DE69720114T2 - Zweistufiger Sprühtrockner - Google Patents

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/16Evaporating by spraying
    • B01D1/18Evaporating by spraying to obtain dry solids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sprühtrockner zum sofortigen Trocknen eines Prozess-Fluids, welches feste Bestandteile in einer wässrigen Lösung aufgelöst enthält, oder als eine in Wasser verteilte Schlämme, welche dadurch gebildet wird, dass das Prozess-Fluid unter Druck durch Sprühdüsen in eine heiße Gasströmung gesprüht wird, und sie bezieht sich im besonderen auf einen Sprühtrockner, welcher dazu fähig ist, eine große Menge an Fluid trotz einer Trocknerkammer, die eine verkleinerte Höhe aufweist, zu verarbeiten.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik:
  • US-A-45,611,92 offenbart eine Sprühtrocknervorrichtung, welche eine Haupttrocknerkammer, Mittel zum Zerstäuben zur Einleitung eines Speise-Fluids, Mittel zum Einleiten von Trocknergas, eine zweite Trocknereinheit und Auslassmittel umfasst, wobei Material in Partikelform nach unten voranschreitend durch die Haupttrocknerkammer in einem Fließbett eines solchen Materials in der zweiten Trocknerkammer aufgenommen wird, wobei das Material in Partikelform abgelassen wird. Größere und/oder schwerere Partikel werden von dem Bodenteil der Trocknerkammer abgelassen. Nur die kleineren und/oder leichteren feinen Partikel werden mit Luft durch ein Rohr abgesaugt.
  • Ein turmförmiger Sprühtrockner kann bezeichnenderweise sofort getrocknetes Pulver erzeugen, indem ein Prozess-Fluid von einem oberen Abschnitt der Trocknerkammer in eine heiße Gasströmung gesprüht wird, so dass das Fluid unter erhöhtem Oberflächeninhalt pro Einheitsgewicht pulverisiert und getrocknet wird. Besonders in dem sogenannten Parallel-Strömungsverfahren beziehungsweise Gleichstromverfahren, in welchem ein Einlass von heißem Gas um einen Einlass von Prozess-Fluid (das Fluid, welches getrocknet werden soll) herum angeordnet ist, so dass das pulverisierte Fluid durch die Gasströmung mitgenommen wird, ist der Vorgang dadurch gekennzeichnet, dass das meiste enthaltene Wasser bei einer anfänglichen Trocknungsstufe, die in der Nachbarschaft des Einlasses des heißen Gases auftritt, verdampft und kein merklicher Temperaturanstieg für das pulverisierte Fluid erfolgt, auch wenn die trocknende Gasströmung so heiß ist wie ungefähr 200°C. Der Trocknerturm muss eine angemessene Höhe aufweisen, da die Trocknung vollständig abgeschlossen sein sollte, bevor das Pulver den Bodenabschnitt des Trockners erreicht. Nichtsdestoweniger kommt die Trocknervorrichtung (Turm) aufgrund der einfachen Bauweise und des leichten Betriebes häufig in der Lebensmittel-, pharmazeutischen und chemischen Industrie zur Anwendung, da es die einfachste Methode ist, eine große Menge von Rohmaterial zu verarbeiten, welches hitzeempfindlich ist oder zum Schwarzwerden neigt.
  • Für hochtemperaturbeständige Werkstoffe für Temperaturen von über 400°C wie Reinigungsmittel, wird ein Gegenstrom-Trocknungsverfahren verwendet, wobei ein heißer Gasstrom und ein zerstäubtes Prozess-Fluid gegeneinander strömen. Da das Verfahren jedoch nicht die ursprünglichen wesentlichen Punkte eines Sprühtrockners benutzt, wird das Gegenstrom-Trocknungsverfahren nur in einem begrenzten Bereich benutzt.
  • In herkömmlicher Weise besitzen die meisten der Trockner im Gleichstromverfahren einen einzelnen Einlass von heißem Gas in der Mitte des Kopfabschnitts (Deckenabschnitt) der vertikalen zylindrischen Trocknerkammer, um heißes Gas zum Trocknen nach unten in die Trocknerkammer zu blasen. Bei einem Sprühtrockner zur Verarbeitung einer relativ kleinen Menge (Verdampfungsleistung nicht mehr als 2000 kg/h) ist ein einzelner rotierender Zerstäuber oder eine Düse zum Sprühen von mit Druck beaufschlagtem Prozess-Fluid in der Mitte des Einlasses des heißen Gases angeordnet. Bei Sprühtrocknern mit höheren Kapazitäten werden rotierende Zerstäuber gewöhnlich nicht eingesetzt; jedoch sind eine Vielzahl von Düsen zum Sprühen von mit Druck beaufschlagtem Prozess-Fluid zu einem einzelnen einen großen Durchmesser aufweisenden Einlass von heißem Gas hin angeordnet.
