ebene ist diese Bedingung erfüllt, wenn:
4 zeigt die Situation, in der Vorkehrungen vorhanden sind, damit der Ausströmspalt zwischen dem Führungsende des Einsatzteils und dem Ausströmende durch das Vorhandensein von Federeinrichtungen verstellbar ist.
Die Vorrichtung zur Zerstäubung eines flüssigen ersten Mediums ist in einem hohlen Mantel 40 untergebracht. Eine Feder 42 ist zwischen einem festen Anschlag 43 und einem verstellbaren Anschlag 44 um den Schaft 50 des Einsatzteils mit dem Führungsende 49 herum untergebracht. Eine Mutter 46 auf dem Gewindeschaft 50 sorgt für die Einstellung einer geeigneten Größe des Ausströmspalts, während die Mutter 45 die Kompression der Feder 42 und somit den Druck festlegt, oberhalb von dem der Spalt geöffnet ist oder unterhalb von dem der Spalt geschlossen ist. Das Bezugszeichen 47 bezeichnet eine Anzahl von Dichtringen, die an sich bekannt sind und die für eine Mediumabdichtung der Zerstäubungsvorrichtung sorgen.
5 zeigt eine Ansicht von oben auf eine sehr attraktive bevorzugte Ausführungsform eines Bodens 55 eines hohlen Mantels, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung untergebracht ist.
Die Öffnungen 56 sind in einer solchen Weise gebohrt, dass die Einlässe 56A der Öffnungen 56 auf einem Kreis um das Führungsende 57 herum liegen, während ihre Enden 56B auf einem anderen, in diesem Fall größeren Kreis liegen. Die Ausströmrichtung aus der einen oder den mehreren Öffnungen 56 (daher deren Achse) ist hier vorteilhaft immer in einer Tangentenebene zu einer (imaginären) Kegelfläche gelegen. Die Öffnungen 56 sind in dieser Kegelfläche gelegen, und die Spitze der Kegelfläche befindet sich auf der Seite, von der aus das erste Medium zugeführt wird, wobei die Ausströmrichtung aus jeder von der einen oder den mehreren Öffnungen 56 einen Winkel mit einer Verbindungslinie zwischen der Öffnung 56 und der Spitze der Kegelfläche bildet. Es ist verständlich, dass das ausströmende zweite Medium in einem vorteilhaften Hohlkegel ausströmt und auch eine tangentiale Komponente aufweist. Eine optimale Zerstäubung des zu zerstäubenden flüssigen Produkts kann somit selbst bei verhältnismäßig geringen Drücken desselben stattfinden.
6 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der früher erwähnten Sprühtrocknungsmöglichkeit unterscheidet. Diese Anordnung betrifft eine Wärmebehandlung eines in einer Flüssigkeit verteilten Produkts, zum Beispiel das Kochen von Stärke in einer Paste derselben in Wasser.
Eine Stärkepaste zum Kochen wird über 61 zugeführt und strömt in Form eines hohlen Flüssigkeitskegels über einen Spalt 63 aus. Die Bezugszeichen 65 und 66 zeigen an, dass zwei andere Medien zugeführt werden können. Zum Kochen von Stärke wird es ausreichend sein, zum Beispiel Dampf zuzuführen; für andere Produkte werden zum Beispiel Dampf und Luft zugeführt. Auf die über 63 in Form eines Hohlkegels ausströmende Stärkepaste wird von dem Strom (den Strömen) von anderem Medium aus 65 und/oder 66 eingewirkt, und der Hohlkegel bricht in kleine Tröpfchen auf, während auch eine Erwärmung und Durchmischung stattfinden. Die Erwärmung findet innerhalb einer eingebauten Kammer 60 statt; das behandelte Produkt strömt bei 67 aus. Ein ausgezeichnetes gekochtes Stärkeprodukt kann auf diese Weise in einer sehr kurzen Zeit hergestellt werden (Verweilzeiten in der Größenordnung von mehreren Dutzend Millisekunden).
Schließlich zeigt 7 ein Gehäuse, das, wie oben beschrieben, einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden kann. Die Funktionsweise ist so, wie in 4 angegeben. Das Gehäuse ist mit 71 bezeichnet, das bewegliche, verstellbare Einsatzteil mit 72 und dessen Schaft mit 73. Der Schaft 73 befindet sich innerhalb des Raums 74 und ist von einer Feder 75 umgeben.
