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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Trocknen von feuchtem Teilchenmaterial in überhitztem Dampf in einem geschlossenen
Behälter,
der als ein Rotationskörper
geformt ist, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus EP-A-0153704
bekannt.
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Der Behälter hat einen unteren zylindrischen Teil,
der über
ein konisches Übergangsstück mit einem
oberen zylindrischen Teil mit einem größeren Durchmesser verbunden
ist. Der Behälter
hat einen Mittelteil, in dem sich ein Wärmetauscher befindet, unter
dem ein Transportelement für
Dampf, beispielsweise in Form eines Gebläses, wie zum Beispiel eines
Zentrifugalgebläses,
angeordnet ist. Der Behälter
umfasst eine Anzahl nach oben offener, länglicher und im Wesentlichen
vertikaler Verarbeitungszellen, die um den Mittelteil mit den Wärmetauscher
herum angeordnet sind. Die letzte dieser Verarbeitungszellen weist
einen geschlossenen Boden auf und ist eine Abgabezelle, während die
restlichen einen Boden aufweisen, den Dampf durchdringen kann. Die
Verarbeitungszellen, die nebeneinander liegen, sind an der Oberseite
gegenüber
einer gemeinsamen Übertragungszone
offen und stehen am Boden über Öffnungen
an den unteren Enden der Zellen miteinander in Verbindung. Das Teilchenmaterial
wird in die erste der Verarbeitungszellen eingeleitet und während seines
Hindurchtretens durch die Verarbeitungszellen mit dem überhitzten
Dampf getrocknet, der durch das Transportelement für Dampf
von dem Wärmetauscher
nach oben durch die dampfdurchlässigen
Böden geblasen
wird, wobei das Teilchenmaterial über die erwähnten Öffnungen von einer Verarbeitungszelle
zur nächsten
gelangen kann.
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Das zu trocknende Material wird in
die erste der Verarbeitungszellen geleitet, wo es durch den Dampf,
der durch den dampfdurchlässigen
Boden der Zelle nach oben strömt,
in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Die schwersten Teilchen gelangen
von der einen Verarbeitungszelle über Öffnungen im Boden in die nächste. Die
leichteren Teilchen werden in den konischen Teil geblasen, der gleichfalls
in Zellen unterteilt ist. Diese sind weiter durch geneigte Platten verteilt,
die schräge
Kegelflächen
bilden. Ge genüber den
untersten Teilen der Kegelflächen
befinden sich Öffnungen
zwischen den Verarbeitungszellen, zu denen das Material durch Führungsschienen
transportiert wird, die auf den Kegelflächen angeordnet sind. Über den
Zellen befindet sich eine gemeinsame Zone, in der das Material ebenfalls
auf die Abgabezelle zu transportiert wird. Im Unterschied zu den übrigen Zellen
strömt
kein Dampf nach oben durch den Boden der Abgabezelle. Daher fällt das
gesamte Material, das bis zu dieser Zelle gelangt, auf den Boden, von
dem aus es weggeleitet wird.
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Vorrichtungen dieses Typs sind beispielsweise
aus der EP-Patentveröffentlichung
Nr. 153 704 (entspricht US-Patent Nr. 4,813,155), der EP-Patentveröffentlichung
Nr. 537 262 (entspricht US-Patent Nr. 5,357,686) und der EP-Patentveröffentlichung
Nr. 537 263 (entspricht US-Patent Nr. 5,289,643) bekannt.
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Der Einsatz der Vorrichtung zum Trocknen von
Zuckerrübenpülpe (Pülpe) wird
in einem Artikel von Arne Sloth Jensen in International Sugar Journal, November
1992, Vol. 94, Nr. 1127, erörtert.
Die getrocknete Rübenpülpe wird
normalerweise als Viehfutter verwendet. Die Vorrichtung kann insbesondere speziell
in der Zuckerindustrie eingesetzt werden. In diesem sowie in anderen
Industriezweigen ermöglicht
der Einsatz der Vorrichtung das Trocknen ohne Belüftung des
Erzeugnisses und ohne Belastung der Umwelt, da das Trocknen in einem
geschlossenen Behälter,
in diesem Fall unter Druck, durchgeführt wird. Daher wird im Unterschied
zu den herkömmlichen
Walzentrocknern, die auf eine Entfernung von etwa 20 km zu riechen
sind, nichts in die Atmosphäre abgegeben.
