DE60301143T2

DE60301143T2 - Sprühtrockenvorrichtung und zufuhrmittel für diese sprühtrockenvorrichtung

Info

Publication number: DE60301143T2
Application number: DE60301143T
Authority: DE
Inventors: Cornelis Antonius BOERSEN; Martin Willem FRISO
Original assignee: Carlisle Process Systems BV
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: CN1308053C; AU2003235467A1; WO2003090893A1; DE60301143D1; DK1497008T3; EP1497008B1; BR0309667A; CA2483156A1; BR0309667B1; AU2003235467B2; ATE300343T1; NL1020469C2; CA2483156C; CN1658935A; NZ536651A; EP1497008A1; US20060086316A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühtrocknungsvorrichtung, umfassend
– ein Gehäuse,
– mindestens eine erste Zufuhreinrichtung mit einer ersten Sprühöffnung zum Zuführen einer ersten Substanz in das Gehäuse, wobei die erste Substanz eine Flüssigkeit ist, die in einem Kegel in einer ersten Auslassrichtung versprüht wird,
– mindestens eine zweite Zufuhreinrichtung zum Zuführen einer zweiten Substanz in das Gehäuse, wobei die zweite Substanz in einem Partikelstrom in einer zweiten Auslassrichtung zugeführt wird, wobei die erste und die zweite Auslassrichtung in Bezug zueinander einen Winkel α einschließen, und
– Stromsteuereinrichtungen zum Steuern des Stroms der ersten und der zweiten Substanz,
wobei mindestens eine von der ersten und der zweiten Zufuhreinrichtung Winkelverstelleinrichtungen zum Verstellen des Winkels α umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen, wenn die Vorrichtung arbeitet, von außerhalb des Gehäuses bedienbar sind.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung soll der Begriff Auslassrichtung so verstanden werden, dass er die Richtung meint, die entlang einer Mittellinie verläuft, welche in dem ausströmenden Materialstrom bestimmt werden kann, d.h. im Allgemeinen die Achse dieses Stroms. Im Fall eines Kegels ist die Auslassrichtung gleichfalls die Achse des Kegels.
Der Winkel α soll so verstanden werden, dass er den Winkel zwischen der Auslassrichtung von einem ausströmenden Materialstrom, der in Erwägung gezogen wird, und derjenigen des zweiten ausströmenden Materialstroms, der in Erwägung gezogen wird, meint, welche Materialien in jedem Fall entweder aus der ersten Zufuhreinrichtung oder aus der zweiten Zufuhreinrichtung stammen. In einer Vorrichtung, umfassend N erste Einrichtungen und M zweite Zufuhreinrichtungen sind daher insgesamt (N + M) × (N + M – 1)/2 mögliche eingeschlossene Winkel α von Bedeutung. In einem speziellen Fall mit zwei ersten Zufuhreinrichtungen und einer zweiten Zufuhreinrichtung gibt es deshalb drei relevante eingeschlossene Winkel α, nämlich den Winkel zwischen der zweiten Zufuhreinrichtung und jeder von den ersten Zufuhreinrichtungen und den Winkel zwischen den zwei ersten Zufuhreinrichtungen.
Eine Vorrichtung von der im Oberbegriff beschriebenen Art kann zum Sprühtrocknen von Substanzen verwendet werden, die für diesen Zweck geeignet sind. Während des Sprühtrocknens werden wahlweise vorkonzentrierte Flüssigkeiten, Schlämme, Emulsionen und dergleichen entwässert, indem sie zerstäubt und im Allgemeinen in erwärmter Luft getrocknet werden. Das Ergebnis ist ein Produkt in Pulverform. Jedoch hat dieses Produkt häufig keine optimale Partikelgrößenverteilung, ist zum Beispiel nicht frei von Staub, und auch physikalische Eigenschaften, wie Benetzbarkeit, sind für den vorgesehenen Gebrauch des sprühgetrockneten Produkts häufig ungeeignet.
Um diese Probleme anzupacken, kann das sprühgetrocknete Produkt einer Agglomerationsbehandlung unterzogen werden. In diesem Fall wird beispielsweise Produkt, das bereits sprühgetrocknet worden ist, als Strom von feinen trockenen Partikeln in einen Sprühnebel des Produkts zurückgeführt, der sprühgetrocknet werden soll. Es wird dann für Tröpfchen des Sprühnebels möglich, an den feinen Partikeln anzuhaften, so dass sich größere Agglomerate mit geeigneten Eigenschaften bilden können. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Sprühnebel miteinander zusammenprallen zu lassen. Auch in diesem Fall ist es möglich, Agglomerate mit den gewünschten Eigenschaften zu bilden. In diesem Fall sind die erste und zweite Substanz somit beides Flüssigkeiten. Der Partikelstrom der zweiten Substanz kann daher feine Partikel oder Tröpfchen oder sogar eine Kombination davon enthalten.
Die Niederländische Patentanmeldung NL-A 8602952 beschreibt, unter anderem, eine Vorrichtung zur Herstellung eines rieselfähigen, Fett enthaltenden Pulvers. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem zwei Zerstäuber für Flüssigkeit, die aufeinander zu angewinkelt sind, und ein Zerstäuber für eine zurückgeführte Feinfraktion des sprühgetrockneten Produkts und eine Lecithin enthaltende Substanz vorhanden sind. Die Zerstäuber erzeugen Kegel von Tröpfchen bzw. einen zerstäubten Strom von Partikeln, die einander überlappen. Die Tropfenzerstäuberrohre können in radialer Richtung parallel zueinander verlagert werden und können vertikal verstellbar sein. Folglich kann der Überlappungsgrad auf mehrere Weisen verändert werden. Indem man diese Überlappung verstellt, ist es möglich, die Haftkraft der Tröpfchen bis zu einem gewissen Niveau einzustellen und auf diese Weise die Eigenschaften des Agglomerats, das erhalten werden soll, zu verändern.
Ein Problem dieser Vorrichtung besteht darin, dass in der Praxis die Verstellmöglichkeiten häufig unzureichend sind, um eine einzige Sprühtrocknungsvorrichtung zum Erhalt einer Reihe von agglomerierten oder nicht-agglomerierten sprühgetrockneten Produkten geeignet zu machen.
Das Dokument EP-A-0800860 beschreibt eine Sprühtrocknungsvorrichtung, die Winkelverstelleinrichtungen für Zufuhreinrichtungen umfasst.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine sehr flexible Sprühtrocknungsvorrichtung bereit zu stellen, die es möglich macht, einen weiteren Bereich von sprühgetrockneten Produkten zu erhalten.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung soll der Begriff Sprühtrocknung so verstanden werden, dass er Trocknung durch Versprühen bedeutet, zum Beispiel in einer Situation ohne Überlappung, jedoch auch Sprühtrocknung mit Agglomeration, sowohl von Tröpfchen aus einem Sprühkegel mit Tröpfchen aus einem anderen Sprühkegel als auch mit trockenen feinen Partikeln. Kombinationen dieser Optionen sind ebenfalls möglich.
Aus Gründen der Symmetrie ist es im Prinzip nicht wichtig, welche der beiden Zufuhreinrichtungen verstellbar ist, und es ist auch möglich, dass beide Zufuhreinrichtungen verstellbar sind. Um der Klarheit Willen beschreibt der nachfolgende Text nur Situationen, in denen die erste Zufuhreinrichtung Winkelverstelleinrichtungen umfasst. Selbstverständlich muss auch die Situation, in welcher der Winkel der zweiten Zufuhreinrichtungen verstellt werden kann, in derselben Weise berücksichtigt werden.
