DE69603288T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines pulverförmigen erzeugnisses mittels schleuder-blitztrocknung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines pulverförmigen erzeugnisses mittels schleuder-blitztrocknung

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Description

    Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines pulverförmigen Erzeugnisses mittels Schleuder-Schnelltrocknung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines pulverförmigen Erzeugnisses mittels Schleuder-Schnelltrocknung.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von Material in Form einer Masse oder eines Filterkuchens, mit einer vertikalen zylindrischen Trocknerkammer und einem darin koaxial angeordneten drehbaren Rührwerk, mit einem in seiner Geschwindigkeit veränderbaren Schneckenförderer und mit Durchlässen zur Zuführung von heißem Trocknungsgas und zur Entfernung des verbrauchten Trocknungsgases und Entfernung des getrockneten Materials.
  • Produkte, die vorzugsweise mittels der Erfindung getrocknet werden, sind
  • Frucht- und Rübenbrei, Destillierrückstände, Pestizide, Pigmente, Farben, Keramik, Aktivkohle, Schlamm und Zeolith.
  • Es ist bereits bekannt, z. B. aus EP 0 141 403, Material in Form einer Masse oder eines Filterkuchens zur Gewinnung von Pulver zu trocknen. In der dort genannten Vorrichtung sind die Größen der erzeugten Pulverpartikel alle unterhalb einer gegebenen Trenngröße und außerdem wird das restliche Trocknungsgas des weiteren in die Umgebung ausgestoßen.
  • In US 5,291,668 ist eine Anordnung vom Schleuder-Schnelltyp zur Trocknung von Schlamm in Wasserdampf beschrieben. Die Anordnung benutzt eine Schlitztrennvorrichtung zur Herstellung von kleinen Partikeln; die Anordnung erfordert Dampfrückverdichtung zur Energienutzung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vom Schleuder-Schnelltrocknertyp anzugeben, welches insbesondere zur Trocknung von Massen und Filterkuchen zu einem Pulver geeignet ist mit einer gewünschten mittleren Partikelgröße und einer engen Partikelgrößenverteilung. Zum zweiten sollen niedriger Energieverbrauch und geringe oder keine Emission in die Umwelt erreicht werden.
  • Mit den neuen Merkmalen gemäß der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 für das Verfahren und Anspruch 6 für die Vorrichtung beschrieben ist, werden Partikel durch eine Sortiereinrichtung in der Kammer in solcher Weise getrennt, daß die Teilmenge mit Übergröße in der Kammer zurückgehalten und die erwünschte Teilmenge entnommen wird. Eine mögliche unerwünschte Teilmenge mit Untergröße wird ausgestoßen und extern in die Trocknerkammer rückgeführt.
  • Die Trenngrößen der Sortiereinrichtung sind einstellbar.
  • Das verbrauchte Trocknungsgas wird zum Luftverteiler der Trocknerkammer rückgeführt und durch indirekte oder direkte Heizung wiedererwärmt. Bei indirekter Wiedererwärmung wird die Zusammensetzung des Trocknungsgases Wasserdampf sein; bei direkter Wiedererwärmung wird sie Luft mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt sein. In beiden Fällen kann die Energie im verbrauchten Trocknungsgas mittels eines Wärmetauschers genutzt werden und es gibt keine oder nur geringe Emission in die Umwelt.
  • Mit diesem Verfahren ist es möglich, durch Schleuder- Schnelltrocknung Pulver mit einer gewünschten mittleren Partikelgröße und einer engen Partikelgrößenverteilung, mit einem geringen Verbrauch von Energie und mit geringer oder keiner Emission in die Umwelt zu erzeugen.
  • Während des Betriebs des Schleuder-Schnelltrockners erreicht das Trocknungsgas eine hohe Geschwindigkeit und wirbelt die veränderliche Schicht von trocknenden Partikeln auf, welche sich während des Trocknungsprozesses aufwärts durch die Kammer bewegen.
  • Schwere, noch feuchte Klumpen werden gegen die Kammerwände gedrückt. Zersetzung, Reibung und Trocknung verursachen, daß die Partikel kleiner und leichter werden und folglich sich ein in Gleichgewicht befindliches Wirbelbett bildet, in dem sich kleinere Partikel zur Achse der Trocknerkammer hin bewegen.