Das Wasser, das aus dem feuchten Erzeugnis entfernt wird, tritt
aus dem Trockner als Dampf aus. Dieser Dampf enthält die gesamte
Energie, die zum Trocknen eingesetzt wird, und er kann in der Produktionsstätte als
Prozessdampf eingesetzt werden. Eine normale Zuckerfabrik spart
damit zwischen 50 und 120 Tonnen Heizöl oder eine entsprechende Menge
von anderem Brennstoff pro Tag. Darüber hinaus ermöglicht es
das Verfahren einer Zuckerfabrik, die gesamte Produktion mit biologischem Brennstoff
zu betreiben, indem die getrocknete Pülpe aus dem Prozess verbrannt
wird, wobei die Pülpe
in getrockneter Form mehr Energie enthält, als die Zuckerfabrik benötigt. In
diesem Fall wird eine etwa dreimal größere Menge an Brennstoff eingespart.
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Die bekannte Vorrichtung kann auch
zum Trocknen von Holzspänen
oder anderen feuchten Brennstoffen eingesetzt werden, wodurch die
Gesamtenergieausbeute erhöht
wird.
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Es hat sich jedoch herausgestellt,
dass die bekannte Vorrichtung nicht in der Lage ist, ein Erzeugnis
zufriedenstellend zu trocknen, wenn das betreffende Erzeugnis zu
viele grobe Teilchen enthält, die
eine relativ lange Trockenzeit erforderlich machen. Im Fall von
Zuckerrübenpülpe kann
dann, wenn der Anteil an groben Teilchen nicht zu groß ist, das
Problem durch Übertrocknen
der verbleibenden Teilchen gelöst
werden, so dass das Material im Durchschnitt den richtigen Gehalt
an Trockensubstanz erreicht. Dies kann jedoch nur getan werden,
indem die Temperatur des zirkulierenden Dampfes erhöht wird,
wodurch ein erheblicher Teil der Kapazität der Vorrichtung (etwa 10%–40%) verloren
geht. Gleichzeitig nimmt die Qualität des Erzeugnisses ab.
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In den Fällen, in denen der Anteil an
groben Teilchen besonders hoch ist, kann die Situation eintreten,
in der das Erzeugnis nicht auf den Trockengehalt (ungefähr 90%)
getrocknet werden kann, der erforderlich ist, um das Enderzeugnis
zu lagern. In diesen Fällen
ist das bisher bekannte Trockenverfahren nicht einsetzbar. Eine
derartige Situation kann beispielsweise eintreten, wenn trockene
Rübenpülpe von
Rüben getrocknet
werden soll, die gefroren waren.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
des in EP-A-0 153 704 beschriebenen Typs, die so ausgeführt ist,
dass sie in der Lage ist, trockenes Teilchenmaterial zu trocknen,
das Teilchen ungleicher Größe enthält, wobei
sich in dem Material relativ viele grobe Teilchen oder viele Teilchen
befinden, die aufgrund der Eigenschaft des Erzeugnisses eine lange
Trockenzeit erforderlich machen.
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Dies wird erreicht, wenn die Vorrichtung
so aufgebaut ist, dass die Öffnung
bzw. die Öffnungen zwischen
der Abgabezelle und der angrenzenden Verarbeitungszelle sowie zwischen
den Zellen eine Anordnung haben, mit der die Menge an Teilchenmaterial,
die durch die Öffnungen
hindurchtritt, automatisch reguliert wird, wobei die Anordnung ein
Regulierelement und eine Einrichtung zum Schließen der Öffnungen ist. Es ist damit
möglich,
dass die schwersten Teilchen über
einen Zeitraum in der Vorrichtung gehalten werden, der ausreicht,
um diese Teilchen zufriedenstellend zu trocknen. Diese schwe ren
Teilchen liegen insbesondere im untersten Teil der Verarbeitungszellen,
wo sie durch die Öffnungen in
den Zellenwänden
unmittelbar über
dem dampfdurchlässigen
Boden hindurchtreten. Die Öffnung von
der letzten Verarbeitungszelle zu der Abgabezelle ist mit einer
Regulieranordnung versehen, die die Menge an Material auf Basis
der Erzeugnismenge in der vorangehenden Zelle regulieren kann. Es
ist damit möglich,
die Verweilzeit für
die schweren Teilchen zu steuern.
