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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer Trockenmaterial
enthaltenden Flüssigkeit
oder Paste, wobei das Verfahren einen Trocknungsvorgang für ein zumindest
teilweise getrocknetes Pulver in einem Sprühtrockner, und eine Endbehandlung
in einem Fluidbett umfasst.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Trocknungsanlage zum Durchführen dieses
Verfahrens, wobei die Trocknungsanlage eine Sprühtrocknungsvorrichtung und
ein Fluidbett aufweist.
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Bei
einem herkömmlichen
Verfahren zum Trocknen einer Trockenmaterial enthaltenden Flüssigkeit
und Paste wird beispielsweise eine Sprühtrocknungsvorrichtung verwendet,
die eine Trocknungskammer aufweist, in der in einem Schritt eine
vollständige
Trocknung der Flüssigkeit
oder Paste zu einem fertigen Pulver durchgeführt wird. Mit der Zeit sind
zahlreiche einstufige Trocknungsanlagen dieses Typs mit einem Fluidbett
nachgerüstet worden,
und zwar entweder aus das Produkt betreffenden Gründen (Einfluss
von Wärme,
Kristallisierung, weiteres Trocknen und/oder eine andere Endbehandlung
des Pulvers) oder aus finanziellen Gründen, da es häufig möglich ist,
die Ökonomie
durch mehrstufiges Trocknen zu verbessern. In zahlreichen Fällen ist
eine Trocknungskammer mit einem internen Fluidbett und/oder einem
sich anschließenden externen
Fluidbett versehen.
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Abgesehen
davon, dass das Fluidbett eine Endtrocknung des Pulvers ermöglicht,
kann das Fluidbett auch für
eine andere Endbehandlung des Pulvers verwendet werden, wie z. B.
das Abscheiden von Grob- und Feinpartikeln, und es wird folglich
häufig
als mit einer Trocknung und/oder Kühlung kombinierter Abscheider
verwendet.
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Die
in Zusammenhang mit der Sprühtrocknung
und in dem Fluidbett verwendete Prozessluft wird anschließend über ein
Filter geleitet, um zu verhindern, dass Pulverpartikel in die Umgebung
gelangen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass in den vergangenen
Jahren immer häufiger
Filter, wie z. B. Beutelfilter, anstelle von Zyklonen als Gesamtabscheider
verwendet worden sind, da diese es ermöglichen, das Filtern der Prozessluft
zu verbessern.
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Die
Verwendung eines Filters oder von Zyklonen bedeutet jedoch, dass – abgesehen
von dem Primärprodukt,
das bei der Trocknung entsteht und aus dem Fluidbett extrahiert
wird – eine
Fraktion aus dem Filter und/oder den Zyklonen stammt. Diese Fraktion
ist von minderer Qualität
und kann häufig nicht
mit dem Primärprodukt
vermischt werden.
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In
Fällen,
in denen die Fraktion – oder
zumindest ein Teil davon (der Feinanteil) – wiederverwendet und mit dem
Primärprodukt
vermischt werden kann, erfolgt dies in Form einer Trockenbeimischung, bei
der ein hohes Risiko der Staubbildung besteht, wobei ferner eine
solche Fraktionsbeimischung das Endprodukt sehr inhomogen macht.
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Schließlich geschieht
es beim herkömmlichen
Trocknungsprozess, dass beim Transport des vollständig getrockneten
Produkts durch Kanäle
etc. zu dem Filter ein Teil der getrockneten Partikel bricht, wodurch
die mittlere Partikelgröße reduziert
wird. Dies ist normalerweise unerwünscht.
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Schließlich sollte
auch erwähnt
werden, dass es bei der Herstellung von Nahrungsmitteln häufig erforderlich
ist, eine integrierte automatische Reinigung, z. B. CIP (Reinigung
vor Ort) vorzusehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Trocknen
einer Trockenmaterial enthaltenden Flüssigkeit oder Paste zu schaffen,
bei dem viele der oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik
eliminiert sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Trocknungsanlage
zum Durchführen
des Verfahrens bereitzustellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgaben erfolgt mit den Merkmalen der beiliegenden Patentansprüche 1 bzw. 7
und insbesondere durch Ausgestalten des oben beschriebenen Verfahrens
derart, dass zwischen dem Trocknen in einer Sprühtrocknungsvorrichtung, und der
Endbehandlung in einem Fluidbett das Pulver einer Filtervorrichtung
zugeführt
wird, die eine aktive Komponente des Trocknungsprozesses darstellt.
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Dadurch
wird erreicht, dass das Filtern des Pulvers/der Luft vor der Endbehandlung,
z. B. der Endtrocknung des Pulvers, erfolgt.
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Dadurch
werden die Partikel derart beeinflusst, dass sie agglomerieren,
stärker
kristallisieren und/oder vor der Endbehandlung in dem sich anschließenden Fluidbett
trocknen.