  • Durch Wahl der Betriebsbedingungen wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, in dem die Zuführrate von feuchtem Material im Gleichgewicht steht mit der korrespondierenden Trocknungskapazität (ein dem Fachmann bekanntes Prinzip) und mit der Entnahmerate des getrockneten Produkts. Es ist ein überraschender Effekt des Schleuder-Schnelltrockners, daß die Partikel in der Trocknungszone verbleiben, bis sie die gewünschte Partikelgröße erreicht haben.
  • Durch die Erfindung ist es innerhalb gewisser Grenzen möglich, Partikel unterhalb einer bestimmten Partikelgröße (das heißt dem gewünschten Maximum) durch Wahl des Durch messers der Öffnung der ersten Sortiereinrichtung im oberen Teil der Trocknerkammer zu entnehmen, oberhalb derer Trocknungsgas mit mitgeführten Partikeln dem Trockner entnommen wird.
  • Unerwünschte Partikel mit Untergröße werden oberhalb der zweiten Sortiereinrichtung entnommen, welche einen zweiten Durchlaß mit ringförmiger Öffnung hat, und zum unteren Teil der Trocknerkammer rückgeführt, wo sie sich mit feuchtem Produkt zusammenballen und größere Partikel bilden. Auf diese Weise hergestellte Pulver, die den Trockner zwischen den Durchlässen verlassen, haben also eine gewünschte mittlere Partikelgröße und eine enge Partikelgrößenverteilung.
  • Das Verfahren wird wie folgt gesteuert:
  • Einstellung der ersten Öffnung der ersten Sortiereinrichtung zur Erzeugung einer oberen Trenngröße von Partikeln, Einstellung der zweiten Öffnung der zweiten Sortiereinrichtung zur Erzeugung einer unteren Trenngröße von Partikeln, Entnahme eines Stromes von verbrauchtem Trocknungsgas mit Partikeln aus der Trocknerkammer zwischen erster und zweiter Sortiereinrichtung zur Erzeugung eines Pulvers von gewünschter Partikelgröße und vorzugsweise innerhalb eines vorherbestimmten Partikelgrößenabstandes, Entnahme eines Stromes von verbrauchtem Trocknungsgas mit Partikeln mit Untergröße, welches die zweite Öffnung passiert und Trennung und Rückführung der Partikel mit Untergröße zur Trocknerkammer.
  • Des weiteren Zusammenführung von austretenden Gasen und Teilung des gesamten austretenden Gases in einen Strom, welcher indirekt oder direkt wiedererwärmt und in den Luftverteiler der Trocknerkammer zurückgeführt wird, sowie in einen Strom von überschüssigem, verbrauchtem Trocknungsgas, welches in einem Wärmetauscher verwandt wird.
  • Der Gesamtdruck in der Trocknerkammer kann, ohne aber darauf beschränkt zu sein, gleich dem atmosphärischen Druck sein.
  • Nach einer bevorzugten Ausführung wird das rückgeführte Trocknungsgas durch indirekte Heizung wiedererwärmt, z. B. in einem dampfbeheizten Wärmetauscher.
  • Diese Ausführung ist vorteilhaft, weil es keine Emission von Trocknungsgas in die Umwelt gibt. Das überschüssige Trocknungsgas besteht aus reinem Wasserdampf, dessen gesamter Gehalt an Energie durch einen Wärmetauscher entnommen und andernorts verwandt werden kann.
  • Des weiteren können flüchtige Stoffe (Aromastoffe, Geruchsstoffe und andere niedrigsiedende Komponenten) kondensiert und vom kondensierten Wasser getrennt werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung wird das rückgeführte Trocknungsgas durch direkte Heizung z. B. durch Gas, wiedererwärmt.
  • Bei diesen bevorzugten Methoden der Wiedererwärmung enthält das Trocknungsgas wenig oder keine Luft oder Sauerstoff. Die Haupteigenschaften dieses Prinzips sind:
  • - die Trocknungsrate ist erhöht, weil die Wärmeübergangskoeffizienten höher sind, was zu einer erhöhten Kapazität in einem bestimmten Trocknervolumen führt,
  • - gebundene Wärme zur Wasserverdampfung kann rückgewonnen werden,
  • - die Trocknung findet mit einer reduzierten Menge oder in Abwesenheit von Sauerstoff statt, was das Explosionsrisiko und die Feuergefahr reduziert,
  • - reduzierte oder keine Emission in die Umwelt,
  • - die Qualität einiger Produkte, insbesondere von organischen Materialien, wird verbessert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung, in der zurückgeführtes Gas durch direkte Gasheizung wiedererwärmt wird, wird der Überschuß von Trocknungsgas so gesteuert, daß der Feuchtigkeitsgehalt im Trocknungsgas 0,4 kg Wasser pro kg trockener Trocknungsluft oder höher, vorzugsweise 0,6 kg pro kg oder höher ist, wobei die oberen Grenzen durch die Charakteristiken des Gasbrenners bestimmt werden.