  • Wenn ein rotierender Zerstäuber oder eine Vielzahl von Düsen zur Verbesserung der Trocknungseffektivität einer Trocknerkammer verwendet werden, ist eine rotierende Platte zur Erzeugung eines spiralförmigen Gasstroms an dem Einlass des heißen Gases angeordnet, jedoch wird die rotierende Platte gewöhnlich nicht zum Sprühen eines Prozess-Fluids mit einer einzelnen Düse ausgerüstet. Das mit Druck beaufschlagte Prozess-Fluid, welches von rotierenden Zerstäubern oder Sprühdüsen in den heißen Gasstrom gesprüht wird, wird zerstäubt und unverzüglich in der Trocknerkammer getrocknet, und das Abgas wird aus einem weiter unten liegenden Abschnitt der Trocknerkammer in einen Zyklonsammler abgesaugt, um die getrockneten feinen Partikel in dem Abgas aufzufangen. Die so aufgefangenen feinen Partikel werden nach außen aus dem System über ein Drehschieberventil oder ein doppeltes Entleerventil, welches an einem kegelförmigen unteren Abschnitt des Zyklons angeordnet ist, abgelassen. Nach dem Abtrennen der feinen Partikel durch den Zyklon, wird das Abgas über ein Abgasrohr durch ein Abgasgebläse abgesaugt und in die Atmosphäre abgegeben.
  • Früher wurden rotierende Zerstäuber für kleine vertikale zylindrische Sprühtrockner mit einer dampfförmigen Wassermenge von nicht größer als mehreren zehn kg/h verwendet, und Druckspraydüsen wurden nicht eingesetzt. Bei einem rotierenden Zerstäuber fließt das auf den zentralen Abschnitt einer mit einer sehr hohen Geschwindigkeit rotierenden Scheibe aufgebrachte Prozess-Fluid auf der Oberfläche oder durch Kanäle zur Peripherie der Scheibe und spritzt in feinen Flüssigkeitspartikeln von der Scheibenkante in radialer Richtung (horizontaler Richtung) durch die Zentrifugalkraft weg. Da das trocknende heiße Gas durch die rotierende Scheibe zum Rotieren gebracht wird, ist die nach unten gerichtete Fließgeschwindigkeit der Partikel in axialer Richtung der zylindrischen Kammer klein. Somit liegt das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der zylindrischen Kammer inklusive des kegelförmigen Bodenabschnitts um 1 : 2. Kleine Sprühtrockner dieser Größenordnung sind grundsätzlich im Innenraum auf dem Boden eines Gehäuses installiert.
  • Im Falle von Druckspraydüsen oder wenn eine Sprühdüse für zwei Arten von Fluids eingesetzt wird, wird das Prozess-Fluid von den Sprühdüsen, die sich in der Mitte des Einlasses von heißen Gas an dem Deckenabschnitt der Trocknerkammer befinden, nach unten in die Richtung der Kammerachse mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn m/sec gesprüht.
  • Die Höhe der Trocknerkammer ist so ausgelegt, dass sie wegen der Notwendigkeit der Rückhaltezeit in der Trocknerkammer mehrmals so groß ist wie die von Sprühtrocknern, welche rotierende Zerstäuber verwenden. Um das Volumen der Trocknerkammer so herzustellen, wie das solcher, die rotierende Zerstäuber verwenden, ist es notwendig, den Durchmesser der Trocknerkammer zu halbieren, jedoch verhindert die Adhäsion von nassen Partikeln an der Wand der Trocknerkammer, dass die Verkleinerung des Durchmessers der Trocknerkammer zu groß wird, woraus eine verminderte Trocknungskapazität pro Volumeneinheit der Trocknerkammer resultiert. Zuvor wurden somit rotierende Zerstäuber als weit mehr geeignet für Sprühtrockner kleiner Abmessung erachtet. Ohne Bezug auf Trocknungskapazitäten werden Sprühtrockner mit rotierenden Zerstäubern gefordert, die Trocknungseffektivität innerhalb der Trocknerkammer zu erhöhen, indem eine rotierende Platte am Einlass des heißen Gases angeordnet wird, um eine Rotation der Gasströmung in der Trocknerkammer zu bewirken. Obwohl die rotierende Gasströmung zur Vergrößerung von wirksamen Bereichen der Trocknerkammer nützlich sein kann, bewirkt das Gas unvermeidlich eine Störung durch Ablagerung von mitgerissenen feinen Partikeln an den Wänden um den Einlass des heißen Gases herum. Die abgelagerten Partikel, die durch das heiße Gas angeströmt werden, neigen dazu, in kurzer Zeit zu verkohlen. Da die Verkohlung nach und nach zu Verkohlungsschichten anwächst und diese so gewachsenen Schichten gelegentlich abreißen und sich dadurch Einschlüsse von Verkohlungen in dem Produkt ergeben, bildet dieses bei solchen Sprühtrocknern einen grundlegenden Schwachpunkt, wodurch sich über eine lange Zeit Schwierigkeiten beim Betrieb ergeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sprühtrockner mit einer Kapazität von nicht mehr als mehreren zehn kg/h zu schaffen, wobei eine Druckspraydüse zum Vermeiden des oben genannten Nachteils des Sprühtrockners in der Ausführung mit rotierendem Zerstäuber verwendet wird, und wobei der Trockner eine Trocknerhöhe vergleichbar mit der des herkömmlichen Sprühtrockners mit kleiner Kapazität und rotierenden Zerstäubern aufweist, und wobei der Trockner eine bei weitem höhere Verdampfungskapazität pro Volumeneinheit besitzt.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Sprühtrockner zu schaffen, welcher eine hohe Kapaziät bei niedriger Bauhöhe, eine kleine Stellfläche und eine Verdampfungskapazität pro Volumeneinheit aufweist, welche besser ist als herkömmliche Sprühtrockner mit großer Kapazität, die Druckspraydüsen verwenden. [0008]
  • Ein zweistufiger erfindungsgemäßer Sprühtrockner wird konstruiert, wie in Anspruch 1 definiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnung]
  • 1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften bekannten Trockners mit Ansicht von der breiteren Seite.