Indem man den Winkel zwischen der Auslassrichtung des Kegels der versprühten ersten Substanz und derjenigen des Partikelstroms der zweiten Substanz mit Hilfe der Winkelverstelleinrichtungen verstellbar macht, ist es möglich, einen sehr beträchtlichen Bereich von möglichen Einstellungen der Vorrichtung innerhalb eines kleinen Raums zu erhalten, sowohl hinsichtlich des eingeschlossenen Winkels α, d.h. jeglicher Überlappung zwischen zwei Strömen einer ersten und/oder zweiten Substanz, und hinsichtlich des (Anfangs-) Punktes der Überlappung. Mit einem großen eingeschlossenen Winkel findet die Überlappung zwischen den Tröpfchen der zerstäubten Flüssigkeit und den Partikeln aus dem Partikelstrom sehr schnell statt. Dies kann günstig sein und manchmal sogar eine Vorbedingung unter Umständen, in denen die Tröpfchen ihre Haftkraft schnell verlieren. Dies ist zum Beispiel mit einer Substanz der Fall, die sprühgetrocknet werden soll und ihre Haftkraft sehr schnell verliert, zum Beispiel proteinreiche Produkte, wie WPI, WPC und Kaseinate, sowie sprühgekochte Stärken, oder wenn den Tröpfchen ein sehr heißes Trocknungsgas zugeführt wird. Andererseits kann der Winkel auch klein gemacht werden. In diesem Fall kann die Überlappung sehr klein gemacht werden. Der Abstand d, von dem an ein Kegel von versprühter Flüssigkeit und Partikel aus dem Partikelstrom beginnen, einander zu überlappen, kann auf diese Weise unter Verwendung einer relativ kleinen Vorrichtung sehr leicht verstellt werden.
Im Kontext der Erfindung soll der Abstand d so verstanden werden, dass er die Länge der Mittellinie des Kegels der ersten Zufuhreinrichtung von der Sprühöffnung bis zur Mittellinie des Partikelstroms aus der zweiten Zufuhreinrichtung bedeutet.
Der Abstand d ist einer der Faktoren, welche die Trocknungsoptionen und möglicherweise auch die Haftkraft der versprühten Tröpfchen beeinflussen. In Kombination mit der Geschwindigkeit der Tröpfchen bestimmt dieser Abstand d letztlich die (kürzeste) Zeit, welche die Tröpfchen benötigen würden, um auf den Partikelstrom zu treffen, und daher die Trocknungszeit. Andere Faktoren, die offensichtlich auch eine Rolle spielen, sind der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt der Tröpfchen und die Verdunstungsgeschwindigkeit von Feuchtigkeit aus den Tröpfchen, die wiederum von der Produktzusammensetzung und Eigenschaften von jeglichem verwendetem Trocknungsgas bestimmt wird.
Es versteht sich, dass die obige Definition des Abstands d nicht als ausschließlich oder einschränkend ausgelegt werden darf. Andere Definitionen sind ebenfalls möglich; es ist lediglich wichtig, für ein gutes Vergleichsmaß zu sorgen. Als Beispiel kann d auch so verstanden werden, dass der kürzeste Abstand gemeint ist, der von einem Tröpfchen aus dem Kegel von zerstäubter Flüssigkeit zurückgelegt wird, bevor es mit einem Partikel aus dem Partikelstrom in Kontakt kommt. Da die Tröpfchen am Ort der Sprühdüse der ersten Zufuhreinrichtung gebildet werden, ist dieser Abstand d daher gleich der Strecke von dieser Sprühdüse bis zum Partikelstrom, gemessen über den Kegel von versprühten Tröpfchen. Wenn sich herausstellen sollte, dass die Auslassrichtungen einander überkreuzen, statt einander zu schneiden, wäre es zum Beispiel möglich, den Abstand von der Sprühdüse bis zu demjenigen Punkt in der Auslassrichtung des Kegels aus der ersten Zufuhreinrichtung zu betrachten, welcher der Auslassrichtung des Partikelstroms am nächsten liegt. Selbstverständlich sind andere Definitionen ebenfalls möglich. Diese können durch einfache Mathematik ineinander umgewandelt werden.
Wenn die verschiedenen Abstände d, in Abhängigkeit von den verwendeten Definitionen, umgewandelt werden, kann die Form des einen oder der mehreren Kegel und diejenige des Partikelstroms ebenfalls von Bedeutung sein. Der Kegel aus einer ersten Zufuhreinrichtung kann massiv sein, ist jedoch im Allgemeinen hohl. Im zuerst genannten Fall werden die Tröpfchen unter einem Winkel von zwischen 0° und einem maximalen Winkel ausgestoßen, und im zweiten Fall werden die Tröpfchen im Prinzip alle unter demselben Winkel ausgestoßen. Selbstverständlich wird es eine Zufallsverteilung der Tröpfchen um diese Pfade herum geben, die angegeben worden sind, jedoch werden die Pfade der Tröpfchen dadurch im Wesentlichen beschrieben.
Die Form des Partikelstroms unterliegt gleichfalls nicht irgendwelchen speziellen Einschränkungen. Es kann zum Beispiel eine zerstäubte Wolke oder ein mehr oder weniger hohler Kegel sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch der Partikelstrom ein im Wesentlichen zylindrischer Strom. Dieser kann zum Beispiel aus einem zylindrischen Rohr mit einer geraden Öffnung ausgestoßen werden, und vorteilhafterweise aus einem zylindrischen Rohr, in dem sich ein Füllkörper befindet, der mit dem Rohr in einer solchen Weise zusammenwirkt, dass ein hohler Partikelstrom gebildet wird. Dies stellt eine bessere Verteilung und ein besseres Agglomerationsergebnis sicher. Diese Ausführungsform betrifft im Allgemeinen trockene Partikel, zum Beispiel zurückgeführtes Feinkorn.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht der Partikelstrom aus Tröpfchen, entweder der ersten Substanz oder einer zweiten, anderen Substanz. Der Partikelstrom ist dann gewöhnlich ein hohler oder massiver Kegel, wie bereits oben beschrieben worden ist.
Die Erfindung stellt vorteilhafterweise eine Sprühtrocknungsvorrichtung bereit, bei der die Winkelverstelleinrichtungen ausgelegt sind, um den Winkel α auf einen ersten Wert einzustellen, bei dem der Kegel und der Partikelstrom einander im Wesentlichen nicht überlappen, und auf einen zweiten Wert, bei dem der Kegel und der Partikelstrom einander überlappen. Dies bietet den Vorteil, dass man imstande ist, zwischen einer Überlappung und keiner Überlappung zu wählen, d.h. zwischen Agglomeration und reinem Sprühtrocknen. Vorteilhafter ist es selbstverständlich auch möglich, den Winkel α auf andere Winkel einzustellen, um sogar noch mehr mögliche Variationen bereit zu stellen. Zum Beispiel ist es ausreichend, wenn der Absolutwert des Winkels α, der eingestellt werden soll, mindestens gleich der Summe der Spitzenwinkel des austretenden Kegels oder Partikelstroms ist, damit es im Wesentlichen keine Überlappung gibt. Was dies bedeutet, ist, dass der jeweilige Partikelstrom und Kegel einander nicht überlappen. In der Praxis kann wegen der Zufallsverteilung von Partikeln über Auslasswinkel für einige einzelne Partikel eine geringfügige Überlappung vorhanden sein, jedoch ist dies im vorliegenden Kontext ohne Bedeutung.
In der Beschreibung, die folgt, wird diese Grenzsituation ohne jegliche Überlappung nicht immer weiter genannt werden. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass es in vielen Fällen, jedoch keinesfalls in allen Fällen, vorteilhaft sein kann, wenn diese Situation bei einer bevorzugten Ausführungsform eingestellt werden kann. Diese Möglichkeit muss ausdrücklich enthalten sein, wenn auch als zusätzliche Ausführungsform. Der Text, der folgt, betrifft auch Agglomerate, die von Partikeln und Tröpfchen gebildet werden, die sich miteinander verbinden. Dieser Begriff soll auch so verstanden werden, dass er reines sprühgetrocknetes Produkt einschließt.
Ein Hauptvorteil der Situation, in der sich Tröpfchen in (praktisch) derselben Strömungsrichtung wie Trocknungsgas bewegen, ist derjenige, das die Tröpfchen über eine beträchtliche Strecke im fraglichen Gasstrom verbleiben. Dies führt zu einer sehr homogenen Trocknung sowie einem geringen Feuchtigkeitsgehalt von praktisch sämtlichen der Partikel, bevor sie mit einer Wand der Vorrichtung in Kontakt kommen können. Da getrocknete Partikel nicht mehr klebrig sind, wird dann sehr viel weniger Verschmutzung auftreten. Diese Situation kann man mit der flexiblen Vorrichtung gemäß der Erfindung sehr zweckdienlich erhalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine Mehrzahl von ersten Zufuhreinrichtungen, die um eine zweite Zufuhreinrichtung herum angeordnet sind, wobei der Kegel einer ersten Zufuhreinrichtung und der Partikelstrom aus der zweiten Zufuhreinrichtung einander mindestens teilweise überlappen. Eine Sprühtrocknungsvorrichtung dieser Art bietet den Vorteil, dass die Leistungsfähigkeit und Homogenität der Vermischung beträchtlich verstärkt werden können. Daher wird die Agglomerationsausbeute als Folge davon vergrößert, dass die Kegel miteinander vermischt werden. Es ist daher zum Beispiel möglich, zur Agglomeration einen dichteren Partikelstrom zuzuführen. Die Kegel aus der Mehrzahl von ersten Zufuhreinrichtungen können dann noch immer ausreichend Partikel finden, um einen hohen Wirkungsgrad zu besitzen.