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Indem die Regulieranordnung so ausgeführt wird,
dass sie, wie in Anspruch 2 offenbart, eine Klappe umfasst, die
die Größe der Öffnung begrenzen kann,
wird die Gefahr von Blockierung verringert, da eine Blockierung
zu einem zusätzlichen
Füllen
dieser Zelle führt,
die unmittelbar vor der Öffnung
liegt. Wenn dies registriert wird, führt es zu einer weiteren Öffnung der
automatisch regulierten Klappe, und die Blockierung wird aufgehoben.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der
Erfindung, die in Anspruch 3 gekennzeichnet wird, wird das Schließen der Öffnungen
in Abhängigkeit
von einer Temperatur gesteuert, die in der letzten Verarbeitungszelle
bzw. -zellen in der Vorrichtung gemessen wird.
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Es ist damit möglich, die Verweilzeit für die schweren
Teilchen zu steuern.
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Diese schweren Teilchen liegen insbesondere
im untersten Teil der Verarbeitungszellen, wo sie durch die Öffnungen
in den Zellenwänden
unmittelbar über
dem dampfdurchlässigen
Boden hindurchtreten. Die Öffnung
von der letzten Verarbeitungszelle zu der Abgabezelle ist mit einer
Regulieranordnung versehen, die die Menge an hindurchtretendem Material
auf Basis der Erzeugnismenge in der vorangehenden Zelle regulieren
kann.
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Die Einrichtung zum Steuern und/oder
Regulieren des Stroms von Teilchenmaterial kann, wie in Anspruch
4 offenbart, eine oder mehrere im Wesentlichen vertikale Platten
in den letzten Zellen umfassen, so dass eine Verlängerung
der Verweilzeit für die
größten Teilchen
erreicht wird.
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Indem die Zellenwand 18 zwischen
den letzten Zellen, beispielsweise den letzten zwei, drei oder mehr
Verarbeitungszellen bis zu dem dampfdurchlässigen Boden oder näher als
10 Teilchendurchmesser zum Boden der Zellen geführt wird, wie dies in Anspruch
5 offenbart ist, kann die Fähigkeit
der Vorrichtung, Materialien mit einem großen Anteil an Teilchen zu trocknen,
die eine lange Trockenzeit erforderlich machen, verbessert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 einen
vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
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2 in
größerem Maßstab einen
vertikalen Schnitt durch den untersten Teil der Abgabezelle in der
in 1 dargestellten Vorrichtung
zeigt,
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3 einen
Schnitt durch die Abgabezelle entlang der Linie III-III in 2 zeigt,
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4 einen
vertikalen Schnitt durch den untersten Teil einer Zelle zeigt, der
unmittelbar vor der Abgabezelle liegt, wie dies mit der Linie IV-IV
in 5 dargestellt ist,
und
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5 einen
Querschnitt entlang der Linie V-V in 4 durch
die Abgabezelle und Zellen zeigt, die unmittelbar vor der Abgabezelle
liegen.