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Wenn
die Endfiltrierung des Pulvers/der Luft erfindungsgemäß in einer
früheren
Prozessstufe durchgeführt
wird, bevor dem (in der Luft strömenden)
Pulver die Feuchtigkeit vollständig
entzogen ist, verbessert der größere Feuchtigkeitsgehalt
des Pulvers die Bindung der Staubpartikel. Dadurch erfolgt eine
geringere Emission, d. h. die Menge an das Filter verlassendem Staub
wird reduziert. Ferner erfolgt der Transport von der Sprühtrocknungsvorrichtung, zu
der Filtervorrichtung bei einem höheren Feuchtegehalt, wobei
das Pulver noch nicht vollständig
getrocknet ist. Bei höherem
Feuchtigkeitsgehalt sind die Partikel elastischer (weniger brüchig) und
werden daher beim Transport nicht so stark beschädigt, und folglich kann die
mittlere Partikelgröße auf einem
gewünschten
hohen Niveau gehalten werden.
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Ferner
wird durch Führen
der Gesamtmenge an Luft und Produkt von der Trocknungsvorrichtung durch
die Filtervorrichtung und das sich anschließende Fluidbett erreicht, dass
die Gesamtmenge an Produkt als Primärprodukt aufgefangen wird,
was gegenüber
herkömmlichen
Anlagen, bei denen ein Primärprodukt
sowie eine Fraktion aus dem Zyklon und/oder Filter erhalten werden,
die später
wahlweise einer Trockenmischung unterzogen werden müssen, zu
einem verbesserten Endprodukt führt.
Dies trägt
auch dazu bei, dass das Endprodukt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erreichbar ist, ferner im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik
bekannten Endprodukt, das wahlweise gemischt sein kann, homogener
ist.
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Somit
wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Effekt erzielt, dass die Gesamtproduktmenge aus folgenden Gründen eine
gleichmäßig hohe
Qualität
aufweist:
- – eine
Abscheidung mit anschließender
Trockenbeimischung wird vermieden;
- – die
zusätzliche
Handhabung, bei der die Partikel zerstört werden, wird vermieden;
- – die
stärkere
Strömung
des Produkts durch die Filtervorrichtung führt zu derselben Verweilzeit
für das
gesamte Pulver.
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Bei
der Erfindung ist die Filtervorrichtung ein Beutelfilter mit einer
Anzahl von Filterbeuteln, die in eine Staubkammer vorstehen, wobei
das Pulver von der Trocknungsvorrichtung in die Staubkammer des Beutelfilters
gefördert
wird. Die Verwendung eines Beutelfilters zwischen zwei Trocknungsstufen
(zwischen der Trocknungsvorrichtung und dem Fluidbett) führt dazu,
dass das Produkt während
der Verweilzeit in dem Beutelfilter und an den Filterbeuteln noch nicht
vollständig
getrocknet ist. Große
Partikel neigen dazu, schneller herunterzufallen, wohingegen kleine Partikel
dazu neigen, sich an den Beuteln abzulagern. Dadurch werden Partikel,
die durch Agglomeration verbessert werden, d. h. die kleinen Partikel,
abgeschieden. Die längere
Verweilzeit in Kombination mit dem größeren Feuchtigkeitsgehalt (im
Vergleich zu vollständig
getrocknetem Produkt) dieser Partikel verstärkt die Agglomeration und verbessert
dadurch das Endprodukt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Pulvern,
die durch Kristallisierung verbessert werden (z. B. Lactose, Zucker,
Fette etc.). Somit wird das Filter zu einem aktiven Teilnehmer an
dem Prozess, wobei die längere
Verweilzeit bei hohem Feuchtigkeitsgehalt zu einer stärkeren Kristallisierung
mit daraus resultierendem stärker
kristallisierten Endprodukt führt.
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Die
Verwendung eines Beutelfilters mit Filterbeuteln kann in vorteilhafter
Weise dazu führen,
dass in regelmäßigen Abständen Spülluft in
Rückwärtsrichtung
durch die Filterbeutel geführt
wird. Dadurch werden die Partikel, die an den Beuteln agglomeriert sind, ”weggespült” und fallen
nach unten in das Fluidbett.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst die Endbehandlung des Pulvers in dem Fluidbett einen oder
mehrere unterschiedliche Prozesse. Vorzugsweise erfolgt ein zusätzliches
Trocknen des Pulvers, eine Kühlung
des Pulvers kann jedoch ebenfalls durchgeführt werden.
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Wenn
eine Schichtbildung oder eine weitere Agglomerierung gewünscht ist,
kann wahlweise das Pulver unmittelbar über dem Fluidbett mit Flüssigkeit besprüht werden.
Eine solche Flüssigkeit
ist typischerweise Wasser oder Lecithin. Die Flüssigkeit kann ferner auf die
Filterbeutel gesprüht
werden, um eine Agglomeration, Schichtbildung oder Kristallisierung
direkt an den Filterbeuteln zu erreichen.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt ferner durch Ausführen einer
Trocknungsanlage mit einer Sprühtrocknungsvorrichtung
und einem Fluidbett, wobei eine Filtervorrichtung zwischen der Trocknungsvorrichtung
und dem Fluidbett vorgesehen ist.