Eine vorteilhafte Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kegel von mindestens zwei ersten Zufuhreinrichtungen einander mindestens teilweise überlappen. Dies führt zur Bildung von Bereichen mit einer Überlappung zwischen den verschiedenen Kegeln der ersten Zufuhreinrichtungen. In diesen Überlappungsbereichen ist die relative Tröpfchendichte größer als außerhalb dieser Bereiche. Die Agglomeration kann besonders wirkungsvoll ausgeführt werden, indem man es diesen Überlappungsbereichen ermöglicht, mit dem Partikelstrom zusammenzufallen.
Zudem ist die Anzahl von ersten Zufuhreinrichtungen nicht auf zwei beschränkt, sondern beträgt statt dessen vorzugsweise sogar drei oder vier oder sogar noch mehr, um eine noch größere Agglomerationshomogenität zu erzielen. Es ist auch nicht notwendig, dass die Kegel der ersten Zufuhreinrichtungen einander überlappen. Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Kegel der ersten Zufuhreinrichtungen den Partikelstrom getrennt voneinander überlappen, zum Beispiel in verschiedenen Höhen, so dass im Prinzip getrennte Agglomerationsbereiche gebildet werden und bestimmte Partikelgrößenverteilungen erzeugt werden können.
Außerdem ist es möglich, eine Mehrzahl von Gruppen von ersten und zweiten Zufuhreinrichtungen in die Sprühtrocknungsvorrichtung einzubauen. Beispielhaft sind zwei oder mehr zweite Zufuhreinrichtungen vorhanden, jede mit einer zugehörigen ersten Zufuhreinrichtung. Es ist auch möglich, dass zwei oder mehr zweite Zufuhreinrichtungen vorhanden sind, um deren jede herum zwei oder mehr erste Zufuhreinrichtungen gruppiert sind. Zudem könnten Kegel aus einer oder mehreren ersten Zufuhreinrichtungen in jedem Fall die Partikelströme aus zwei oder mehr zweiten Zufuhreinrichtungen überlappen. Der Fachmann wird imstande sein, entsprechend seinen Produktionsanforderungen die passendste Anordnung auszuwählen.
Bei einer vorteilhaften Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine erste Zufuhreinrichtung ein Rohr, das in einer Sprühdüse endet und das mindestens zwei Rohrteile umfasst, die schwenkbar miteinander verbunden sind, und die Winkelverstelleinrichtungen umfassen Einrichtungen, die ausgelegt bzw. dazu bestimmt sind, um den Winkel zwischen mindestens zwei Rohrteilen zu verstellen. Auf diese Weise ist es im Prinzip möglich, in einer einfachen und zuverlässigen Weise einen beliebigen gewünschten Winkel einzustellen. In diesem Fall können die Winkelverstelleinrichtungen zum Beispiel ein Schwenkgelenk oder ein Kugelgelenk oder irgendeine andere Einrichtung zum Einstellen eines Winkels zwischen Rohrteilen umfassen, die im Stand der Technik bekannt ist. Das Rohr kann zwei Teile umfassen, kann jedoch auch mehr Teile umfassen. Die Bereitstellung einer Mehrzahl von Rohrteilen bietet den Vorteil, dass die Abgabeposition des Tröpfchenkegels im Prinzip unabhängig vom Abgabewinkel eingestellt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von ersten Zufuhreinrichtungen ein Rohr, wie beschrieben, mit Winkelverstelleinrichtungen umfasst, und eine oder mehrere zweite Zufuhreinrichtungen ebenfalls in dieser Weise ausgebildet sein könnten.
Eine erste Zufuhreinrichtung ist vorteilhaft schwenkbar am Gehäuse befestigt. Dieses Befestigungsverfahren gestattet es, die gewünschte Auslassrichtung, mit anderen Worten den Winkel zwischen den verschiedenen Zufuhreinrichtungen, und den Abstand zwischen ihnen in einer sehr einfachen und zuverlässigen Weise einzustellen. Der Grund dafür liegt darin, dass keine Notwendigkeit besteht, im Gehäuse in oder in der Nachbarschaft von Tröpfchen oder Partikeln aus Zufuhreinrichtungen irgendwelche beweglichen Teile, wie Scharniere, bereit zu stellen. Infolgedessen kann es für solche Teile keine störende Verschmutzung oder andere nachteilige Auswirkungen geben. Wenn die Vorrichtung arbeitet, ist es außerdem möglich, die Einstellung zu verändern, wenn eine veränderte Rezeptur, veränderte Produktbedingungen, Eigenschaften des gebildeten Produkts oder irgendeine andere Ursache Grund gibt, dies zu tun.
Eine mögliche Ausführungsform einer schwenkbar befestigten ersten Zufuhreinrichtung ist zum Beispiel ein wahlweise starres Rohr oder ein anderer, aus einem Teil hergestellter Körper, der mittels eines Scharniers, Gelenks, Kugelgelenks oder dergleichen an der Wand des Gehäuses befestigt ist.
Selbstverständlich ist die Form der ersten Zufuhreinrichtung nicht auf ein Rohr beschränkt, sondern statt dessen kann die erste Zufuhreinrichtung eine beliebige geeignete Form annehmen, zum Beispiel den Zusammenbau von zwei oder mehr Rohrteilen, die sich in Bezug zueinander bewegen können, wie oben beschrieben.
Das Scharnier, Gelenk, usw. ist vorzugsweise an der Außenseite der Gehäusewand angeordnet, wobei die Zufuhreinrichtung durch die Gehäusewand ragt. Der Teil, der außerhalb des Gehäuses liegt, kann dann in einer einfachen Weise betätigt bzw. bedient werden, um die gewünschte Strömungsrichtung der Zufuhreinrichtung einzustellen. Selbst wenn das Scharnier usw. gegen die Innenseite der Gehäusewand angeordnet ist, ist noch immer eine einfache Bedienung möglich.
Ausgehend von einer im Wesentlichen vertikalen Anordnung der Sprühtrocknungsvorrichtung und Auslassrichtung in derselben, kann die erste Zufuhreinrichtung sowohl an der Oberseite und der Seitenwand des Gehäuses befestigt werden. In der Theorie kann sie auch an der Unterseite befestigt werden, in welchem Fall die Zufuhreinrichtung als eine Art Steigrohr wirkt, jedoch wird diese Situation in der Praxis nicht oft vorkommen. Obwohl es möglich ist, dass die Sprühtrocknungsvorrichtung in einer anderen Lage als im Wesentlichen vertikal angeordnet ist, wird auch dies nicht oft vorkommen, da es dann nicht möglich ist, die Schwerkraft auszunutzen, um die Tröpfchen und den Partikelstrom zu führen.
Vorteilhafterweise ist es möglich, die Höhe der ersten Zufuhreinrichtung in Bezug zur zweiten Zufuhreinrichtung einzustellen. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann der radiale Abstand der ersten Zufuhreinrichtung in Bezug zur zweiten Zufuhreinrichtung verstellt werden. Vorteilhafter können die Höhe und der radiale Abstand der ersten Zufuhreinrichtung gleichzeitig verstellt werden.
In diesem Kontext sollte das Wort Höhe so verstanden werden, dass es den Abstand von der Auslassöffnung der zweiten Zufuhreinrichtung bei Betrachtung in der Hauptnachschubrichtung der besagten zweiten Zufuhreinrichtung bedeutet. In der Praxis bedeutet dies häufig einfach die normale vertikale Höhe, jedoch wird die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, dass dieses Wort eine andere Ausrichtung bezeichnet. Der Begriff radialer Abstand sollte so verstanden werden, dass er den Abstand von der Auslassöffnung der ersten Zufuhreinrichtung bis zur Achse des Partikelstroms aus der zweiten Zufuhreinrichtung bedeutet, selbstverständlich gemessen in einer zu der besagten Achse senkrechten Ebene.