  • 2 ist eine Schnittansicht des Trockners gemäß 1 mit Ansicht von der breiteren Seite.
  • 3 ist eine Seitenansicht des Trockners gemäß 1 mit Ansicht von der schmaleren Seite.
  • 4 ist eine Schnittansicht des Trockners gemäß 1 mit Ansicht von der schmaleren Seite.
  • 5 ist ein Grundriss des Trockners gemäß 1, mit Ansicht von oben.
  • 6 ist eine Draufsicht auf den Einlass von heißem Gas mit einer spiralförmig gebogenen Wabenstruktur, die für die Zufuhr von heißem Gas geeignet ist.
  • 7 ist eine Erläuterungsdarstellung für die Vorbereitung der Wabenstruktur des Einlasses von heißem Gas gemäß 6.
  • 8 ist eine Draufsicht der scheibenförmigen Öffnungsplatte, die am Einlass von heißem Gas angeordnet werden soll.
  • 9 ist eine Ansicht des Aufbaus des Endes des Zuführrohres des Rohstoff-Fluids.
  • 10 ist eine Schnittansicht von der breiteren Seite des Sprühtrockners, der mit einer Vielzahl von Zuführrohren für Rohstoff-Fluid und Einlässen von heißem Gas ausgerüstet ist.
  • 11 ist eine Draufsicht des Sprühtrockners gemäß 10.
  • 12 ist eine Draufsicht eines weiteren Sprühtrockners, mit einer Vielzahl von Zuführrohren für Rohstoff-Fluid und Einlässen von heißem Gas ausgerüstet ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Grundlegende Bestandteile der vorliegenden zweistufigen Sprühtrockners werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, von welchen 1 eine Seitenansicht aus der Richtung der breiteren Seitenwand zeigt, 2 eine Schnittansicht aus der Richtung der breiteren Seitenwand darstellt, 3 eine Seitenansicht aus der Richtung der schmaleren Seitenwand zeigt, 4 eine Schnittansicht aus der Richtung der schmaleren Seitenwand darstellt, und 5 einen Grundriss von oben gesehen zeigt.
  • Der zweistufige Sprühtrockner gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen ausgerüstet mit einem kastenartigen oberen Gehäuse 1 mit einem rechtwinkligen horizontalen Querschnitt, mit einem mittleren Gehäuse 2 mit ein paar gegenüberliegenden Seitenwänden, die nach innen geneigt sind und sich einander annähern, beginnend von dem Boden der größeren Seitenwände des oberen Gehäuses, mit einem kastenartigen Bodengehäuse 3, das einen rechtwinkligen horizontalen Querschnitt besitzt, mit einer Deckenplatte 4, die auf dem oberen Rand des oberen Gehäuses 1 angeordnet ist, mit einer Bodenplatte 5, die auf dem unteren Rand des Bodengehäuses 3 angeordnet ist, mit einer vertikalen Trennwand 6, die senkrecht zu den größeren Seitenwänden des oberen Gehäuses 1 zur Trennung des oberen Gehäuses in eine größere Kammer 7 und eine kleinere Kammer 8 angeordnet ist, welche denselben vertikalen Querschnitt aufweist, mit einer Druckspraydüse 9 für Rohstoff-Fluid, die in einem oberen Abschnitt der größeren Kammer 7 des oberen Gehäuses angeordnet ist, mit einem ringförmigen Einlass 11 für heißes Gas, der ringförmig um die Druckspraydüse für Rohstoff-Fluid angeordnet ist, mit einem Auslass 13 für Gas- und Pulverabgasstromes in einem oberen Abschnitt der Seitenwand der kleineren Kammer des oberen Gehäuses, mit einer perforierten Gasstromzerstreungsplatte 14, die horizontal in einem Mittelabschnitt des Bodengehäuses angeordnet ist, mit einer Rückhaltekammer 15 für verwirbeltes Gas, die in dem Bodengehäuse unterhalb der perforierten Platte für die Gasstromzerstreuung gebildet ist, und mit einem Ausstoßrohr 16 für verwirbeltes Gas, das in die Rückhaltekammer öffnet. Die größere Kammer 7 hat die Funktion einer Sprühtrocknerkammer, die kleinere Kammer 8 hat die Funktion einer Gasauslasskammer, und das sich über die Gasstromzerstreuungsplatte 14 erstreckende Bodengehäuse hat die Funktion einer Verwirbelungstrocknerkammer 17. Der Neigungswinkel für die Seitenwände des mittleren Gehäuses kann größer sein als der Ruhewinkel des Pulvers und wird vorzugsweise in Anbetracht der Benutzung verschiedener Pulversorten größer als 65° gewählt.