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Durch
Ausführen
einer Trocknungsanlage auf diese Weise ist es möglich, das oben beschriebene
Verfahren durchzuführen,
wobei die Vorteile bezüglich
des Trocknungsprozesses und der Qualität des Endprodukts erzielt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Trocknungsanlage ist das Fluidbett integraler Bestandteil der
Filtervorrichtung. Dies bedeutet, dass das Pulver länger in
der Kombination aus Filtervorrichtung/Fluidbett verweilen kann,
wodurch – zusätzlich zu
einer verbesserten Gesamttrocknungsleistung (geringerer Energieverbrauch) – ein verbessertes Pulver
erhalten wird.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Filtervorrichtung ein Beutelfilter und ist das Fluidbett
am unteren Ende des Beutelfilters ausgebildet. Nachfolgend wird
eine solche Einheit aus einer Kombination aus Beutelfilter und Fluidbett mit
dem Ausdruck ”Filterbett” bezeichnet.
In dem Filterbett setzen sich Staub- und Pulverpartikel entweder
an den Filterbeuteln ab oder fallen direkt auf den Boden des Beutelfilters
und in das einstückig
angeformte Fluidbett, wie oben beschrieben. Ein Vorteil eines Filterbetts
besteht darin, dass gegenüber
dem Stand der Technik Energie eingespart wird, da beim Stand der
Technik Energie für
das Saugen der in dem Pulver enthaltenen Luft durch das Filter sowie
durch ein herkömmliches
Fluidbett verbraucht wird. Bei einem Filterbett wird ein Prozessschritt
eingespart, wodurch die verbrauchte Energiemenge reduziert wird.
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Vorteilhafterweise
wird bei einem Beutelfilter in regelmäßigen Abständen sogenannte ”Spülluft” in Rückwärtsrichtung
durch die Filterbeutel geführt.
Dadurch werden Pulverpartikel, die sich an den Filterelementen abgesetzt
haben, weggespült,
und die weggespülten
Partikel fallen in Richtung des Fluidbetts. Diese Spülluft kann
einem Filterbeutel nach dem anderen zugeführt werden, oder es kann eine Anzahl
von Beuteln gleichzeitig gereinigt werden. Eine Reinigung einzelner
Beutel bietet jedoch den Vorteil, dass die Pulverzufuhr zu dem Fluidbett gleichmäßiger erfolgt.
Dies ist für
das Funktionieren des Fluidbetts wichtig, da große Mengen an gleichzeitig zugeführtem Pulver
Turbulenzen in dem Fluidbett bewirken, wodurch das Risiko besteht,
dass das Fluidbett überläuft, was
eine unzureichende Trocknung des Pulvers zur Folge hat. Andere Reinigungsverfahren
können
ebenfalls angewendet werden, wie z. B. Ausschütteln der Filterbeutel, Ultraschallreinigung
etc..
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Das
Fluidbett ist vorzugsweise mit einem zylindrischen Teil über der
Siebplatte versehen, wodurch die Fluidisierung stabilisiert wird.
Ein an höherer
Stelle montierter Konus reduziert die Geschwindigkeit der nach oben
strömenden
Luft, wodurch eine Abscheidung durch die unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten
erfolgt.
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Ferner
kann das Fluidbett in vorteilhafter Weise mit einer oder mehreren
fest montierten oder beweglichen Einzel- oder Doppeldüsen zum
Einspritzen von Flüssigkeit
versehen sein. Solche Düsen können eine
Flüssigkeit
(typischerweise Wasser oder Lecithin) auf die Pulverschicht sprühen, wonach
eine Schichtbildung oder eine weitere Agglomeration stattfindet.
Die Düsen
können
fest montiert oder über die
erforderliche Anzahl von Kugelgelenken oder Drehgelenken beweglich
sein, und eine oder mehrere Düsen
können
ferner in sämtliche
Richtungen weisen. Es ist somit möglich, die Düsen derart
auszubilden, dass die Feuchtigkeit auf den Beuteln gesteuert werden
kann, so dass eine Agglomerierung, Schichtbildung oder Kristallisierung
direkt an den Filterbeuteln erfolgen kann.
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Bei
der Fluidisierung des Pulvers ist es möglich, eine wohldefinierte
Verweilzeit in dem Filter und somit eine optimale Endbehandlung
des Pulvers durch Bereitstellen einer Einrichtung zum Steuern der
Schichtdicke des Pulvers in dem Fluidbett zu erreichen. Durch eine
solche gesteuerte Verweilzeit ist es möglich, eine Trocknung und/oder
Kühlung
des Pulvers zu realisieren, da mehr Zeit für eine Annäherung an einen Gleichgewichtszustand
zur Verfügung steht.
Durch Regeln der Menge, Temperatur und Feuchtigkeit der Fluidisierluft
ist es möglich,
die Pulver-/Partikeltemperatur und -feuchtigkeit sehr akkurat zu
steuern.
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Eine
solche Einrichtung zum Steuern der Schichtdicke des Pulvers in dem
Fluidbett kann eine Überlaufdrossel
aufweisen, die wahlweise höhenverstellbar
sein kann. Die Pulverschicht akkumuliert sich somit, bis das Niveau der
Drossel erreicht ist, wonach das Pulver über die Drossel überläuft und
in eine Pulverabgabeleitung strömt.
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Schließlich kann
das Fluidbett wahlweise mit einer beweglichen Vorrichtung zum Durchrühren des Pulvers
in dem Fluidbett versehen sein. Eine solche Rührvorrichtung kann die Handhabung
schwer fluidisierbarer Pulver in dem Fluidbett unterstützen.