Es zu ermöglichen, zusätzlich die Höhe der ersten Zufuhreinrichtung zu verstellen, schafft ein zusätzliches Mittel zur Beeinflussung der Vermischung des Kegels und Partikelstroms, insbesondere wenn ihre Auslassrichtungen nicht parallel sind. In dem sehr eingeschränkten Fall, wo die erste und die zweite Zufuhreinrichtung Auslassrichtungen aufweisen, die parallel zueinander sind, die Höhe der ersten Zufuhreinrichtung parallel zu ihrer eigenen Auslassrichtung verlagert werden kann, und eine zweite Zufuhreinrichtung einen zylindrischen Partikelstrom liefert, kann es nichtsdestotrotz veränderte Agglomerateigenschaften geben, obwohl sich der Abstand vom Tröpfchenkegel bis zum Partikelstrom und daher der Agglomerationsprozess selbst im Wesentlichen nicht verändert, weil die Strecke, über die, und die Zeit, während der sich die Agglomerate auf andere Teile der Sprühtrocknungsvorrichtung zu bewegen (und daher austrocknen usw.) werden, sich verändern wird. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, einen günstigen Einfluss auf die Ablagerung von Pulver oder Agglomeraten auf der Wand der Vorrichtung auszuüben. Unter allen anderen, weniger eingeschränkten Umständen wird es auch möglich sein, die Agglomeration selbst zu beeinflussen, zum Beispiel durch eine Tröpfchendichte, eine Haftkraft derselben usw., die sich infolge davon verändert, dass die Höhe der ersten Zufuhreinrichtung verändert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Höhe einer zweiten Zufuhreinrichtung verstellbar zu machen, oder sogar die Höhe von beiden Zufuhreinrichtungen verstellbar zu machen.
Die obigen Betrachtungen sind auch für die Verstellbarkeit des radialen Abstands zwischen der ersten und der zweiten Zufuhreinrichtung hochgradig gültig. Dieser wird fast immer die Agglomerationseigenschaften beeinflussen, zum Beispiel wegen einer unterschiedlichen Tröpfchendichte oder eines unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalts in den Tröpfchen aus dem Kegel.
Selbstverständlich ist auch eine Kombination von verschiedenen oben erwähnten Verstellmöglichkeiten möglich. Zum Beispiel ist es möglich, die Höhe und den radialen Abstand einer ersten Zufuhreinrichtung verstellbar zu machen, indem man es ihr ermöglicht, schräg zu verlaufen, und es ihr ermöglicht, parallel zu ihrer eigenen Achse verlagert zu werden. Selbstverständlich könnten die oben erwähnten Verstellmöglichkeiten auch unabhängig voneinander vorgesehen werden. In Kombination mit der Winkelverstellmöglichkeit, vorzugsweise mit Hilfe von zwei oder mehr Rohrteilen oder eines flexiblen Rohrs, ist es auf diese Weise möglich, eine Sprühtrocknungsvorrichtung bereit zu stellen, die hinsichtlich der Eigenschaften der sprühgetrockneten Produkte, die man erhalten möchte, äußerst flexibel ist.
Wenn die Vorrichtung arbeitet, sind die Winkelverstelleinrichtungen vorzugsweise von außerhalb des Gehäuses aus betätigbar bzw. bedienbar. Wie bereits oben angegeben worden ist, bietet dies den Vorteil, dass es möglich ist, auf veränderte Produktions-Bedingungen oder Anforderungen sehr schnell und flexibel zu reagieren. Zum Beispiel ist es möglich, zu einer anderen Rezeptur überzuwechseln, ohne dass man die Produktion unterbrechen muss. Dies war bisher nicht der Fall oder war nur in einer hochgradig benutzerunfreundlichen Weise möglich, weil das Gehäuse geöffnet werden musste, um es zu ermöglichen, die Einstellung der Zufuhreinrichtungen zu verändern, was häufig eine große Anzahl von Arbeitsvorgängen mit einem hohen Risiko von Fehlern nach sich zog.
Die Erfindung betrifft auch eine Zufuhreinrichtung zur Verwendung in einer Sprühtrocknungsvorrichtung gemäß Anspruch 13. Die oben erörterten Vorteile gelten auch für die zugehörige Zufuhreinrichtung, wenn diese für sich selbst betrachtet wird, zum Beispiel indem man sie in vorhandene Trockner einbaut, und werden daher unten nur kurz erörtert.
Eine Zufuhreinrichtung dieser Art bietet die gewünschte Flexibilität hinsichtlich der Eigenschaften von sprühgetrocknetem Material, das man unter Verwendung derselben erhalten kann, wenn sie in einer Sprühtrocknungsvorrichtung verwendet wird. Die Zufuhreinrichtung kann in vorhandenen Sprühtrocknungsvorrichtungen verwendet werden, indem man sie gegen die Zufuhreinrichtung austauscht, die bisher verwendet worden ist. Dies gestattet eine einfache Verbesserung der Vorrichtung.
Vorteilhafterweise umfasst das Rohr mindestens zwei Rohrteile, die in Bezug zueinander schwenkbar sind, und die Winkelverstelleinrichtungen umfassen erste Winkelverstelleinrichtungen, die ausgelegt bzw. dazu bestimmt sind, um den Winkel zwischen mindestens zwei Rohrteilen zu verstellen.
Eine erste Zufuhreinrichtung umfasst vorzugsweise eine zweite Winkelverstelleinrichtung, durch welche die erste Zufuhreinrichtung schwenkbar an einer Wand befestigt ist. Es sollte festgestellt werden, dass diese zweite Winkelverstelleinrichtung auch die einzige Winkelverstelleinrichtung der Zufuhreinrichtung sein kann. Die Wand wird vorzugsweise unter der Seiten- oder Deckenwand einer Sprühtrocknungsvorrichtung ausgewählt, obwohl sie im Prinzip nicht auf diese Wahl beschränkt ist. Es ist auch möglich, eine Zufuhreinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Wand oder einem Wandteil dieser Art zu kombinieren. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, eine Art von Deckel mit einer oder mehreren Zufuhreinrichtungen für eine Sprühtrocknungsvorrichtung zu schaffen, so dass vorhandene Vorrichtungen sehr schnell und leicht umgebaut werden können. Es ist auch denkbar, einen gesamten Kopf einer Sprühtrocknungsvorrichtung zu schaffen.
Erfindungsgemäß sind die Winkelverstelleinrichtungen von außerhalb der Sprühtrocknungsvorrichtung betätigbar bzw. bedienbar. Dies macht die Zufuhreinrichtung im Gebrauch insofern flexibler, als die Vorrichtung, in der die Zufuhreinrichtung verwendet wird, nicht geöffnet werden muss, um die Einstellung der Zufuhreinrichtung zu verändern.
Als Beispiel kann eine mechanische Steuerung oder irgendeine andere Form von Steuerung, zum Beispiel über Kabel, Handräder oder Hebel, vorhanden sein. Jedoch ist es von Vorzug, dass die Winkelverstellung automatisiert ist, d.h. dass in den Winkelverstelleinrichtungen kleine Servomotoren in Form von Steuermotoren, Schrittmotoren mit Schrittschaltern usw. vorhanden sind. Auf diese Weise ist es sogar möglich, es zu ermöglichen, dass die Winkelverstelleinrichtungen eine wahlweise periodische Bewegung ausführen, um auf diese Weise in der Lage zu sein, noch mehr Partikelgrößenverteilungen und Produkteigenschaften zu erhalten.