  • Für den zweistufigen Sprühtrockner gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, dass die Sprühtrocknerkammer mit der Verwirbelungstrocknerkammer gekoppelt ist und dass weiterhin der horizontale Querschnitt rechteckig ist. Der zweistufige Sprühtrockner, der die Sprühtrocknerkammer mit der Verwirbelungstrocknerkammer gekoppelt aufweist, ermöglicht einen bemerkenswerten Effekt auf die Verkleinerung der Höhe der Gerätschaft, und der rechteckige horizontale Querschnitt der Gerätschaft ist sehr wirksam zur Einschränkung der Bildung eines sich in der Sprühtrocknerkammer umwälzenden Gasstromes, sowie zur Vermeidung der Adhäsion von durch den sich umwälzenden Gasstrom mitgerissenen feinen Partikeln an den Wänden der Trocknerkammer, und zur Vermeidung der Verkohlung dieser Partikel durch das heiße Gas.
  • Die Arbeitsweise des zweistufigen Sprühtrockners wird hiernach erläutert. Das Rohstoff-Fluid wird von den Druckspraydüsen 9 mit hoher Geschwindigkeit nach unten in die größere Kammer 7 (Sprühtrocknerkammer) gesprüht, und das heiße Gas, welches aus dem ringförmigen Einlass 11 für heißes Gas, der um die Sprühdüse herum angeordnet ist, nach unten strömt, umhüllt die gesprühten Partikel des Fluids, um die Verdampfung des enthaltenen Wassers zu bewirken. Die Partikel des Fluids, welche durch die Druckspraydüsen zerstäubt wurden, besitzen gewöhnlich eine normale Verteilung der Partikelgröße, und die Größe der Partikel liegt zwischen einigen μ für feine Partikel und um ein Mehrfaches größer als die durchschnittliche Partikelgröße für große Partikel. Beim Trocknen dieser Partikel des Fluids, die unterschiedlich in der Partikelgröße sind, variiert die notwendige Rückhaltezeit für deren Trocknung bis zu einem bestimmten Wassergehaltswert unvermeidlich. Beim Herunterfallen in der größeren Kammer 7 (Sprühtrocknerkammer), welche nicht so hoch ist, werden die Partikel des Fluids von geringerer Abmessung vollständig bis zu einer niedrigen Dichte getrocknet, während die Partikel des Fluids von größerer Abmessung nicht vollständig getrocknet werden können und eine hohe Dichte beibehalten. Das heiße Abgas strömt durch eine Öffnung unter dem niedrigeren Ende der vertikalen Abtrennungswand 6 in die kleinere Kammer 8 (Gasauslasskammer) und strömt dann weiter nach oben, um durch den Auslass 13 für Gas- und Pulverströmung auszuströmen. Die getrockneten feinen Partikel von niedriger Dichte, welche vom Abgasstrom mitgenommen werden, werden vom Auslass 13 in den Zyklon 24 abgeleitet, um von dem Abgas getrennt zu werden. Andererseits fallen die Partikel von größerer Abmessung in einem nicht vollständig getrockneten Zustand mit hoher Dichte direkt hinunter in die Verwirbelungstrocknerkammer 17 (oberer halber Abschnitt des Bodengehäuses), und die Partikel von größerer Abmessung, die von dem heißen Abgasstrom mitgenommen werden, strömen zur kleineren Kammer 8 (Gasauslasskammer) und werden von dem Gasstrom am Wendepunkt beim Passieren der Öffnung getrennt, wobei sie aufgrund ihrer hohen Massenträgheit bei Endgeschwindigkeit auch in die Verwirbelungstrocknerkammer 17 hinunterfallen. Da die perforierte Gasstromzerstreuungsplatte 14 horizontal in dem mittleren Abschnitt des unteren Gehäuses 3 angeordnet ist, und der heiße Gasstrom von der Rückhaltekammer 15 für verwirbeltes Gas, welche unter der perforierten Gasstromzerstreuungsplatte angeordnet ist, nach oben strömt, wird eine Verwirbelungstrocknungszone für Partikel von großer Abmessung in einem nicht vollständig getrockneten Zustand mit hoher Dichte in der Verwirbelungstrocknerkammer 17 gebildet, um eine Verwirbelungstrocknung der Partikel von großer Abmessung zu erhalten. Auf einen bestimmten Wassergehalt und eine niedrige Dichte getrocknete Partikel strömen zusammen mit dem Abgas entlang der kleineren Kammer 8 (Gasauslasskammer) nach oben, um durch den Auslass 13 für Gas- und Pulverströmung in den Zyklon 24 abgeleitet zu werden, und werden dann von dem Abgas getrennt.