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Da
eine solche Rührvorrichtung
je nach Fluidisiergrad, Feuchtigkeit, Pulvereigenschaften oder aus
anderen Gründen
unterschiedliche Drehmomente erforderlich macht, kann die bewegliche
Vorrichtung zum Durchrühren
in vorteilhafter Weise mit einem Drehmomentmesser versehen sein,
der als Messgerät
verwendet werden kann, mit dem feststellbar ist, ob die Fluidisierung
wunschgemäß erfolgt.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Beutelfilter mit einem einstückig angeformten
Fluidbett, nachfolgend als ”Filterbett” bezeichnet,
zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Trocknungsanlage;
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2a–2d verschiedene
Ausgestaltungen der Öffnungen
in einer in einem Fluidbett verwendeten Siebplatte; und
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3A–3C verschiedene
Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Trocknungsanlage.
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Eine
erfindungsgemäße Trocknungsanlage weist
eine von einem Filter, z. B. einem Beutelfilter, getrennte Sprühtrocknungsvorrichtung
und ein Fluidbett oder einen Fluidisierboden auf, das/der wahlweise
einstückig
mit dem Filter ausgebildet sein kann. Drei Beispiele für solche
Anlagen sind in 3A– 3C gezeigt.
Das Produkt wird von der Trocknungsvorrichtung in das Filter und
dann in das Fluidbett gefördert.
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Das
Fluidbett kann eine separate Einheit sein, die hinter dem Filter
angeordnet ist, oder es kann einstückig mit dem Beutelfilter ausgebildet
sein, wie in 3A–3B gezeigt.
Nachfolgend wird eine solche kombinierte Einheit als ”Filterbett” bezeichnet,
und ein Beispiel für
ein solches Filterbett ist in vergrößertem Maßstab in 1 gezeigt.
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Bei
diesem neuartigen Typ einer Trocknungsanlage, die mit einem Filterbett
versehen ist, erfolgt die Pulver-/Luftfilterung vor der Endbehandlung
des Pulvers (z. B. der Endtrocknung). Somit können die Partikel derart beeinflusst
werden, dass sie agglomerieren, stärker kristallisieren oder vor
der Endtrocknung in einem anschließenden Fluidbett trocknen.
Ferner führt
die einstückige
Ausbildung des Filters mit dem Fluidbett zu einer längeren Verweilzeit in
dem Filterbett, was wiederum – zusätzlich zu
einer verbesserten Gesamttrocknungsleistung (geringerer Energieverbrauch) – zu einem
besseren Pulver führt.
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In
dem Filterbett setzen sich Staub- und Pulverpartikel entweder an
den Filterelementen (B) ab – siehe 1 – oder fallen
direkt auf den Boden des Filters (E) und in das eingebaute Fluidbett.
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Staub-
oder Pulverpartikel, die sich an den Filterelementen (B) abgesetzt
haben, werden von diesen entfernt, und die entfernten Partikel fallen
(D) in Richtung des Fluidbetts (E) herab. Bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
werden die Beutel einer nach dem anderen mit Luft gespült, die in
Rückwärtsrichtung
durch die Beutel geblasen wird, wie von den Pfeilen (C) dargestellt.
Alternativ werden mehrere Beutel gleichzeitig gereinigt. Die Reinigung einzelner
Beutel bietet jedoch den Vorteil, dass die Pulverzufuhr zu dem Fluidbett
gleichmäßiger erfolgt. Dies
ist für
das Funktionieren des Fluidbetts wichtig, da große Mengen an gleichzeitig zugeführtem Pulver Turbulenzen
in dem Fluidbett bewirken, wodurch das Risiko besteht, dass das
Fluidbett überläuft, was
eine unzureichende Trocknung des Pulvers zur Folge hat. Andere Reinigungsverfahren
können
ebenfalls angewendet werden, wie z. B. Ausschütteln der Filterbeutel, Ultraschallreinigung
etc..
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Ein
Gas (typischerweise die Umgebungs- oder aufbereitete Luft) wird
unter Druck gesetzt (relativ zu dem auf der Pulverseite des Filters
herrschenden Druck) und zu dem Boden des Fluidbetts gefördert (H).
Das Gas (nachfolgend als ”die
Luft” bezeichnet)
strömt
von der Einlasskammer unter der Siebplatte (E) durch die Siebplatte
(I). Ein Druckabfall über
der Siebplatte (E) gewährleistet
eine gleichmäßige Verteilung
der Luft. Die Luft, die nach oben durch die Siebplatte strömt, fluidisiert
das Pulver, das in das Fluidbett hinabfällt.
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Bei
der Fluidisierung des Pulvers ist es möglich, eine wohldefinierte
Verweilzeit in dem Filter zu erreichen. Diese längere Verweilzeit kann z. B.
durch eine Überlaufdrossel
(F) gesteuert werden, die höhenverstellbar
sein kann. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
kann sich die Pulverschicht akkumulieren, bis das Niveau der Drossel
(F) erreicht ist, wonach das Pulver über die Drossel (F) überläuft und in
eine Pulverabgabeleitung strömt
(K). Dies kann durch kontinuierliches Leeren in einem kontinuierlichen
Prozess erfolgen. Durch eine solche gesteuerte Verweilzeit ist es
möglich,
eine Trocknung und/oder Kühlung
des Pulvers zu erreichen, da mehr Zeit für eine Annäherung an einen Gleichgewichtszustand zur
Verfügung
steht. Durch Regeln der Menge, Temperatur und Feuchtigkeit der Fluidisierluft
ist es möglich,
die Pulver-/Partikeltemperatur und -feuchtigkeit sehr akkurat zu
steuern.