Wie in 4 beschrieben, werden Muttern 76 und 77 verwendet, um die Einstellung des Ausströmspalts oder den Öffnungs-/Schließdruck in Bezug zu dem zu zerstäubenden Medium zu verstellen, während 80 und 78 den beweglichen bzw. feststehenden sogenannten Anschlag für die Federeinrichtungen 75 darstellen.
Das Medium zur Zerstäubung tritt bei 81 ein und strömt durch den Auslassspalt 79 aus. Wenn ein ausreichender Druck vorhanden ist, öffnet sich der Spalt 79 bis zu einem durch die Mutter 76 festgelegten Wert; wenn der Druck unter diesen absinkt, schließt sich der Spalt infolge der mittels der Mutter 77 eingestellten Federkraft wieder.
Hinsichtlich der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ausgestattet ist, um ein flüssiges Medium zu zerstäuben, wird festgestellt, dass die Vorrichtung die folgenden Eigenschaften besitzt:
(a) Die Zerstäubung ist äußerst fein und homogen;
(b) Der Sprühkegel in Form eines Hohlkegels wird durch Wechselwirkung mit dem oder den durch die Öffnungen zugeführten einen oder mehreren anderen Medium bzw. Medien sehr gut in einzelne Tröpfchen aufgebrochen;
(c) Das Leistungsvermögen der Düse ist sehr leicht einstellbar und zwischen zum Beispiel 100 und 1000 kg pro Stunde regulierbar;
(d) Die Düse kann bei geringe Flüssigkeitsdrücken, zum Beispiel von 1,25 bar absolut an arbeiten.
Der Spitzenwinkel des hohlen Flüssigkeitskegels liegt im Allgemeinen zwischen 90° und 150° und ist vorzugsweise nicht kleiner als 60°.
Die Öffnungen können bei vielen verschiedenen Winkeln liegen; eine typische Öffnung liegt bei einem Winkel von 45° in Bezug zur Normalen zum Boden 8, wobei die Achse einer Öffnung eine Tangente zu einer Kegelfläche ist, deren Spitzenwinkel kleiner als 90° ist, zum Beispiel 70°. Die Kanäle weisen zweckmäßig eine Länge vom Doppelten des Öffnungsdurchmessers auf, obwohl es auch möglich ist, von diesem Wert abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Produkts, mindestens umfassend ein Gehäuse (11, 12; 71), in das ein erstes Medium in Form eines flüssigen Produkts zur Zerstäubung zugeführt werden kann, wobei das Gehäuse (11, 12; 71) ein Ausströmende (10) und ein Einsatzteil (6; 72) mit einem Führungsende (2; 49) mit einer Kegelform aufweist, das mit dem Ausströmende (10) des Gehäuses (11, 12; 71) wechselwirkt, wodurch ein ringförmiger Ausströmspalt (9; 63; 79) zum Erzeugen eines Flüssigkeitshohlkegels gebildet wird, bei der das Gehäuse (11, 12; 71) der Vorrichtung im Boden (8; 55) eines hohlen Mantels (1; 40) untergebracht ist, und bei der eine oder mehrere Ansammlungen von mindestens einer Öffnung (7; 48; 56) im Boden (8; 55) des hohlen Mantels (1; 40) vorhanden sind, zu welcher Öffnung (7; 48; 56) mindestens ein anderes Medium zugeführt werden kann, welches andere Medium aus der Öffnung (7; 48, 56) ausströmen und mit dem durch den Ausströmspalt (9; 63; 79) abgegebenen Flüssigkeitshohlkegel Wechselwirken kann, und eine Ansammlung symmetrisch um das Gehäuse (11, 12; 71) herum vorgesehen ist, bei der die Achsen der Öffnungen (7; 48; 56) Tangenten zu einer Kegelfläche sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spitze der Kegelfläche auf derjenigen Seite befindet, von der aus das erste Medium zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche einen Spitzenwinkel zwischen 30 und 150 Grad aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 12; 71) von einer rotationssymmetrischen Gestalt ist, und jede von der einen oder den mehreren Ansammlungen von Öffnungen (7; 48; 56) in einer gleichförmig verteilten Weise auf einem Kreis vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7; 48; 56) Bohrungen sind, und die Achse von jeder der Bohrungen einen Winkel mit der Vertikalen auf den Boden (8; 55) bildet.