  • Die perforierte Gasstromzerstreungsplatte 14 weist vorzugsweise ein um ein Mehrfaches größeres Öffnungsverhältnis in den Bereich der Gasauslasskammer auf als in dem Bereich der Verwirbelungstrocknerkammer. Die Flächengeschwindigkeit des Gases durch diese Abschnitte kann mittels einer Gasklappe 19 geregelt werden, die in der Rückhaltekammer 15 für verwirbeltes Gas an der Stelle korrespondierend zu der vertikalen Trennwand angeordnet ist. Die Flächengeschwindigkeit des Gases an der perforierten Platte in der Gasauslasskammer ist vorzugsweise bei weitem größer als die Gasgeschwindigkeit, die gewöhnlich für die Verwirbelungstrocknungszone verwendet wird. Partikel von größerer Abmessung, welche in der Verwirbelungstrocknerkammer nach oben geblasen werden, werden in dem Bereich weiten Querschnitts immer langsamer und fallen zurück auf die geneigten Wände, gleiten an den geneigten Wänden mittels Vibrationen von Vibratormotoren (oder Klopf- beziehungsweise Rütteleinrichtungen) hinunter in die Verwirbelungstrocknerzone zurück. Während der Wiederholung des nach oben Blasens und Hinuntergleitens werden die Partikel getrocknet, und der sehr schnelle aufwärts gerichtete Gasstrom, der in der Gasauslasskammer zwischen dem Auslass 13 für Gas- und Pulverströmung und der vertikalen Wand gebildet wird, führt die getrockneten Partikel mit sich mit zum Auslass. Gemäß der praktischen Durchführung kann die Trocknung von Partikeln bis zu einem bestimmten Wassergehalt bei einer bei weitem niedrigeren Kammertemperatur als bei der eines einstufigen Sprühtrocknersystems erreicht werden, indem die Temperatur und die Flächengeschwindigkeit der Verwirbelungstrocknungsluft (Sekundärluft) geregelt wird.
  • Die Höhe der Verwirbelungszone für Pulver in der Verwirbelungstrocknerkammer 17 kann leicht dadurch angepasst werden, indem die Höhe der Stauplatte 18 geändert wird, und das zurückgehaltenen Pulver kann durch Öffnen einer unteren Klappe der Stauplatte 18 abgelassen werden, wenn der Betrieb eingestellt ist. Zum Trocknen von Pulver mit geringerer Dünnflüssigkeit wird eine perforierte Platte, die den Gasstrom schräg zerstreuen kann, oder eine erhöhte Flächengeschwindigkeit des Gases verwendet, damit die Strömung des herunterfallenden Pulvers zur Auslasskammer hin geleitet werden kann, um mit wenig zurückgehaltenem Pulver zu arbeiten.
  • Wie oben beschrieben neigen die von der umwälzenden Strömung in der Sprühtrocknerkammer mitgenommenen feinen Partikel zur Adhäsion an dem Wandabschnitt um den Einlass des heißen Gases herum, und die Ablagerungen werden durch das heiße Gas in kurzer Zeit verkohlt, wodurch sich unvermeidliche Probleme mit eingeschlossenen Verkohlungsrückständen in dem Produkt ergeben. Zur Einschränkung der Bildung einer umwälzenden Gasströmung ist nicht nur der horizontale Querschnitt der Sprühtrocknerkammer (größere Kammer), der rechteckig ausgeführt ist, wirksam, sondern auch der ringförmige Einlass 11 für heißes Gas, welcher eine spiralförmige oder einen konzentrische vielkreisförmige Wabenstruktur 20 aufweist, wie 6 darstellt. Das heiße Gas tritt durch Freiräume in der Wabenstruktur ein und bildet eine Laminarströmung. 7 verdeutlicht eine Methode zur Vorbereitung der Wabenstruktur des Einlasses für heißes Gas, der in 6 gezeigt ist, für welchen ein Blech 20A aus rostfreiem Stahl und ein gewelltes Blech 20B übereinander liegend angeordnet sind und aufgewicktelt werden, um die sprialförmige Wabenstruktur 20 zu erhalten. Vorzugsweise wird eine scheibenförmige Öffnungsplatte wie in 8 dargestellt auf dem Wabeneinlass 20 angeordnet, bei welcher das Öffnungsverhältnis an dem Umfang 21A der Scheibe kleiner ist als das des Zentralabschnitts 21B. Mittels der scheibenförmigen Öffnungsplatte wird die Menge des einströmenden heißen Gases größer um den Zentralabschnitt herum und kleiner an den Abschnitten, die weiter weg vom Zentrum liegen, und das heiße Gas um den Zentralbereich herum bewirkt die Trocknung, und das heiße Gas an den Abschnitten des Umfangs wirkt wie ein Luftvorhang, welcher verhindert, dass die getrockneten feinen Partikel sich zur Wand hin ausbreiten und daran festhaften.