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Die
Drosselhöhe
kann je nach verwendeter Überlaufdrossel
auf verschiedene Arten geregelt werden. Bei der einfachsten Ausgestaltung
kann die Drosselhöhe
durch Ersetzen durch eine an einer höheren oder niedrigeren Stelle
angeordnete Drossel geregelt werden. Alternativ kann die Überlaufdrossel als
Drosselklappe oder Absperrklappe ausgebildet sein, die schrittweise oder
stufenlos auf verschiedene Höhen
einstellbar ist. Eine solche Absperrklappe ist z. B. während des
Betriebs einstellbar, z. B. über ein
Steuersystem. Sie kann z. B. dann nützlich sein, wenn sich an dem
Filterbeutel eine bestimmte Menge an Pulver akkumuliert hat, das
schnell entfernt wird, wodurch die Produktzuführrate zu dem Fluidbett erhöht wird.
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Wenn
ein Filterbett hinter einem Sprüh-,
Fluidbett- oder Stromtrockner angeordnet ist, wird ein weiterer
Trocknungs- und/oder Kühlschritt
realisiert. Es ist dadurch möglich,
ein Filterbett anzubauen, z. B. im Anschluss an eine einstufige
Sprühtrocknungsanlage
(wenn auch mit konischem oder flachem Boden und rund oder rechteckig),
und ein Trocknen in mehreren Schritten durchzuführen. Dadurch ist es möglich, einen
Nachtrocknungsvorgang im Anschluss an den Primärtrocknungsvorgang durchzuführen. Es
ist ferner möglich,
eine verbesserte Trocknungs-Ökonomie
zu erzielen und die Kapazität
der Anlage ohne Veränderung
der Konstruktion der Trocknungskammer zu erhöhen.
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Bei
dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren erfolgt das Filtern
der Luft/des Pulvers an einem Trockenprodukt. Durch Vorsehen eines
Trocknungsschritts nach dem Filtern mittels des Filterbeutels können ein
oder mehrere Prozesse an den Filterbeuteln ablaufen, wie anhand
der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
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Ein
besonderer technischer Vorteil liegt in der längeren Verweilzeit (der Verweilzeit
des Produkts an den Filterbeuteln vor der Endtrocknung), insbesondere
bei einem Pulver, das durch Kristallisieren verbessert wird (z.
B. Lactose, Zucker, Fette etc.). Somit wird das Filter zu einem
aktiven Teilnehmer an dem Prozess, da diese längere Verweilzeit bei hohem
Feuchtigkeitsgehalt z. B. zu einer stärkeren Kristallisierung mit
daraus resultierendem stärker kristallisierten
Endprodukt führen
kann.
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Wenn
ein Filterbett als Gesamtabscheider hinter einer Sprühtrocknungsvorrichtung
verwendet wird, erfolgt ein zweistufiger Trocknungsvorgang, wobei
die Filtrierung des Produkts zwischen den beiden Trocknungsschritten
durchgeführt
wird. Dadurch wird bewirkt, dass das noch nicht vollständig getrocknete Produkt
in dem Filter und an den Filterbeuteln verweilt. Somit wird eine
Agglomeration an den Beuteln erreicht.
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Große Partikel
neigen dazu, ziemlich schnell herunterzufallen, wohingegen kleinere
Partikel immer stärker
dazu neigen, sich an den Beuteln abzulagern. Dadurch werden Partikel,
die durch Agglomeration verbessert werden, d. h. die kleinen Partikel, abgeschieden.
Die längere
Verweilzeit in Kombination mit dem größeren Feuchtigkeitsgehalt (im
Vergleich zu vollständig
getrocknetem Produkt) dieser Partikel verstärkt die Agglomeration und verbessert dadurch
das Endprodukt.
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Wenn
ein Filterbett hinter einer einstufigen Trocknungsanlage ohne separaten
Pulveraustrag (siehe 3A–3C) angeordnet
ist, erfolgt ein zweistufiger Trocknungsvorgang ohne dazwischenliegende
Abscheidung eines ”Feinanteils”. Aufgrund des
Wegfalls dieser Abscheidung wird ein homogeneres Pulver erhalten,
da eine anschließende
Trockenbeimischung überflüssig ist.
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Das
Filtern des Produkts wird durch die Verwendung eines Filterbetts
verbessert, wobei das Pulver bei größerem Feuchtigkeitsgehalt gefiltert
wird. Während
der Trocknung fallen größere Mengen
an Staub an, und ein nasses Produkt gibt weniger Staub ab als ein
trockenes Produkt. Wenn die Endfiltrierung des Pulvers/der Luft
in einer früheren
Prozessstufe durchgeführt
wird, bevor das (in der Luft strömende) Pulver
seinen vollständig
getrockneten Zustand erreicht hat, verbessert der größere Feuchtigkeitsgehalt
des Pulvers die Bindung der Staubpartikel. Dadurch erfolgt eine
geringere Emission. Dies gilt unabhängig davon, welche Stufe in
der Trocknungsanlage von dem Filterbett gebildet ist.