Selbstverständlich ist es bei der Ausführungsform, bei der die Zufuhreinrichtung schwenkbar an einer Wand befestigt ist, insbesondere dann, wenn die Winkelverstelleinrichtungen auf der Außenseite der Sprühtrocknungsvorrichtung angeordnet sind, der Fall, dass diese speziellen Winkelverstelleinrichtungen direkt bedient bzw. betätigt werden können, da sie sich bereits außerhalb der Vorrichtung befinden. In diesem Kontext kann ein direkt angetriebenes Kugelgelenk und dergleichen in Erwägung gezogen werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, zu wissen, was die Folgen einer Veränderung der Winkeleinstellung für den Sprühkegel und die Sprührichtung sein werden. Dies kann mit Hilfe einer einfachen Kalibrierung oder alternativ mit Hilfe von geometrischen Berechnungen festgestellt werden. Die berechneten oder kalibrierten Einstellungen können dann leicht auf zum Beispiel einer Maßstabskala oder anderen geeigneten Ablesung dargestellt werden. Es ist auch möglich, zur Positionierung der Winkelverstelleinrichtungen Winkelsensoren oder andere Positionssensoren zu verwenden. Andere Elemente zur weiteren Automatisierung der Verstellung, wie Endschalter, Verbindungen zu Bildschirmen und anderen Anzeigeeinrichtungen und Kontrollräumen zur zentralen Bedienung, usw. können ebenfalls vorgesehen sein. Die Vorteile einer Automatisierung dieser Art sind deutlich: ein einfacher und schneller Betrieb, der zu wenig Verlust an Produktionszeit und zu einer beträchtlichen Flexibilität führt, wenn das erzeugte Produkt (die erzeugten Produkteigenschaften) geändert werden, und auch z.B. die Option, eine große Anzahl von Einrichtungen zentral und sogar miteinander gekoppelt zu verstellen.
Es sollte klar sein, dass die oben bezüglich automatisierter Winkelverstelleinrichtungen erwähnten Eigenschaften bei jeder Art von Winkelverstelleinrichtung genutzt werden können, zum Beispiel diejenigen bezüglich des Auslasswinkels der Zufuhreinrichtung, wie die schwenkbaren Rohrteile, jedoch auch zum Beispiel die Drehung um die Achse der Zufuhreinrichtung selbst, usw..
Die Erfindung wird unten anhand von nicht einschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert, in der:
1 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Sprühtrocknungsvorrichtung zeigt;
2 eine Seitenansicht einer Sprühtrocknungsvorrichtung mit ersten Zufuhreinrichtungen in zwei verschiedenen Positionen zeigt;
3 ein Beispiel einer schwenkbar an einer Wand eines Gehäuses befestigten Zufuhreinrichtung zeigt; und
4 schematisch noch eine andere Ausführungsform zeigt.
Über die Figuren hinweg bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten.
In 1 bezeichnet 1 einen Teil eines Gehäuses einer Sprühtrocknungsvorrichtung. 2 bezeichnet erste Zufuhreinrichtungen, die Tröpfchenkegel 3 versprühen. In diesem Fall stößt die zweite Zufuhreinrichtung 4 einen hohlen Strom von feinen trockenen Partikeln 5 aus. 6 bezeichnet Winkelverstelleinrichtungen, die in der Lage sind, den Winkel zwischen Rohrteilen 7a und 7b zu verstellen.
8a und 8b bezeichnen einen hauptsächlichen Trocknungsgasstrom bzw. einen zusätzlichen Trocknungsgasstrom.
9 bezeichnet zweite Winkelverstelleinrichtungen. Trockene feine Partikel 5 können über ein Rückführrohr 10 zugeführt oder zurückgeführt werden.
Der dargestellte Teil einer Sprühtrocknungsvorrichtung ist zum Beispiel das obere Ende einer kompletten Anlage. In diesem Fall können sich zum Beispiel unterhalb von ihm Säulen befinden, in denen eine weitere Trocknung des agglomerierten Produkts stattfindet. Unterhalb von ihm kann sich auch ein Wirbelbett oder dergleichen befinden. Jedoch wird keines von diesen im Einzelnen abgehandelt.
Die ersten Zufuhreinrichtungen 2 können Sprühdüsen sein, die im Stand der Technik bekannt sind, um eine Flüssigkeit zu versprühen, die sprühgetrocknet werden soll. Dies kann daher eine Nieder- oder Hochdruck-Sprühdüse, eine Zwei-Fluid-Sprühdüse, usw, sein. Diese Düsen erzeugen im Allgemeinen einen hohlen Tröpfchenkegel 3, obwohl ein gefüllter Kegel oder irgendeine andere Form nicht ausgeschlossen wird. Der Kegelspitzenwinkel der Zufuhreinrichtungen 2 kann im Prinzip wie gewünscht gewählt werden. Dieser Sprühwinkel oder Kegelspitzenwinkel liegt vorzugsweise zwischen 0° und 120°, bevorzugter zwischen 20° und 100°.
Die ersten Zufuhreinrichtungen 2 umfassen zwei Rohrteile 7a und 7b, deren Ausrichtung in Bezug zueinander mit Hilfe der Winkelverstelleinrichtungen 6 verstellt werden kann. Die Winkelverstelleinrichtungen 6 umfassen vorteilhafterweise zum Beispiel einen elektrischen oder anderen Motor oder ein Scharnier, Gelenk, usw., das mit Hilfe von Kabeln oder in irgendeiner anderen Weise fernbedient werden kann. Auf diese Weise ist es einfach, die Winkeleinstellung einfach zu verändern, ohne dass die Sprühtrocknungsvorrichtung geöffnet werden muss. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel keine Notwendigkeit besteht, zu warten, bis sich die Vorrichtung ausreichend abgekühlt hat oder auf irgendeine andere Weise verstellt werden kann. Selbst wenn die Vorrichtung arbeitet, kann die Einstellung in einer benutzerfreundlichen und schnellen Weise einfach verändert werden, zum Beispiel wenn andere Agglomerateigenschaften gewünscht werden oder eine Agglomeration nicht länger gewünscht wird.
Trocknungsgase werden vorteilhafterweise zu den versprühten Tröpfchen und/oder den Agglomeraten zugeführt. 8a bzw. 8b bezeichnen einen hauptsächlichen Trocknungsgasstrom und einen zusätzlichen Trocknungsgasstrom. Das Trocknungsgas kann zum Beispiel trockene und/oder erwärmte Luft, Stickstoff, usw. sein. Der zusätzliche Trocknungsgasstrom kann auch ein anderes Gas oder ein Gas mit anderen Trocknungsparametern sein, die für einen anderen Bereich in der Sprühtrocknungsvorrichtung geeignet sind. Der Fachmann wird in der Lage sein, geeignete Trocknungsgase nach Wunsch auszuwählen.
Während des Sprühtrocknens und/oder der Agglomeration wird eine definierte Partikelgrößenverteilung erzeugt werden. Wenn ein nicht unbeträchtlicher Anteil der Partikel für das gewünschte Produkt zu klein sind, können diese Partikel über das Rückführungsrohr 10 in den Agglomerationsbereich zurückgeführt werden. Diese Partikel sind äußerst geeignet, um mit Tröpfchen zu agglomerieren, so dass größere Komplexe mit den gewünschten Eigenschaften gebildet werden.
Es ist auch möglich, die trockenen feinen Partikel aus einer anderen Quelle zu erhalten, was den Vorteil hat, dass ihre Eigenschaften im Voraus vollständig feststehen und sich nicht mit dem Produktionsprozess verändern.
Ein wichtiger Kommentar an dieser Stelle besteht darin, dass es nicht einmal zwingend notwendig ist, dass trockene feine Partikel zum Agglomerationsprozess zugeführt werden. In der Tat können die versprühten Tröpfchen bereits Partikel bilden, die miteinander agglomerieren, um Agglomerate mit den gewünschten Eigenschaften zu bilden. Die Vorteile der Erfindung betreffend die Verstellbarkeit der Sprühtrocknungsvorrichtung, wie eine Verstellbarkeit während des Betriebs, sind im Ganzen auch für eine Sprühtrocknungsvorrichtung ohne eine zweite Zufuhreinrichtung gültig. Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise in der Lage, ein reines Sprühtrocknen auszuführen, d.h. ein reines Trocknen von Tröpfchen, ohne dass sie mit anderen Partikeln zusammenprallen. Der Hauptvorteil einer Vorrichtung dieser Art ist ihr äußerst flexibler Bereich von Einstellungen.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Sprühtrocknungsvorrichtung mit ersten Zufuhreinrichtungen in zwei verschiedenen Positionen, 2A und 2B.
2A zeigt eine erste Zufuhreinrichtung in einer ersten Position, und 2B zeigt eine erste Zufuhreinrichtung in einer zweiten Position, in welchen Positionen ein Kegel 3a bzw. 3b heraus gesprüht wird, beide mit einem Spitzenwinkel β.
Die zweite Zufuhreinrichtung 4 liefert einen Strom von trockenen feinen Partikeln 5.