  • Da bei dem vorliegenden Trockner das Speiserohr 10 für Rohstoff-Fluid die Druckspraydüse 9 für Rohstoff-Fluid aufweist, welche durch heißes Gas an ihrem eingeschobenen Abschnitt umhüllt wird, zersetzen sich manchmal Bestandteile des Rohstoff-Fluids aufgrund der übermäßigen Hitzeeinwirkung. In dem Fall, dass die Zersetzung Probleme bereitet, kann ein doppeltes Kühlrohr 22 so wie in 9 gezeigt angeordnet werden, um das Speiserohr 10 für Rohstoff-Fluid zu umhüllen, wobei kalte Außenluft hindurch geleitet werden kann. Durch diesen Rohrkühler kann eine übermäßige Hitzeeinwirkung auf das Rohstoff-Fluid beim Durchgang durch das Speiserohr 10 sowie eine Überhitzung der Sprühdüse 9 verhindert werden, auch wenn das heiße Gas eine Temperatur von mehr als 300°C aufweist.
  • Die Menge an Rohstoff-Fluid, die mit einer Sprühdüse verarbeitet werden kann, ist durch die Höhe des Trockners (Höhe der Sprühtrocknerkammer) eingeschränkt, und somit ist es notwendig, zur Vergrößerung der Verarbeitungskapazität (Verdampfungskapazität) ohne die Höhe des Trockners zu vergrößern, den Querschnitt des Trockners zu erweitern und eine Vielzahl von Paaren von Sprühdüsen für Rohstoff-Fluid und Einlässen für heißes Gas vorzusehen. Mehrere Paare von Sprühdüsen und Einlässen für heißes Gas können in Längsrichtung in einer Reihe angeordnet werden, wie die Seitenansicht in 10 und der Grundriss in 11 zeigt. Sechs bis zwölf Paare jedoch können gleichmäßig in zwei Reihen angeordnet werden, wie der Grundriss in 12 darstellt, weil das heiße Gas bei Paaren von zu großer Anzahl schneller in Längsrichtung strömt, wobei die Trocknungsbedingungen für das erste und für das letzte Paar sich erkennbar unterscheiden. In jedem Fall ist jedes Paar von Sprühdüsen und Einlässen für heißes Gas in gleichem Abstand zueinander angeordnet, um eine quadratische Fläche in der Sprühtrocknerkammer zu bedecken, damit gegenseitige Störungen verhindert werden. Weiterhin ist das Speiserohr für heißes Gas nicht notwendigerweise jedem Auslass für heißes Gas zugeordnet, aber ein Speiserohr 12 für heißes Gas ist an einer kastenartigen Speisekammer 23 für heißes Gas angeschlossen, welche alle Einlässe für heißes Gas beschickt.
  • Unter normalen Bedingungen hat ein üblicher zylindrischer Kammer-Sprühtrockner mit solch einer großen Wasserverdampfungskapazität von 10000 kg/h eine Höhe von mehr als 20 m. Da bei dem vorliegenden Trockner die Wasserverdampfungskapazität ungefähr 1000 kg/h pro Sprühdüse bei Verwendung eines Trockners mit einer Höhe von l0 m durchführbar ist, kann bei zwölf Paaren von Sprühdüsen und Einlässen für heißes Gas eine Verdampfungskapazität von 12000 kg/h erreicht werden, um alle Anforderungen zu erfüllen.
  • Die Deckenplatte 4, welche mit der größeren Seite der Wände des oberen Gehäuses 1 verbunden ist, besitzt vorzugsweise eine gebogene Schalenform, wie 3 und 4 zeigen, obwohl die Form keinen direkten Bezug zu der Trocknungskapazität des Trockners hat. Die Herstellung kann schwierig sein, jedoch ist der Aufbau dazu vorgesehen, dass viel Zeit gespart wird, die zur Trocknung des Wasser erforderlich ist, welches an der Decke haften bleibt, nachdem die Kammer gewaschen worden ist. Weiterhin weist die bogenförmige Decke eine höhere Steifigkeit auf als eine flache Decke und wird kaum deformiert ohne Verstärkungen.