  • Die Erfindung ist des weiteren unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen Schleuder-Schnelltrockner, ausgerüstet mit
  • einem Trocknungsgaseinlaß 2,
  • einem ersten Trocknungsgasauslaß 3,
  • einem zweiten Trocknungsgasauslaß 4,
  • einem Schneckenförderer 5 mit veränderlicher Geschwindigkeit,
  • einer Sortiereinrichtung 6,
  • einer ersten ringförmigen Öffnung 7,
  • einer zweiten ringförmigen Öffnung 8,
  • einer Trennvorrichtung für erwünschte Partikel 9,
  • einer Trennvorrichtung für Partikel mit Untergröße 10,
  • einem Rohr zur Zurückführung von Partikeln mit Untergröße 11,
  • Mittel zur Zusammenführung von austretenden Trocknungsgasen 12,
  • Mittel zur Teilung von Trocknungsgas 13,
  • Leitung zu einem Kühler (nicht gezeigt) 14,
  • einem Gebläse 15,
  • einem Wiedererwärmer (die Zeichnung zeigt eine indirekte Heizung; eine direkte Heizung ist optional) 16.
  • Das Verfahren wird in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt zur Herstellung eines Pulvers mit einer gewünschten mittleren Partikelgröße und einer engen Partikelgrößenverteilung, mit einem geringen Energieverbrauch und mit geringer oder ohne Emission in die Umwelt, bestehend aus einem Schleuder-Schnelltrockner mit einer vertikalen, zylindrischen Trocknerkammer 1 und einer darin koaxial angeordneten, drehbaren Rühreinrichtung, mit einem Schneckenförderer mit veränderbarer Geschwindigkeit 5 und mit Öffnungen zur Zufuhr von heißem Trocknungsgas 2 und zur Entnahme von verbrauchtem Trocknungsgas und Entnahme von getrocknetem Material,
  • einer Sortiereinrichtung 6 im oberen Teil der Trocknerkammer, Mittel zur Trennung von erwünschten schwebenden Partikeln vom Trocknungsgas 9, Mittel zur Trennung 10 und Rückführung 11 von Partikeln mit Untergröße zur Trocknerkammer, Mittel 12 zur Zusammenführung von Strömen von austretendem Trocknungsgas, Mittel 13 zur Teilung des Trocknungsgases in einen Überschußstrom 14, welcher zu einem Kühler geführt wird und in einen Strom, welcher als Trocknungsgas in die Trocknerkammer rückgeführt wird, und Mittel zur Wiedererwärmung des rückgeführten Trocknungsgases.
  • Nach der bevorzugten Ausführung besteht das Sortiersystem 6 aus einer ersten Sortiereinrichtung mit einer zentralen, ringförmigen Öffnung 7 und aus einer zweiten Sortiereinrichtung mit einer zentralen, ringförmigen Öffnung 8. Partikel mit einer gewünschten mittleren Partikelgröße und einer engen Partikelgrößenverteilung werden zwischen den zwei Öffnungen 7 und 8 entnommen. Partikel mit Untergröße treten durch den oberen Durchlaß 8 und werden zur Kammer 1 rückgeführt.
  • Der Abstand zwischen den ringförmigen Öffnungen 7, 8 ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung 0,1 bis 1 mal, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mal so groß wie der Durchmesser der Trocknerkammer.
  • Der Durchmesser der unteren ringförmigen Öffnung ist 0,1 bis 0,95 mal, vorzugsweise 0,5 bis 0,95 mal, und der Durchmesser der oberen ringförmigen Öffnung 0,05 bis 0,9 mal, vorzugsweise 0,45 bis 0,9 mal so groß wie der Durchmesser der Trocknerkammer 1.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Öffnungen 7, 8 der Sortiereinrichtungen einstellbar.