Der Kegel 3a kommt mit dem Strom 5 in einem Abstand d2 von der zweiten Zufuhreinrichtung 4 in Kontakt, während der Kegel 3b mit dem Strom 5 in einem Abstand d1 gleich null, d.h. sofort, in Kontakt kommt.
sb bezeichnet den Abstand zwischen dem Schnittpunkt der Auslassrichtungen der ersten Zufuhreinrichtung und der zweiten Zufuhreinrichtung 4, wie im Fall von 2B angezeigt. Selbstverständlich kann ein ähnlicher Abstand auch in der Situation 2A angezeigt werden. Es ist möglich, in einer beliebigen Situation eine einfache geometrische Beziehung zwischen dem Abstand d und dem Abstand s festzulegen, welche Beziehung unter anderem vom Spitzenwinkel β des Kegels, falls zutreffend dem Divergenzwinkel des Partikelstroms, dem horizontalen Abstand zwischen der ersten und zweiten Zufuhreinrichtung und der Auslassrichtung der ersten Zufuhreinrichtung abhängt. Dies wird an dieser Stelle nicht weiter im Einzelnen abgehandelt. Jedoch trifft es zu, dass die Eigenschaften des Agglomerats teilweise durch die Abstände d und/oder s bestimmt werden. Wie festgestellt worden ist, können diese Abstände geometrisch berechnet werden, können jedoch auch unter Verwendung eines einfachen Kalibrierungsverfahrens bestimmt werden.
In der Praxis werden die gewünschten Eigenschaften des sprühgetrockneten Produkts und/oder der Agglomerate, einschließlich die Partikelgrößenverteilung, nicht nur vom Abstand d abhängen, bei dem die Überlappung beginnt, sondern auch zum Beispiel vom mittleren Abstand, bei dem die Überlappung stattfindet. Dieser Abstand kann durch den Abstand s zwischen dem Schnittpunkt der Ausströmrichtungen des Kegels 3 und des Stroms 5 angezeigt werden, zum Beispiel dem Abstand sb in der Teilfigur 2B.
Die Kegel 3a und 3b stellen nur zwei Positionen aus einem ganzen Bereich von Wahlmöglichkeiten dar. Zum Beispiel ist auch jede Position zwischen diesen Positionen möglich. Außerdem sind auch für den Winkel γ zwischen der Vertikalen in der Figur und der Auslassrichtung der rechten ersten Zufuhreinrichtung (Kegel 3b) größere Werte möglich, als diejenigen, die in der Figur dargestellt sind, ebenso wie der Wert null, was zu einem parallelen austretenden Strom führt, sowie negative Werte, in welchem Fall daher die Auslassrichtungen der Zufuhreinrichtungen divergieren. Im letzteren Fall wird empfohlen, dass der negative Winkel γ in einer solchen Weise gewählt wird, dass es noch immer eine gewisse Überlappung zwischen dem Sprühkegel und dem Partikelstrom geben wird. Es sollte angemerkt werden, dass der gewählte Winkel γ vom Spitzenwinkel β abhängen wird. In der Praxis liegt γ häufig zwischen –20° und +30°, und β liegt häufig zwischen 30° und 100°, obwohl in beiden Fällen andere Winkel möglich sind, falls erwünscht. Da in der Figur die Auslassrichtung der mittleren zweiten Zufuhreinrichtung mit der Vertikalen zusammenfällt, ist daher gemäß der Erfindung der Winkel α zwischen einer ersten Zufuhreinrichtung und der zweiten Zufuhreinrichtung gleich dem betreffenden Winkel γ der ersten Zufuhreinrichtung.
Aus praktischen Gründen ist nur der Winkel γ des Kegel 3b in der Figur angezeigt. Selbstverständlich kann ein Winkel dieser Art auch dem Kegel 3a zugeordnet werden. Das Vorzeichen hängt von der Richtung in Bezug zu dem anderen in Erwägung gezogenen Materialstrom ab: ein positiver Winkel γ ist mit Auslassrichtungen verknüpft, die aufeinander zu gerichtet sind, und ein negativer Winkel γ ist mit Auslassrichtungen verknüpft, die voneinander weg gerichtet sind.
Aus der Figur kann man sehen, dass für den zweiten Kegel 3b eine Überlappung mit dem Strom 5 geradewegs in einem Abstand von null stattfindet. Es wäre möglich, diese Position zu verwenden, wenn die Haftkraft oder andere Eigenschaften der versprühten Flüssigkeit, sobald sie die Sprühöffnung verlässt, ausreichend sind. In der Tat wäre es sogar möglich, einen rechtwinkligen unteren Teil auszuwählen, was bewirken würde, dass die zweite Zufuhreinrichtung eine zur Auslassrichtung des Stroms 5 senkrechte Auslassrichtung besitzt. Der Abstand d1 kann dann ebenfalls gleich 0 sein. In der anderen Kegelposition 3a, die dargestellt ist, ist der entsprechende Abstand d2 sehr groß. Diese Position kann zum Beispiel verwendet werden, wenn praktisch trockene Tröpfchen erwünscht sind, um sehr viel weniger Agglomeration zu erhalten.
Der Abstand d2 in der Figur kann noch weiter vergrößert werden, indem man ebenfalls von den Winkelverstelleinrichtungen 6 Gebrauch macht. Indem man einen anderen Winkel einstellt, ist es sogar möglich, parallele Auslassrichtungen für den Kegel 3 und den Strom 5 zu erhalten. Es ist daher auch möglich, die Auslassrichtung der Zufuhreinrichtungen und den radialen Abstand dazwischen unabhängig voneinander zu verstellen. Die zuletzt genannte Wahlmöglichkeit kann in Verbindung mit der Verwendung eines Trocknungsgasstroms, dem es zum Beispiel an Homogenität fehlt, von Bedeutung sein.
In 2 sind zweite Zufuhreinrichtungen 2 gewählt worden, die schwenkbar an der Wand des Gehäuses befestigt sind. Dies bedeutet, dass wenn infolge eines Verschwenkens der Winkelverstelleinrichtungen 9 die Auslassrichtung verändert wird, sich der radiale Abstand zwischen der Auslassöffnung der zweiten Zufuhreinrichtungen 2 und der Auslassöffnung der ersten Zufuhreinrichtung 4 ebenfalls verändert. Diese Veränderung kann entkoppelt werden, indem man die schwenkbare Anbringung mit zwei oder mehr schwenkbaren Rohrteilen kombiniert. Natürlich muss dann die Länge der Rohrteile 7a, 7b, usw. passend ausgewählt werden.
3 zeigt ein Beispiel einer schwenkbaren Befestigung von Zufuhreinrichtungen an einer Wand eines Gehäuses.
In dieser Figur bezeichnet 1 ein Gehäuse, an dem eine erste Zufuhreinrichtung 2, die in einer Haltevorrichtung 11 gehalten wird, über ein Kugelgelenk 12 befestigt ist. 13 bezeichnet eine Winkelverstelleinrichtung, und 14 bezeichnet eine Höhenverstelleinrichtung.
Das Kugelgelenk 13 ermöglicht es, die Zufuhreinrichtung 2 in allen Richtungen zu verschwenken. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Winkelverstelleinrichtung 13, zum Beispiel einer ersten Einstellschraube, der Winkel γ verstellt werden, indem man die Einstellschraube in eine niedrigere oder höhere Position dreht. Der Winkel γ ist in diesem Fall der Winkel zwischen der Auslassrichtung der Zufuhreinrichtung und der Vertikalen. Der Winkel α gemäß der Erfindung muss auf der Grundlage der Auslassrichtung der anderen Zufuhreinrichtung bestimmt werden, die in Erwägung gezogen werden soll. Im Fall von zwei ersten Zufuhreinrichtungen, die spiegelsymmetrisch angeordnet sind, ist α gleich 2γ, während der Winkel α gemäß der Erfindung für eine vertikale mittige zweite Zufuhreinrichtung gleich γ sein wird. Es wird einfach sein, den richtigen Winkel α zu bestimmen.
Die Zufuhreinrichtung 2 kann in der Haltevorrichtung 11 mit Hilfe der Höhenverstelleinrichtung 14, zum Beispiel einer zweiten Einstellschraube, in der durch den Pfeil A angezeigten axialen Richtung verlagert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Strecke zu verändern, um welche die Zufuhreinrichtung in das Gehäuse übersteht. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Überlappungsposition zwischen dem Tröpfchenkegel und dem Strom von feinen trockenen Partikeln zu verändern.