  • Obgleich solche speziellen Produkte wie Magermilch, Dextrin, Waschmittel und Medikamente durch jeweils spezielle Sprühtrockner behandelt werden sollen, wird eine große Anzahl an Sprühtrocknern zur Trocknung verschiedenster Stoffe gewünscht. Besonders kleine Sprühtrockner müssen verschiedene Arten von Stoffen innerhalb eines Tages verarbeiten. Somit ist es für die Auslegung eines Trockners besonders wichtig, dass nicht nur vom Gesichtspunkt der Trocknerkapazität, sondern auch von der Einfachheit und dem erforderlichen Zeitbedarf für das Waschen und Trocknen bei Wechsel des Bearbeitungsstoffes ausgegangen werden soll. Der vorliegende zweistufige Sprühtrockner weist eine kleine Kontaktfläche zum Pulver auf, und der innere Aufbau ist leicht auszuwaschen, und er ist vorzugsweise mit solchen Waschfluid-Düse wie langsam rotierenden Waschkugeln an Deckenabschnitten der Trocknerkammer und der Gasauslasskammer wie auch mit Waschfluid-Brausedüsen an Deckenabschnitten des Zyklons ausgerüstet, mit welchen ein automatischen Waschen des Trockners ausführbar wird. Die Anzahl der Waschfluid-Düsen sind an geeigneten Stellen so angeordnet, dass keine toten Winkel gemäß der Größe und Form des zu waschenden Raumes entstehen. Bei der Anordnung dieser Waschfluid-Düsen und deren Anschluss an Versorgungsleitungen mit Warmwasser, an Waschfluid-Behälter und an Absaugrohre von Pumpen kann ein automatisches Waschen der Gerätschaft in kurzer Zeit durchgeführt werden, ohne Handarbeit für den Waschprozess erforderlich zu machen, und das Trocknen der Gerätschaft mit Heißluft kann schnell ausgeführt werden aufgrund der Form, welche weder Wasser noch Fluid innerhalb der Gerätschaft zurückhält.
  • Herkömmliche Sprühtrockner im Gleichstromverfahren und mit zylindrischen Kammern führen das Abgas und den getrockneten Pulverstrom durch einen Auslass ab, welcher an einem Bodenabschnitt (ungefähr auf Bodenhöhe) des Trockners angeordnet ist. Somit ist eine lange Verrohrung zur Leitung des Gases und des Pulverstroms zu einem Zyklon notwendig, der hoch über dem Bodenniveau liegt, und Waschen oder Trocknen dieser Verrohrung erfordert aufwendige Arbeit. Im Gegensatz dazu ist bei dem erfindungsgemäßen zweistufigen Sprühtrockner der Auslass direkt mit dem Zyklon verbunden, wie in 1 zu sehen ist, da der Auslass für das Abgas und den getrockneten Pulverstrom an einer oberen Seitenwand der kleineren Kammer des oberen Gehäuses angeordnet ist. Somit wird keine Verrohrung zur Verbindung des Sprühtrockners mit dem Zyklon benötigt, was nicht nur eine Reduzierung der Kosten und des Bauraumes bedeutet, sondern auch die Wasch- und Trocknungsprobleme beseitigt.
  • Das Pulver, welches der Zyklon abtrennt, wird optional mit pneumatischer Förderung mit entfeuchteter kalter Luft oder mittels eines Kühl-Fließbettes auf eine vorherbestimmte Temperatur abgekühlt. Das Abgas vom Zyklon wird durch einen Filterbeutel geleitet, um feine Partikel aufzufangen, falls notwendig.
  • [Beispiel 1]
  • Ein zweistufiger Sprühtrockner mit dem Aufbau gemäß der 1 bis 5 und den unten stehenden Abmessungen wird durch ein Beispiel erläutert.
  • Oberes Gehäuse: Breite 1100 mm × Länge 1400 mm × Höhe 1800 mm
    Mittleres Gehäuse: Höhe 1000 mm
    : Breite und Länge der oberen Kante entsprechen denen des oberen Gehäuses
    : Breite und Länge der oberen Kante entsprechen denen des unterer Gehäuses
    Unteres Gehäuse: Breite 100 mm × Länge 1400 mm × Höhe 550 mm
    Vertikale Trennwand: Position 300 mm von der Kante
    Oberer Abschnitt der größeren Kammer: Breite 1100 mm × Länge 1100 mm × Höhe 1800 mm
    Vertikaler Gehäuseabschnitt (Sprühtrocknerkammer): Volumen 2,18 m3
    Mittlerer Abschnitt der größeren Kammer: Höhe 1000 mm
    Geneigter Wandabschnitt (Verwirbelungstrocknerkammer): Volumen 0,66 m3
    Gesamtvolumen der Trocknerkammer: 2,84 m3
    Temperatur des heißen Gases zur Sprühtrocknung: max. 250°C
    Sprühmenge des heißen Gases zur Trocknung: max. 15 m3/min
    Temperatur des heißen Gases für Verwirbelungstrocknung: max 150°C
    Menge des heißen Gases für Verwirbelungstrocknung: max. 3,5 m3/min
    Menge des verdampften Wassers (220°C → 90°C): 40 kg/h
    Menge des verdampften Wassers pro Volumeneinheit: 40 + 2,84 = 14,1 kg/h
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Ein Sprühtrockner mit einem rotierenden Zerstäuber von fast gleicher Größe des zweistufigen Sprühtrockners, der in Beispiel 1 erläutert ist.