  • Es gibt kein bekanntes theoretisches Modell zur Bestimmung der Relation zwischen Durchlässen der Sortiereinrichtungen und Partikeltrenngröße für ein gegebenes Produkt, deshalb müssen ringförmige Öffnungen zur Erzeugung von gewünschten Partikelgrenzgrößen notwendig durch empirische Methoden bestimmt werden. Die Öffnungen können verändert werden durch lose Einschübe oder - kontinuierlich und während des Betriebes - mittels einer Iris-Blende (z. B. wie von Mucon hergestellt).

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Pulvers mittels Schleuder-Schnelltrocknung, wobei eine Masse oder ein Filterkuchen getrocknet wird, beinhaltend folgende Schritte:
Einfüllung des zu trocknenden Materials in eine Trocknerkammer (1),
Beaufschlagung des genannten Materials mit einem Strom von Trocknungsgas zur Erzeugung von trockenen Partikeln,
Anpassung der Menge des eingeführten Materials an die Menge und Trocknungskapazität des eingeführten Trocknungsgases, dadurch Steuerung zu einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und Größe der Partikel, die die Trocknerkammer (1) verlassen,
Durchführung einer Größenklassifikation der genannten Partikel in mindestens zwei Teilmengen in einer Sortiereinrichtung (6),
von denen die erste Teilmenge Partikel mit der vorherbestimmten Partikelgrößenverteilung beinhaltet, welche als in einem ersten Auslaßgasstrom schwebendes Produkt entnommen wird,
und deren zweite Teilmenge mit Untergröße aus der Sortiereinrichtung (6) als eine in einem zweiten Auslaßgasstrom mitgeführte Suspension entnommen wird und als feste Partikel zur Trocknerkammer (1) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
beinhaltend den Schritt einer Zusammenführung des Gases des ersten und zweiten Auslaßgasstromes von der Sortiereinrichtung (6) nach Trennung der Partikel von den Gasströmen,
und Rückführung des zusammengeführten Gases als Trocknungsgas zur Trocknerkammer (1).
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das rückgeführte Trocknungsgas durch indirekte Heizung wiedererwärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das rückgeführte Trocknungsgas durch direkte Heizung wiedererwärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, wobei der Überschuß des Trocknungsgases so gesteuert wird, daß der Feuchtigkeitsgehalt im Trocknungsgas 0,4 kg Wasser pro kg trockene Trocknungsluft oder höher ist, vorzugsweise 0,6 kg pro kg oder höher.
6. Vorrichtung, bestehend aus
einem Schleuder-Schnelltrockner mit einer vertikalen zylindrischen Trocknerkammer (1), einer darin koaxial angeordneten Rühreinrichtung, mit einem in seiner Geschwindigkeit veränderbaren Schneckenförderer (5) und mit Durchlässen (2) für die Zuführung von heißem Trocknungsgas und für die Entfernung des verbrauchten Trocknungsgases und für die Entfernung des getrockneten Materials,
eine erste Sortiereinrichtung (7) in dem oberen Teil der Trocknerkammer (1),
eine zweite Sortiereinrichtung (8) in dem oberen Teil der Trocknerkammer (1),
Mittel (9) zur Trennung gewünschter schwebender Partikel vom Trocknungsgas,
Mittel (10, 11) zur Trennung und Rückführung von Partikeln mit Untergröße zur Trocknerkammer (1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin jede der ersten und zweiten Sortiereinrichtung eine zentrale ringförmige Öffnung (7, 8) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Abstand zwischen den ringförmigen Öffnungen der ersten und zweiten Sortiereinrichtung (7, 8) 0,1 bis 1 mal, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mal so groß ist wie der Durchmesser der Trocknerkammer (1).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Durchmesser der unteren ringförmigen Öffnung (7) 0,1 bis 0,95 mal, vorzugsweise 0,5 bis 0,95 mal und der Durchmesser der oberen ringförmigen Öffnung (8) 0,05 bis 0,9 mal, vorzugsweise 0,45 bis 0,9 mal so groß ist wie der Durchmesser der Trocknerkammer (1).
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Öffnungen der Sortiereinrichtungen (7, 8) einstellbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit Mitteln (12) zum Zusammenführen von Strömen des herausgeführten Trocknungsgases und
Mittel (13) zur Teilung von Trocknungsgas in einen Überlaufstrom, welcher zu einem Kühler (14) geführt ist und einem Strom, welcher als Trocknungsgas in die Trocknerkammer (1) rückgeführt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, in der Mittel (16) zur Wiedererwärmung des rückgeführten Trocknungsgases angeordnet sind.
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