Außerdem ist es auch noch möglich, die Anordnung von Zufuhreinrichtung 2 und Verstelleinrichtungen 11, 13, 14 über das Kugelgelenk 12 in der durch den Pfeil B angezeigten Richtung um die Achse I zu drehen. Die Überlappung zwischen dem Tröpfchenkegel und dem Strom von feinen trockenen Partikeln kann auf diese Weise ebenfalls verändert werden. In diesem Kontext sollte angemerkt werden, dass sich in mathematischer Hinsicht der von der ersten und zweiten Zufuhreinrichtung eingeschlossene Winkel infolge einer Drehung der Zufuhreinrichtungen verändert. Im Kontext der vorliegenden Erfindung besteht jedoch hinsichtlich der Winkelverstelleinrichtung und der Einstellung des Winkels zwischen der ersten und zweiten Zufuhreinrichtung immer die Absicht, sich auf die Situation zu beziehen, in der die Auslassrichtungen der ersten und der zweiten Zufuhreinrichtung in einer Ebene liegen, d.h. einander schneiden oder parallel zueinander verlaufen, einander jedoch nicht überkreuzen. In diesem Fall muss jegliche Drehung als zusätzlicher Effekt angesehen werden, mit zugehörigen Nachteilen, dass ein größerer Anteil des Tröpfchenstroms in Richtung der Seitenwand des Gehäuses gelenkt wird.
4 zeigt schematisch eine andere äußerst flexible Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in drei Positionen. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung eine erste Zufuhreinrichtung (2) und eine zweite Zufuhreinrichtung (4), die beide mit Winkelverstelleinrichtungen 9 versehen sind.
In diesem Fall sind die erste und zweite Zufuhreinrichtung beides Einrichtungen zum Versprühen einer Flüssigkeit. Daher gibt es in diesem Fall keinen Strom von feinen trockenen Partikeln. Die Zufuhreinrichtungen 2 und 4 sind in einer Position 3 dargestellt, wobei ihre Auslassrichtungen parallel und abwärts gerichtet sind. In diesem Fall gibt es nur ein kleines Maß an Überlappung und Agglomeration. In der Position 3a sind die Zufuhreinrichtungen 2 und 4 mehr nach innen zu gerichtet. Es gibt mehr Überlappung und einen größeren Grad an Agglomeration. In der Position 3b sind die Zufuhreinrichtungen 2 und 4 mehr nach außen zu gerichtet. Es gibt kaum irgendeine Überlappung oder Agglomeration. Diese Situation stellt daher ein reines Sprühtrocknen dar, während es darüber hinaus kaum irgend eine Verschmutzung der Wände gibt, da die Partikel eine große Strecke zurücklegen und daher praktisch trocken sein werden.
Die Winkelverstelleinrichtungen 9 entsprechen denjenigen, die in 3 dargestellt sind. Diese sind in diesem Fall die einzigen Winkelverstelleinrichtungen.
Die erfindungsgemäße Sprühtrocknungsvorrichtung kann mit Erfolg zur Behandlung von Produkten, insbesondere Agglomeraten, verwendet werden, die gewisse spezifische Eigenschaften besitzen müssen, wie Löslichkeit in Wasser, Milch, usw.. Indem man durch Veränderung des zwischen den Zufuhreinrichtungen eingeschlossenen Winkels eine angemessenen Überlappungsstrecke einstellt, ist es möglich, die Form, Struktur, Dichte, usw. der Agglomerate festzulegen, die gebildet werden. Beispiele gewünschter Produkte sind lösliche Dessertpulver, agglomerierte Stärkeprodukte und Maltodextrine, Milchpulver, usw..
BEISPIEL
In einem Stork Weitkörpertrockner wurden Untersuchungen zur Produktion von "Ca-Kaseinat" unter Verwendung des Systems mit einer Mehrzahl von Sprühdüsen aus dem Stand der Technik und eines Systems mit einer Mehrzahl von Sprühdüsen gemäß der Erfindung, als "Lanzen auf Wippen" bekannt, ausgeführt. Wenn die Sprühdüsenlanzen aus dem Stand der Technik verwendet wurden, war die Trocknungsleistung unzureichend, was zu einer übermäßigen Verschmutzung des Trockners führte.
Die Verschmutzung des Trockners steht mit verschiedenen Prozess- und Konstruktionsparametern in Beziehung, jedoch ist ein bedeutender Parameter die Länge des Trocknungspfades eines Sprühnebels im Heißluft-Einlassstrom. Wenn die Sprühdüse in einem maximalen Abstand von der Mitte des Lufteinlasses angeordnet werden kann, wird dieser Pfad maximiert. Die Trocknung ist dann entsprechend wirkungsvoller und wird zu weniger Ablagerung von Produkt führen. Im Fall einer Agglomeration werden Sprühdüsen in einem kürzeren Abstand voneinander angeordnet, und es werden mehr Ablagerungen erwartet. Jedoch verhindert die Vermischung von versprühten Tropfen mit trockenen feinen Partikeln die Bildung von Ablagerungen, vorausgesetzt dass die Vermischung wirkungsvoll und homogen ist.
Der Trockner, der verwendet werden soll, mit einer typischen Wasserverdunstungsleistung von ungefähr 2000 kg/h, war mit einem externen Wirbelbett zur Endeinstellung des Produktfeuchtigkeitsgehalts und zur Abkühlung des Produkts ausgestattet. Feine Pulverpartikel, die noch in der Auslassluft vorhanden waren, welche die Kammer und das Wirbelbett verließ, wurden in einem Beutelfiltergehäuse abgetrennt. Es war möglich, diese trockenen feinen Partikel in den Zerstäubungsbereich zurückzuführen, wenn ein agglomeriertes Produkt erzeugt werden sollte.
Die Zerstäubung des Ca-Kaseinats wurde unter Verwendung von Zwei-Fluid-Düsen ausgeführt, die auf Sprühlanzen angeordnet waren. Jede Sprühlanze weist zwei Zufuhrleitungen auf, eine für das flüssige Produkt und eine für das Gas. Vier Zwei-Fluid-Düsen wurden zur Zerstäubung verwendet, und ungefähr 700 kg flüssiges Ca-Kaseinat pro Stunde wurden in jede Düse zugeführt.
Die Breite des Lufteinlasses des Trockners betrug 600 mm. Die Sprühlanzen aus dem Stand der Technik hatten ein angewinkeltes oberes Ende mit einer Länge von 20 cm und einer Neigung von 15° in Bezug zur Vertikalen. Die Sprühlanzen waren exzentrisch in Grundplatten montiert, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es war möglich, die aus dem Stand der Technik bekannten Grundplatten zu drehen, und daher den Querschnitt des Kreises zu verändern, auf dem es möglich war, die Sprühdüsen zu positionieren. Außerdem war es möglich, die Sprühlanzen selbst um ihre eigene Achse zu drehen, was er ermöglichte, die Richtung des Sprühkegels in Bezug zur heißen Einlassluft zu erhalten. Der Bereich vom kleinsten Abstand bis zum größten Abstand für die aus dem Stand der Technik bekannten Sprühdüsen betrug von ungefähr 150 mm bis 340 mm. Der Bereich von den kleinsten bis zu den größten Schnittpunktabständen für die Sprühkegel betrug dann von 280 mm bis 640 mm unterhalb der Sprühdüsenauslässe. Um die passenden Agglomerationsbedingungen für Ca-Kaseinat zu erhalten, wurden die Sprühdüsen in einem Abstand von 270 mm angeordnet, entsprechend einem Schnittpunktabstand von ungefähr 500 mm unterhalb des Auslasses aus den Sprühdüsen.
Um zusammenzufassen, waren die Nachteile, die mit dem System verbunden waren, das die aus dem Stand der Technik bekannten mehreren Sprühdüsen aufwies, wie folgt:

1. Aus Gründen der Sicherheit des Bedienungspersonals war es nicht möglich, die Sprühdüsenpositionen zu verändern, wenn der Trockner arbeitete. Außerdem war eine Veränderung der Sprühdüse ein zeitaufwändiger und arbeitsaufwändiger Vorgang. Dies waren Gründe, um den Trockner abzustellen, wenn es nötig war, eine andere Sprühdüsenposition auszuwählen. Dies verursachte einen Verlust an Produktionszeit von ungefähr 2 Stunden.