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In 1 ist
ein Schnitt durch eine Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Teilchenmaterial dargestellt,
das aus Teilchen ungleichmäßiger Größe bestehen
kann. Die Vorrichtung umfasst ein rundes Gefäß 1, das ein Druckbehälter sein
kann. Der Behälter
umfasst eine Anzahl nach oben offener, länglicher und im Wesentlichen
vertikaler Verarbeitungszellen 2, die um den Wärmetauscher 3 herum
angeordnet sind, so dass beim Trockenprozess das Teilchenmaterial
durch die Verarbeitungszellen 2 weiter transportiert wird,
wobei das Material in eine erste Verarbeitungszelle 2 eingeleitet
und aus einer letzten Verarbeitungszelle entnommen wird, die eine
Abgabezelle 4 ist, und wobei alle Verarbeitungszellen 2 einen Boden 5 haben,
durch den Dampf hindurchdringen kann, während der Boden in der Abgabezelle 4 geschlossen
und nicht dampfdurchlässig
ist, und wobei die Verarbeitungszellen, die nebeneinander liegen, an
der Oberseite gegenüber
einer gemeinsamen Übertragungszone 13 offen
sind und über Öffnungen an
den unters ten Enden der Zellen miteinander in Verbindung stehen, über die
das Teilchenmaterial von einer Verarbeitungszelle zur nächsten gelangen kann.
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Während
des Trockenprozesses wird das Teilchenmaterial durch die Verarbeitungszellen 2 transportiert,
wobei das Material in die erste Verarbeitungszelle 2 eingeleitet
und aus der letzten Verarbeitungszelle abgeleitet wird, die auch
als Abgabezelle 4 bezeichnet wird. Alle Verarbeitungszellen 2 bis
auf die Abgabezelle 4 haben einen Boden 5, durch
den Dampf hindurchdringen kann, während der Boden in der Abgabezelle 4 geschlossen
und nicht dampfdurchlässig
ist. Das Trocknen des Teilchenmaterials wird so in allen Verarbeitungszellen 2 mit
Ausnahme der Abgabezelle 4 so durchgeführt, dass der überhitzte
Dampf nach oben durch die dampfdurchlässigen Böden 5 in die Verarbeitungszellen 2 mit
einem Gebläse
in Form eines Zentrifugalgebläses
transportiert wird, das sich unter dem Wärmetauscher 3 befindet.
Dabei versetzt der Dampf das Teilchenmaterial in eine Wirbelbewegung,
wodurch das Trocknen der Teilchen bewirkt wird.
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Der Behälter 1 ist, wie erwähnt, in
Zellen sowohl im untersten Teil als auch im konischen Übergangsteil
unterteilt, wobei der oberste Teil des Behälters eine gemeinsame Zone 13 bildet,
die nicht in Zellen unterteilt ist. In die Zellen 2 in
dem Übergangsstück sind
konische Plattenstücke 7 eingesetzt,
die erhitzt werden können.
Diese konischen Plattenstücken
dienen nicht nur dazu, die Dampfströme durch die Zellen 2 über die
gemeinsame Zone 13 zu verteilen, sondern auch dazu, mitgeführte Teilchen
abzufangen und diese wieder nach unten zu leiten. Im oberen Teil
der Vorrichtung befindet sich auch ein Zyklon 8, an dem
der Dampfstrom ankommt, nachdem er eine Anzahl stationärer Leitflügel 14 passiert
hat, die, wie in 1 dargestellt,
an einem ringförmigen Teil
an dem Wärmetauscher 3 angeordnet
sind. Schließlich
befindet sich im obersten Teil der Vorrichtung ein seitlicher Zyklon 9, über den
abgeschiedene Teilchen zu der Abgabezelle 4 abgeleitet
werden.
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Im Folgenden wird die Funktion der
Vorrichtung und ihrer einzelnen Teile ausführlicher beschrieben.