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Wenn
eine Kurve des Pulvers (d. h. des Trockenmaterials) gezeichnet wird,
bei der die Staubabgabekapazität
als Funktion des Wassergehalts des Pulvers dargestellt ist, wird
ersichtlich, dass weniger Staub anfällt, der in den Filterbeuteln
ausgefiltert werden muss, da aufgrund des höheren Feuchtigkeitsgehalts
größere Mengen
an Staub an dem Material gebunden sind.
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Das
Filterbett spart gegenüber
dem Stand der Technik Energie ein, da beim Stand der Technik Energie
für das
Saugen des Pulvers durch das Filter sowie durch ein herkömmliches
Fluidbett verwendet wird. Bei einem Filterbett wird ein Prozessschritt
eingespart, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird. Das Zuführen der
sogenannten Spülluft
zu den Filterbeuteln erfolgt vorzugsweise bei einem niedrigen Druck,
wodurch gegenüber
dem Stand der Technik, bei dem herkömmlicherweise ein höherer Druck verwendet
wird, Energie eingespart wird.
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Das
Fluidbett kann mit einer oder mehreren Einzel- oder Doppeldüsen (O)
versehen sein – siehe 1.
Die Düsen
können
fest montiert oder über
die erforderliche Anzahl von Kugelgelenken oder Drehgelenken beweglich
sein. Die Düsen
können
eine Flüssigkeit
auf die Pulverschicht sprühen
(typischerweise Wasser oder Lecithin, das über die Leitung (P) zugeführt wird),
woraufhin eine Schichtbildung oder Agglomerierung folgt. Die Düsen können derart
ausgeführt
sein, dass sie in verschiedene Richtungen weisen. Es ist somit möglich, die
Feuchtigkeit auf den Filterbeuteln derart zu steuern, dass eine
Agglomerierung, Schichtbildung oder Kristallisierung direkt an den
Filterbeuteln erfolgen kann.
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Das
Filterbett kann ferner zum Beigeben eines Produkts zu dem Pulver
oder Mischen eines Produkts mit dem Pulver verwendet werden. Dies
kann durch Zugabe eines weiteren Produkts zwischen dem Sprühtrockner
und dem Filterbett erfolgen, bevor das Pulver vollständig getrocknet
ist. Die erreichte längere
Verweilzeit – einerseits
in der zu dem Filter führenden
Leitung, ande rerseits an den Filterbeuteln und in dem Fluidbett – bewirkt
in einigen Fällen
(je nach Art des Produkts), dass das zugefügte Produkt an der Agglomerierung
teilnimmt und somit von den Partikeln des Primärprodukts gebunden wird. In
allen Fällen
wird eine verbesserte Mischung erreicht, da das Mischen in einer
früheren
Stufe der Trocknungsphase erfolgt.
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Das
eingebaute Fluidbett kann anders ausgeführt sein als schematisch in 1 gezeigt.
Beispielsweise kann es mit einem zentral angeordneten Konus versehen
sein, wobei ein Fluidbett mit einem vorgegebenen Bereich an einer
höheren
Stelle des konischen Teils des Filters angeordnet sein kann, wodurch
die Gesamthöhe
des Filterbetts reduziert wird.
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Ferner
kann das Fluidbett über
eine flexible Verbindung mit dem Filter verbunden sein, wobei das Fluidbett
derart eingestellt sein kann, dass es in Rüttel- oder Vibrationsbewegungen
versetzt wird, wodurch die Handhabung schwer fluidisierbarer Produkte
verbessert wird.
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Das
Fluidbett kann ferner als ”live
bottom” in einem
Silo ausgeführt
sein. Eine solche Vorrichtung ist mit einer Vibrationsvorrichtung
versehen, die z. B. frequenzgesteuert sein kann.
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Typischerweise
ist das Fluidbett in beweglichen Stangen, Federn, Gummi-Gasdruck-Gegenfedern
u. dgl. aufgehängt.
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Über der
Siebplatte des Fluidbetts befindet sich vorzugsweise ein zylindrischer
Teil, wie in 1 gezeigt. Dieser Teil kann
zum Stabilisieren der Fluidisierung beitragen. Ein an höherer Stelle
montierter Konus reduziert die Geschwindigkeit der aufwärts strömenden Luft,
wodurch aufgrund der unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten eine
Abscheidung erfolgt.
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Eine
bewegliche Vorrichtung (z. B. ein Rührer) kann in dem Fluidbett
angeordnet sein. Dieser Rührer
kann die Handhabung schwer fluidisierbarer Pulver in dem Fluidbett
unterstützen.
Ein solcher Rührer
kann ferner mit einem Drehmomentmesser versehen sein. Da je nach
Fluidisiergrad, Feuchtigkeit und Art des Pulvers oder anderen Faktoren
unterschiedliche Drehmomente erforderlich sind, kann diese bewegliche
Vorrichtung als Messgerät
verwendet werden, mit dem feststellbar ist, ob die Fluidisierung
wunschgemäß erfolgt.