2. Der Trockner musste auch ein nicht-agglomeriertes Produkt erzeugen. Obwohl dies möglich war, wurden infolge der Tatsache, dass es unmöglich war, den zwischen den Sprühlanzen einzustellenden Abstand groß genug zu machen, übermäßige Produktablagerungen gebildet. Ablagerungen auf dem Trocknerkegel verursachten auch einen Verlust an Produkt und Produktionszeit, da der Trockner mindestens einmal pro Woche im trockenen Zustand gereinigt werden musste.
3. Die zum Reinigen der Trocknerkammer im trockenen Zustand erforderliche Zeit betrug ungefähr 4 Stunden.

Um die obigen Nachteile zu überwinden, wurden die Spitzen der Sprühlanzen auf 10 cm gekürzt, und die Neigung der Lanzenspitze in Bezug zur Vertikalen wurde auf 10° verkleinert. Diese Veränderungen stellten sicher, dass es möglich war, den hinsichtlich der Sprühdüsen einzustellenden Abstand zu vergrößern, bedeuteten jedoch gleichzeitig, dass der kleinste Abstand zu groß wurde, um eine wirkungsvolle Agglomeration zu erzielen. Außerdem war es noch immer unmöglich, die Lanzenpositionen zu verändern, während der Trockner arbeitete.
Daher wurden die Lanzen auf erfindungsgemäßen Schwenkgelenken (Wippen) installiert. Der kürzeste Abstand betrug nun 145 mm und der größte Abstand 470 mm. Außerdem wurde der größte Schnittpunktabstand viel größer, bis zu einem Maximum von 1600 mm. Der kürzeste Schnittpunktabstand beträgt noch immer nicht mehr als 300 mm, einiges unterhalb der 500 mm, die für eine ordnungsgemäße Agglomeration erforderlich waren.
Um zusammenzufassen, waren die Vorteile der neuen Düsenanordnung gemäß der Erfindung wie folgt:

1. Agglomeration und Präzisionseinstellung der Agglomeration sind noch immer möglich, wie aus der Tatsache deutlich wird, dass ein sehr kurzer Abstand zwischen den Lanzen in Kombination mit einem sehr kurzen Schnittpunktabstand noch immer möglich ist.
2. Es war möglich, Veränderungen an den Lanzen- und Düsenpositionen vorzunehmen, während der Trockner arbeitete, und der Vorgang des Bewegens der vier Lanzen in eine neue Position dauerte weniger als 5 Minuten. Der Vorteil ist eine Produktionszeiteinsparung von etwa 2 Stunden.
3. Im Fall von nicht-agglomeriertem Produkt waren Ablagerungen auf der gesamten Trocknerwand vernachlässigbar: weniger als 10 kg/Woche. Diese Ablagerungen betrugen ursprünglich bis zu ungefähr 250 kg/Woche. Im Fall der Produktion von agglomeriertem Ca-Kaseinat waren Ablagerungen gleichfalls vernachlässigbar.
4. Im trockenen Zustand war es nicht mehr notwendig, die Trocknerkammer zu reinigen, was eine zusätzliche Produktionszeiteinsparung von 4 Stunden pro Woche darstellt.
5. Es war möglich, Veränderungen an den Düsenpositionen sicher und außerdem in einer für das Bedienungspersonal freundlichen Weise auszuführen.

Die nachfolgende Tabelle fasst das oben Gesagte zusammen.
Schlussfolgerung:
Es war nur mit Sprühlanzen, die gemäß der Erfindung auf Wippen montiert waren, möglich, für eine ordnungsgemäße Agglomeration und Sprühtrocknung zufriedenstellende Düsenpositionen zu wählen. Es war ein sehr viel flexiblerer Sprühtrocknungsvorgang möglich, und zudem war weniger Wartung erforderlich.

Claims

Sprühtrocknungsvorrichtung, umfassend – ein Gehäuse (1), – mindestens eine erste Zufuhreinrichtung (2) mit einer ersten Sprühöffnung zum Zuführen einer ersten Substanz in das Gehäuse (1), wobei die erste Substanz eine Flüssigkeit ist, die in einem Kegel (3; 3a, 3b) in einer ersten Auslassrichtung versprüht wird, – mindestens eine zweite Zufuhreinrichtung (4) zum Zuführen einer zweiten Substanz in das Gehäuse (1), wobei die zweite Substanz in einem Partikelstrom (5) in einer zweiten Auslassrichtung zugeführt wird, wobei die erste und die zweite Auslassrichtung in Bezug zueinander einen Winkel α einschließen, und – Stromsteuereinrichtungen zum Steuern des Stroms der ersten und der zweiten Substanz, wobei mindestens eine von der ersten (2) und der zweiten (4) Zufuhreinrichtung Winkelverstelleinrichtungen (6, 9) zum Verstellen des Winkels α umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen (6, 9), wenn die Vorrichtung arbeitet, von außerhalb des Gehäuses (1) bedienbar sind.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen einen elektrischen oder anderen Motor oder ein Scharnier oder Gelenk umfassen, das fernbedienbar ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zufuhreinrichtung (2) ein Rohr umfasst, das in einer Sprühdüse endet und das mindestens zwei Rohrteile (7a, 7b) umfasst, die schwenkbar miteinander verbunden sind, und dass die Winkelverstelleinrichtungen erste Winkelverstelleinrichtungen (6) umfassen, die ausgelegt sind, um den Winkel zwischen mindestens zwei Rohrteilen (7a, 7b) zu verstellen.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zufuhreinrichtung (2) schwenkbar am Gehäuse (1) befestigt ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zufuhreinrichtung (2) eine zweite Winkelverstelleinrichtung (9) umfasst, mittels derer die erste Zufuhreinrichtung (2) schwenkbar am Gehäuse (1) befestigt ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen (6; 9) ausgelegt sind, um den Winkel α bis zu einem ersten Wert, bei dem der Kegel (3; 3a, 3b) und der Partikelstrom (5) einander im Wesentlichen nicht überlappen, und bis zu einem zweiten Wert, bei dem der Kegel (3; 3a, 3b) und der Partikelstrom (5) einander überlappen, zu verstellen.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von ersten Zufuhreinrichtungen (2) umfasst, die um eine zweite Zufuhreinrichtung (4) herum angeordnet sind, wobei der Kegel (3) einer ersten Zufuhreinrichtung (2) und der Partikelstrom (5) aus der zweiten Zufuhreinrichtung (4) einander mindestens teilweise überlappen.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegel (3; 3a, 3b) von mindestens zwei ersten Zufuhreinrichtungen (2) einander mindestens teilweise überlappen.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der ersten Zufuhreinrichtung (2) in Bezug zur zweiten Zufuhreinrichtung (4) verstellbar ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand zwischen der ersten Zufuhreinrichtung (2) und der zweiten Zufuhreinrichtung (4) verstellbar ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei der eine erste Zufuhreinrichtung (2) schräg verläuft und parallel zu ihrer eigenen Achse verlagerbar ist.
Sprühtrocknungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zufuhreinrichtungen (4) ein zylindrisches Rohr umfassen, in dem sich ein Füllkörper befindet, der mit dem Rohr in einer solchen Weise zusammenwirkt, dass ein hohler Partikelstrom gebildet wird.
Zufuhreinrichtung (2, 4), umfassend ein Rohr mit einer Auslassöffnung zum Zuführen eines Materials in einer Auslassrichtung in eine Sprühtrocknungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung weiter mit Winkelverstelleinrichtungen (6, 9) zum Verstellen der Auslassrichtung versehen ist, wobei die Winkelverstelleinrichtungen einen elektrischen oder anderen Motor oder ein Scharnier oder Gelenk umfassen, der/das fernbedienbar ist.
Zufuhreinrichtung (2, 4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mindestens zwei Rohrteile (7a, 7b) umfasst, die in Bezug zueinander verschwenkbar sind, und dass die Winkelverstelleinrichtungen erste Winkelverstelleinrichtungen (6) umfassen, die ausgelegt sind, um den Winkel zwischen mindestens zwei Rohrteilen (7a, 7b) zu verstellen.
Zufuhreinrichtung (2, 4) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen zweite Winkelverstelleinrichtungen (9) umfassen, um die Zufuhreinrichtung in einer verstellbaren Weise schwenkbar an einer Wand zu befestigen.
Zufuhreinrichtung (2, 4) nach einem der Ansprüche 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtungen (6, 9) von außerhalb der Sprühtrocknungsvorrichtung bedienbar sind.