  • Trocknerkammer (zylindrisch): ⌀ 1600 mm
    Gesamtvolumen der Trocknerkammer: 2,76 m3
    Temperatur des heißen Gases zur Sprühtrocknung: max. 170°C
    Sprühmenge des heißen Gases zur Trocknung: max. 8 m3/min
    Menge des verdampften Wassers (170°C → 100°C): 10 kg/h
    Menge des verdampften Wassers pro Volumeneinheit: 10 + 2,76 = 3,6 kg/h
  • Wie im Detail erläutert, wird eine bei weitem höhere Verdampfungskapazität pro Volumeneinheit erreicht als bei einem herkömmlichen Sprühtrockner mit einem rotierenden Zerstäuber von fast gleicher Größe, gerade bei Verwendung einer Druckspraydüse und unter Bedingungen von kleiner Kapazität so wie von mehreren zehn kg/h, und wobei für den vorliegenden Trockner höchstens eine 27% größere Kapazität zugelassen ist als für herkömmliche Sprühtrockner, weil eine rechteckförmige Querschnittsform vorliegt. Sogar ein mit Schwierigkeiten behafteter Stellplatz für zylindrische Trockner ist für den vorliegenden Trockner verwendbar, weil er aufgrund des rechteckförmigen Querschnitts veränderliche Gestaltverhältnisse aufweist.

Claims (7)

  1. Zweistufiger Sprühtrockner, bestehend aus einem kastenartigen oberen Gehäuse (1) mit einem rechtwinkligen horizontalen Querschnitt, einem mittleren Gehäuse (2), das ein paar gegenüberliegende Seitenwände aufiveist, die von dem Boden der Seitenwände zu dem oberen Gehäuse (1) nach innen geneigt sind, einem kastenartigen Bodengehäuse (3), das einen rechtwinkligen horizontalen Querschnitt besitzt, einer Deckenplatte (4), die auf dem oberen Rand des oberen Gehäuses (1) angeordnet ist, einer Bodenplatte (5), die auf dem unteren Rand des Bodengehäuses (3) angeordnet ist, einer vertikalen Trennwand (6), die senkrecht zu den Seitenwänden des oberen Gehäuses (1) zur Trennung des oberen Gehäuses (1) in eine größere Kammer (7) und eine kleinere Kammer (8) angeordnet ist, welche denselben vertikalen Querschnitt aufweist, einer Druckspraydüse (9) für Rohstoff-Fluid, die in einem oberen Abschnitt der größeren Kammer (7) des oberen Gehäuses (1) angeordnet ist, einem ringförmigen Einlass (11) für heißes Gas, der ringförmig um die Druckspraydüse (9) für Rohstoff-Fluid angeordnet ist, einer perforierten Gasströmzerstreuungsplatte (14), die horizontal in einem Mittelabschnitt des Bodengehäuses (3) angeordnet ist, einer Rückhaltekammer (15) für verwirbeltes Gas, die in dem Bodengehäuse (3) unterhalb der perforierten Platte (14) für die Gasstromzerstreuung gebildet ist, und aus einem Ausstoßrohr (16) für verwirbeltes Gas, das in die Rückhaltekammer für verwirbeltes Gas öffnet, wobei die einzige Auslassmöglichkeit (13) für die Abgabe eines Gas- und Pulverabgasstromes aus dem Sprühtrockner in einem oberen Abschnitt der kleineren Kammer (8) des oberen Gehäuses (1) angeordnet ist.
  2. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 1, bei dem der ringförmige Einlass (11) für heißes Gas eine Wabenstruktur aufweist, die eine Spiralform oder eine konzentrische Vielkreisform besitzt.
  3. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 2, bei dem der ringförmige Einlass (11) für heißes Gas auf dem Wabenaufbau eine scheibenförmige Öffnungsplatte (21) besitzt, die ein kleineres Öffnungsverhältnis in dem Umfangsabschnitt als in dem mittleren Abschnitt aufweist.
  4. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 1, bei dem zahlreiche Gruppen aus Druckspraydüsen für Rohstoff-Fluid und dem Einlass (11) für heißes Gas vorgesehen sind.
  5. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 1, bei dem die Deckenplatte (4) einen gekrümmter Aufbau an dem Verbindungsabschnitt mit größeren Seitenwänden des oberen Gehäuses (1) aufweist.
  6. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 1, bei dem die Auslassmöglichkeit für den Gas- und Pulverauslassstrom direkt mit einem Zyklon (24) verbunden ist.
  7. Zweistufiger Sprühtrockner nach Anspruch 1, bei dem eine Waschfluid-Düse in der Deckenplatte (4) angeordnet ist.
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