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Das
Fluidbett kann isoliert sowie nicht isoliert ausgeführt sein.
Kälte-/Wärmebrücken können dadurch
je nach Wunsch vollständig
oder teilweise verstärkt
oder eliminiert werden.
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Ein
Fluidbett kann an das Filter angeschweißt sowie angeflanscht sein.
Dies ermöglicht das
Vorsehen unterschiedlicher Fluidbetten oder anderer Pulverauslassvorrichtungen
an demselben Filter. Dadurch wird eine Produktionsflexibilität erreicht, wobei
gleichzeitig ein Reinigen eines Fluidbetts oder einer Pulverauslassvorrichtung
möglich
ist, während ein
weiteres Fluidbett an dem Filter montiert ist.
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Das
Fluidbett ist mit einer Siebplatte (I) versehen, die es einerseits
ermöglicht,
dass Luft durch das Fluidbett strömt, und die andererseits das
fluidisierte Pulver stützt.
Die Siebplatte kann derart montiert sein, dass die erforderlichen
Abstützungen
aus Stabilitätsgründen unter
der Siebplatte angeschweißt sind
und ferner derart ausgeführt
sind, dass sie als ”Drallbrecher” für den Luftstrom
dienen und somit zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Luftstroms
beitragen.
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Siebplatten
können
alternativ lose mit einer Vorrichtung montiert sein, die gewährleistet,
dass die Siebplatten als Unterstützung
für die
Fluidisierung verwendbar sind. Die Siebplatte kann z. B. auf einem Flansch
montiert sein, der zwischen einem an dem Filtergehäuse (dem
Filterkonus) montierten Flansch und der Fluidbettunterstützung festgeklemmt
ist. Die abnehmbare Siebplatte kann insbesondere dann nützlich sein,
wenn das Filterbett kein ein gebautes Reinigungssystem besitzt. Die
Siebplatten können dadurch
eine nach der anderen herausgenommen und in einer Art ”Siebplatten-Wascheinrichtung” einzeln
gewaschen werden.
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Die
Siebplatte kann ohne Löcher
am äußersten
Rand hergestellt sein, wodurch es möglich ist, die Platte direkt
zwischen den beiden Flanschen an dem Filtergehäuse (dem Filterkonus) und dem
Fluidbettboden zu montieren.
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Die
Siebplatte ist mit Löchern
versehen, deren Ausbildung die Richtung des Luftstroms bestimmen
kann. 2c zeigt eine herkömmliche
Siebplatte in ihrer einfachsten Ausgestaltung, bei der die Löcher senkrecht
durch die Siebplatte verlaufen.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass die Siebplatte mit direktional spezifischen Löchern versehen ist,
die zur Verbesserung der Verteilung des Pulvers in dem Fluidbett
beitragen. 2a, 2b und 2d zeigen
Beispiele für
solche Siebplatten mit direktional spezifischen Löchern. Durch
Spezifizieren der Richtung der Löcher
ist es möglich,
eine Zirkulationsbewegung oder eine Anzahl von lokalen Turbulenzen
zu erzeugen, die zu einem verbesserten Kontakt zwischen Pulver und
Luft beitragen können.
Dadurch wird eine verbesserte Arbeitsleistung hinsichtlich Trocknung,
Kühlung
und/oder anderer Pulver-/Luftprozessen
erreicht.
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Direktional
spezifische Löcher
in der Siebplatte können
entsprechend ihrer Lage das Maß und die
Geschwindigkeit des Selbstleerungseffekts erhöhen. Die Löcher in der Siebplatte können z.
B. hinsichtlich des Wunsches nach einer schnelleren Entleerung oder
des Wunsches nach einem turbulenten Fluidbett ausgewählt werden,
um dadurch das Risiko des Stoppens der Fluidisierung zu reduzieren.
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Eine
Technik zum mechanischen Herstellen perforierter Platten, bei der
jedes einzelne Loch hinsichtlich Koordinate und Winkel einzeln örtlich festge legt
wird, ermöglicht
das willkürliche
Auswählen
der Lage und Ausrichtung der Öffnungen
und somit beispielsweise das Herstellen vollständig kreisförmiger oder ringförmiger Platten,
die Öffnungen
mit einem beliebigen Winkel relativ zum Radius aufweisen und zum
Regeln der Bewegung des Materials und Verhindern von Ablagerungen
vorgesehen sind. Solche Platten, die nicht in Abschnitte unterteilt
sind, haben ein ansprechendes Erscheinungsbild und sind leicht zu
reinigen und daher insbesondere für Vorrichtungen geeignet, an
die hohe Anforderungen hinsichtlich einer hygienischen Arbeitsweise
gestellt werden. Bei dieser Technik können die Öffnungen ferner in unterschiedlicher
Anzahl pro Flächeneinheit
vorgesehen sein.
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Die
oben beschriebenen Platten können
ferner in vorteilhafter Weise in einem Filterbett für die Granulierung,
Agglomerierung und/oder Trocknung verwendet werden, da es bei solchen
Prozessen häufig
von Interesse ist, eine kontrollierte Bewegung des Produkts zu erreichen.