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Das feuchte Teilchenmaterial wird
der Vorrichtung kontinuierlich über
eine Öffnung
in der ersten Verarbeitungszelle 2 zugeführt, wie
dies mit dem Pfeil 10 dargestellt ist. In den Verarbeitungszellen 2 wird
das Teilchenerzeugnis durch den nach oben strömen den erhitzten Dampf, der
durch die dampfdurchlässigen
Böden 5 von
einem Zentrifugalgebläse 6 nach
oben geblasen wird, in eine Wirbelbewegung versetzt. Die Wirbelbewegung
des Teilchenmaterials wird von Elementen 20 unterstützt, die
rechteckigen Querschnitt haben, wobei die Elemente 20 im
unteren Teil der Bearbeitungszellen zur Mitte der Vorrichtung hin
angeordnet sind. Der zirkulierende Dampf führt dem Teilchenmaterial Wärme zu,
so dass Wasser verdampft wird. Das Teilchenmaterial tritt durch Öffnungen 11 im
Boden der Wände
zwischen den Verarbeitungszellen 2 von einer Zelle zur
nächsten hindurch,
und das Material kann auch durch Öffnungen 12 in den
Zellenwänden
von einer Zelle in die nächste
gelangen, wobei diese Öffnungen 12 im
untersten Teil des konischen Übergangsstücks vorhanden
sind, wie dies in 1 dargestellt
ist. Des Weiteren kann das Teilchenmaterial durch den Dampf nach oben
in die gemeinsame Zone 13 transportiert werden, wo es weiter
gelangen kann und in eine anschließende Verarbeitungszelle 2 nach
unten fällt.
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Der Dampf tritt nach oben und über die
Zellen mit einer Geschwindigkeit aus, bei der Teilchen, insbesondere
Staubteilchen, mitgerissen und durch die Zyklone 8 und 9 abgeschieden
werden. Aus der gemeinsamen Zone 13 tritt der Dampf zwischen
den Leitflügeln 14 in
den Zyklon 8 ein, wobei die Leitflügel 14 ein Zyklonfeld
erzeugen, so dass die Teilchen, die mit dem Dampf mitgeführt werden,
abgeschieden und weiter in den seitlichen Zyklon 9 geleitet
werden, von dem aus sie direkt nach unten in die Abgabezelle 4 geleitet
werden.
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Der größere Teil des Dampfs tritt,
wie mit den Pfeilen 15 dargestellt, durch Öffnungen
nach unten in den Wärmetauscher 3,
an dem der Dampf aufgrund von Sog von dem Gebläse oder dem Rotor des Zentrifugalgebläses 6 nach
unten strömt.
Nachdem er in dem Wärmetauscher
erneut erhitzt worden ist, wird der Dampf wieder zu den Verarbeitungszellen 2 zurückgeführt. Ein
kleinerer Teil des Dampfes, der der Menge an Wasser entspricht,
die aus dem Teilchenmaterial verdampft wird, wird von dem Zyklon 8 nach oben
und über
eine Öffnung
nach außen
geleitet. Dieser Dampf enthält
die gesamte Energie, die zum Trocknen verwendet wird, und kann beispielsweise als
Prozessdampf eingesetzt werden, oder die Energie kann auf andere
Weise zurückgewonnen
werden.
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Während
des Trockenprozesses in der Vorrichtung treten die schwersten der
Teilchen durch die Öffnungen 11 in
den Zellenwänden
am Boden der Zellen hindurch, und die schwersten der getrockneten
Teilchen treten so durch die Öffnung 11 hindurch in
die Abgabezelle 4. Diese Öffnung ist mit einer schwenkbaren
Klappe 16 versehen, die von einem Antriebs- bzw. Regulierelement 17 bewegt
werden kann und ist so ausgeführt,
wie dies in größerem Maßstab in 2 und 3 dargestellt ist. Das Antriebselement 17,
das außerhalb
des Behälters 1 angeordnet
ist, kann beispielsweise ein Ventilmotor sein. Die Klappe 16 kann,
wie in 3 angedeutet,
in verschiedenen Positionen eingestellt werden, so dass die wirksame Öffnungsfläche der Öffnung 11 zwischen
vollständig
offen und vollständig
geschlossen abgestuft werden kann. Indem die Position der Klappe
reguliert wird, kann erreicht werden, dass eine geeignete Menge
an Teilchenmaterial in der letzten Verarbeitungszelle 2 liegt.
Damit wird gewährleistet, dass
der Strom von Material zu der Abgabezelle 4 hin nicht zu
schnell stattfindet, und es ist gewährleistet, dass alle Teilchen
ausreichend Zeit zum Trocknen haben.