Vorrichtung zum Zerstäuben eines flüssigen Produkts, mindestens umfassend ein Gehäuse (11, 12; 71), in das ein erstes Medium in Form eines flüssigen Produkts zur Zerstäubung zugeführt werden kann, wobei das Gehäuse (11, 12; 71) ein Ausströmende (10) und ein Einsatzteil (6; 72) mit einem Führungsende (2; 49) mit einer Kegelform aufweist, das mit dem Ausströmende (10) des Gehäuses (11, 12) wechselwirkt, wodurch ein ringförmiger Ausströmspalt (9; 63; 79) zum Erzeugen eines Flüssigkeitshohlkegels gebildet wird, bei der das Gehäuse (11, 12; 71) der Vorrichtung im Boden (8; 55) eines hohlen Mantels (1; 40) untergebracht ist, und bei der eine oder mehrere Ansammlungen von mindestens einer Öffnung (7; 48; 56) im Boden (8; 55) des hohlen Mantels (1; 40) vorhanden sind und eine Ansammlung symmetrisch um das Gehäuse (11, 12; 71) herum vorgesehen ist, bei der die Öffnungen (7; 48; 56) Bohrungen sind, zu welcher Öffnung (7; 48) mindestens ein anderes Medium zugeführt werden kann, welches andere Medium aus der Öffnung (7; 48; 56) ausströmen und mit dem durch den Ausströmspalt (9; 63; 79) abgegebenen Flüssigkeitshohlkegel Wechselwirken kann, bei der das Gehäuse (11, 12; 71) von rotationssymmetrischer Gestalt ist, und jede von der einen oder mehreren Ansammlungen von Öffnungen (7; 48; 56) in einer gleichförmig verteilten Weise auf einem Kreis vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse von jeder der Bohrungen mit der Vertikalen auf den Boden (8; 55) einen Winkel bildet, und dass die Vertikale auf den Boden (8; 55) und die Achse von jeder der Öffnungen (7; 48; 56) stets eine Ebene bilden, in der auch die Tangente zum Kreis an der Position der Öffnungsachse liegt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder von der einen oder den mehreren Ansammlungen von Öffnungen (7; 48; 56) die Öffnungen (7; 48; 56) kombiniert sind, um einen gleichförmigen Spalt zu bilden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke H des Bodens (8; 55) des hohlen Mantels (1; 40) die folgende Beziehung mit dem (hydraulischen) Durchmesser (D) und dem Winkel α aufweist, den die Achse einer Öffnung (7; 48; 56) mit der horizontalen Ebene des Bodens (8, 55) bildet:
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zum Boden (8; 55) des hohlen Mantels (1; 40) senkrechten Richtung kein direkter Hindurchtritt durch die Öffnungen (7; 48; 46) beobachtet wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmspalt (9; 63; 79) verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (6) so angeordnet ist, dass es verstellbar ist, um einen verstellbaren ringförmigen Ausströmspalt (9; 63; 79) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (6; 72) in Bezug zum Gehäuse (11, 12) beweglich angeordnet ist und Federeinrichtungen (42; 75) vorhanden sind, um sicherzustellen, dass wenn der Druck des ersten Mediums unter einen vorbestimmten Wert absinkt, das Führungsende (2; 49) des Einsatzteils (6; 72) gegen das Ausströmende (10) des Gehäuses (11, 12; 71) gezogen wird, wodurch das Ausströmende (10) im Wesentlichen verschlossen wird.
Sprühtrocknungsvorrichtung, mindestens umfassend eine Trocknungskammer, eine Zerstäubungsdüse zum Zerstäuben eines flüssigen Produkts, Zufuhreinrichtungen zum Zuführen von Trocknungsgas, Austragseinrichtungen zum Austragen von sprühgetrocknetem Produkt, sowie auch innerhalb oder außerhalb angeordnete Behandlungs- oder Nachbehandlungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11 einschließlich ist.
Vorrichtung zum Konditionieren eines flüssigen Produkts, welche Vorrichtung eine Zerstäubungsdüse, eine Behandlungskammer und einen Auslass aus der Behandlungskammer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Einzelzufuhr von mindestens zwei anderen Medien ausgerüstet ist.
Verfahren zum Konditionieren eines flüssigen Produkts, bei dem eine solche Flüssigkeit in feine Tröpfchen zerteilt und mit einem oder mehreren anderen Medien in Kontakt gebracht wird, um Wärme und/oder gewünschte Substanzen zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1–14 ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 zum Kochen von Stärke, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb von einer mit der Vorrichtung verbundenen Kammer eine Paste von Stärke in Wasser mit Dampf und/oder Luft behandelt wird.