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Sowohl
bei kreisförmigen
als auch bei ringförmigen
Platten kann/können
die äußerste(n)
Reihe(n) von Öffnungen
derart angeordnet sein, dass das Gas eine Strömungskomponente aufweist, die auf
die Seitenwand der Vorrichtung zu gerichtet ist. Auf diese Weise
werden Totzonen oder Materialablagerungen in dem Übergang
zwischen der Bodenplatte und der Behälterwand vermieden.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform,
bei der das Basismaterial als Zunge extrudiert ist, wird durch die
Ausbildung der Löcher
in der Siebplatte ein Durchfallen verhindert. Dies ist insbesondere
bei Verwendung relativ großer
Löcher
relevant, die den Vorteil bieten, dass so leicht keine Verstopfung
der Platte auftritt. Eine solche Platte ist aus dem
US-Patent Nr. 5,392,531 bekannt, das
hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
biegt sich der extrudierte Teil der Platte leicht abwärts in Richtung der
Platte, wodurch ein verbesserter Selbstreinigungseffekt erreicht
wird (siehe 2a).
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
werden die Löcher
dadurch hergestellt, dass Teile der Platte in regelmäßigen Abständen nach
unten gedrückt werden,
wie in 2b gezeigt. Die Löcher können als ”Schlitze”, d. h.
als in Längsrichtung
verlaufende Öffnungen,
oder als eher herkömmliche
punktförmige und
im wesentlichen runde Löcher
ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass
die eingeblasene Luft in hohem Maße der Fläche der Siebplatte folgt und
dazu beiträgt,
dass das Pulver von der Fläche
der Siebplatte weggeblasen wird.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
sind die Löcher
als schräge,
vorzugsweise zylindrische Löcher
in der Siebplatte ausgebildet, wie in 2d gezeigt.
Ferner ist es bei dieser Ausführungsform möglich, eine
verbesserte Fluidisierung ohne stille Bereiche in dem Pulver zu
erzielen.
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Bei
sämtlichen
in 2a, 2b und 2d gezeigten
Ausgestaltungen der Siebplatte sind die Löcher direktional spezifiziert,
was auch bedeutet, dass sie die Transportrichtung des fluidisierten
Pulvers in dem Fluidbett festlegen. Ferner wird bei den dargestellten
Ausführungsformen
im Vergleich zu einer Siebplatte mit Öffnungen, die orthogonal zu
der Siebplatte verlaufen (2b), ein
Durchfallen des Pulvers nach dem Abstellen der Luftzufuhr beträchtlich
reduziert.
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Das
Filterbett kann in vorteilhafter Weise mit einer im oberen Teil
angebrachten (nicht gezeigten) Reinigungsluke in dem Pulverauslass
versehen sein, die sowohl während
des Betriebs als auch während eines
Stillstands Zugang zu dem Pulverauslass ermöglicht. Eine transparente Platte
kann in Fällen
vorgesehen sein, in denen die Druckunterschiede zu groß sind,
um die Reinigungsluke während
des Betriebs öffnen
zu können,
und diese ermöglicht
eine Sichtprüfung
während
des Betriebs. Eingebaute Lichtquellen können gewährleisten, dass ausreichend
Licht für
die gewünschte
Prüfung
vorhanden ist. Ein integriertes vertikales Schauglas, das ungefähr auf Höhe der Siebplatte
und darüber
vorgesehen ist, kann ferner gewährleisten,
dass von außen überwacht
werden kann, ob der Fluidisierungsprozess wunschgemäß abläuft.
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(Nicht
gezeigte) eingebaute Reinigungsluken, die mit der Pulverschicht
bündig
sind sowie über dem
Niveau der Pulverschicht angeordnet sind, können Zugang zu dem Inneren
des Filterbetts gewährleisten.
Wahlweise ist ein Gummihandschuh integriert, wenn zu große Druckunterschiede
oder andere, wahlweise hygienische Gründe dies erforderlich machen.
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Ferner
können
wahlweise manuelle oder automatische Pulverentnahmeauslässe in dem
Auslass oder dem Fluidbett selbst eingebaut sein, und ähnlich ist
es möglich,
Temperaturmessvorrichtungen und wahlweise andere Messvorrichtungen
unter, in oder über
dem Fluidbett und der fluidisierten Pulverschicht vorzusehen.
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Bei
dem Filterbett kann ferner eine automatische integrierte CIP-Reinigung des Filters
und des Fluidbetts vorgesehen sein, wodurch eine Betriebsökonomie
in Form einer reduzierten Stillstandszeit während der Reinigung des Filterbetts
erreicht wird. Wenn kein integriertes Reinigungssystem vorgesehen
ist, müssen
sämtliche
Beutel und Körbe
aus dem Filter entnommen und manuell gereinigt werden.
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Schließlich kann
das Filterbett derart ausgebildet sein, dass es entweder an einem
kontinuierlichen Prozess oder einem diskontinuierlichen Prozess
teilnimmt, und ähnlich
kann es für
eine Probeentnahme eines Teilstroms des Pulvers ausgelegt sein,
der zwecks Agglomerierung oder eines anderen Prozesses zu einem
Sprühtrockner
oder einem Fluidbett zurückgeführt wird.
Dieser Teilstrom kann aus dem Fluidbett selbst oder an dem Auslass
extrahiert werden.