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Als Indikator für die Menge an Material kann die
Temperatur über
der letzten Zelle bzw. den letzten Zellen verwendet werden, da eine
große
Menge an Material zu einer größeren Abkühlung des
zirkulierenden Dampfes und damit einer niedrigen Temperatur und
umgekehrt führt.
Desgleichen führt
ein hoher Grad an Feuchtigkeit in dem Material zu einer starken Abkühlung und
damit einer niedrigen Temperatur. Bei einem großen Anteil an groben und langsam
trocknenden Teilchen, für
die eine lange Verweilzeit erforderlich ist, liegen genau diese
Teilchen am Boden der Zellen, und die erforderliche Verweilzeit
in der Vorrichtung kann durch die richtige automatische Einstellung
der Klappe 16 gewährleistet
werden.
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Zusätzlich zum Anordnen einer Klappe 16 mit
einem dazugehörigen
Antriebselement 17 zwischen der Abgabezelle 4 und
der angrenzenden Verarbeitungszelle 2 kann auch eine entsprechende Schließanordnung
mit Klappe 16 und Antriebselement 17 in den Öffnungen 11 zwischen
den letzten Verarbeitungszellen angeordnet werden, und zwar insbesondere
zwischen der Verarbeitungszelle, die oben zu der Abgabezelle hin
liegt, und der Verarbeitungszelle, die unmittelbar vor dieser liegt.
Es ist damit möglich,
eine noch längere
Trockenzeit zu erreichen.
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In der Abgabezelle 4 befindet
sich, wie in 1, 2 und 3 dargestellt, ein Schneckenförderer 21, der
das getrocknete Teilchenmaterial aus der Vorrichtung herausleitet.
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In Verbindung mit der Schließanordnung
mit Klappe 16 und Antriebselement 17 oder statt
dessen kann die Fähigkeit
der Vorrichtung, Materialien mit einem großen Anteil an Teilchen zu trocknen,
die lange Trockenzeiten erforderlich machen, wie in 4 und 5 dargestellt,
verbessert werden, d. h. indem die Zellenwand 18 zwischen
den letzten Zellen, beispielsweise den letzten zwei, drei oder mehr
Verarbeitungszellen 2, bis an den dampfdurchlässigen Boden 5 oder
näher als
10 Teilchendurchmesser bis an den Boden 5 der Zellen geführt wird,
statt dass ein kurzer Abstand zum Boden 5 nach unten vorhanden
ist, wie dies ansonsten bei den Zellenwänden 18 der Fall ist. Um
eine Ansammlung von Material am Übergang zwischen
Zellenwänden
und Böden
zu vermeiden, sind bisher die Unterkanten der Zellenwände über dem
Boden über
eine Strecke in der Größenordnung des
20-fachen des Teilchendurchmessers angehoben worden. Überraschenderweise
hat es sich als möglich
erwiesen, diesen Durchlass zwischen den letzten Zellen zu schließen, ohne
dass dies zu Problemen führt,
wobei der Wirkungsgrad der Vorrichtung hinsichtlich des Trocknens
von Materialien mit einem großen
Anteil an Teilchen mit langer Trockenzeit verbessert worden ist.
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Desgleichen können, wie in 4 und 5 dargestellt,
ein oder mehrere Plattenstücke 19 in
den letzten Zellen, beispielsweise in der letzten Verarbeitungszelle,
oder, wie in 5 dargestellt,
den letzten zwei, drei oder mehr Verarbeitungszellen 2 angeordnet
werden, um so die Verweilzeit für
die größten Teilchen
in der Vorrichtung zu verlängern.
Diese Plattenstücke 19 können, wie
ebenfalls dargestellt, unmittelbar über dem Boden 5 angeordnet
werden, und zwar so, dass sie sich von der Außenwand des Behälters 1 nach
innen auf die Mitte der Vorrichtung zu erstrecken, so dass eine
Prallwirkung entgegengesetzt zu dem Strom von Material erreicht
wird, der durch die Öffnungen 11 stattfindet.