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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zum Trocknen von partikelförmigen Materialien
in überhitztem Dampf
in einem geschlossenen Behälter,
der als Rotationselement ausgebildet ist. Der Behälter weist
ein unteres zylindrisches Teil auf, das über ein konisches Übergangsstück mit einem
einen größeren Durchmesser
aufweisenden oberen zylindrischen Teil verbunden ist. In einem Mittelteil
des Behälters
ist ein Wärmetauscher
angeordnet und unter diesem ein Element zum Transportieren des Dampfs,
z.B. in Form eines Gebläses
wie zum Beispiel ein Zentrifugalgebläse. Der Behälter umfasst eine Reihe von nach
oben offenen, länglichen
und im Wesentlichen vertikalen Verfahrenszellen, die um das Mittelteil
mit dem Wärmetauscher
angeordnet sind. Die letzte dieser Verfahrenszellen weist einen
geschlossenen Boden auf und bildet die Auslasszelle, während die
restlichen Zellen einen Boden aufweisen, durch den Dampf hindurch
treten kann. Die seitlich nebeneinander liegenden Verfahrenszellen
sind an der Oberseite gegenüber
einem gemeinsamen Förderbereich
offen und an ihrem Boden durch Öffnungen
an den unteren Enden der Zellen miteinander verbunden. Das partikelförmige Material
wird in die erste der Verfahrenszellen geleitet und während seines
Durchgangs durch die Verfahrenszellen durch den überhitzten Dampf getrocknet,
der durch das Dampf-Transportelement vom Wärmetauscher durch den dampfdurchlässigen Boden
der Zellen hoch geblasen wird, so dass das partikelförmige Material
von einer Verfahrenszelle zur nächsten
durch die Öffnungen
hindurch treten kann. Das obere zylindrische Teil umfasst zudem
ein Staubabscheidungssystem in Form eines Zyklons zum Reinigen des
Dampfs, bevor dieser weiter transportiert wird.
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Das
zu trocknende Material wird in die erste der Verfahrenszellen geleitet,
wo es von dem durch den dampfdurchlässigen Boden der Zelle aufströmenden Dampf
in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Die schwersten Partikel laufen
von einer Verfahrenszelle zu nächsten
durch Öffnungen
am Boden. Die leichteren Partikel hingegen werden in das konische
Teil hoch geblasen, welches in ähnlicher
Weise in Zellen unterteilt ist. Diese Zellen sind zudem durch konische
Flächen
bildende geneigte Bleche unterteilt. Gegenüber den untersten Teilen der
konischen Flächen
befinden sich Öffnungen
zwischen den Verfahrenszellen, denen Material über Führungsschienen, welche auf
den konischen Flächen
angeordnet sind, zugeführt
wird. Oberhalb der Zellen ist ein gemeinsamer Bereich angeordnet,
in dem das Material ebenso zur Auslasszelle weiter geleitet wird.
Anders als bei den restlichen Zellen strömt durch den Boden der Auslasszelle
kein Dampf hoch. Somit fällt
das gesamte Material, das diese Zelle erreicht, auf den Boden, von
wo es abgeführt
wird.
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Eine
Anlage dieses Typs ist zum Beispiel von dem veröffentlichten dänischen
Patent Nr. 156 974, von dem veröffentlichten
europäischen
Patent Nr. 537 262 sowie von dem veröffentlichten europäischen Patent
Nr. 537 263 bekannt.
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Die
Verwendung der Anlage zum Trocknen von Zuckerrübenschnitzeln wird in dem Artikel
von Arne Sloth Jensen im „International
Sugar Journal", November
1992, Bd. 94, Nr. 1127, erörtert.
Getrocknete Zuckerrübenschnitzel
werden normalerweise als Viehfutter verwendet. Die Anlage findet
daher insbesondere in der Zuckerindustrie Anwendung. In diesem sowie
in anderen Industriesektoren ermöglicht die
Anlage ein Trocknen ohne ein Oxidieren des Produkts und ohne jegliche
Beeinflussung der Umgebung, indem das Trocknen in einem geschlossenen Behälter, in
diesem Fall unter Druck, durchgeführt wird. Auf diese Weise erfolgen
keine Emissionen in die Atmosphäre
im Gegensatz zu den herkömmlichen
Trocknungsanlagen des Trommeltyps, deren Abgase in einem Umkreis
von etwa 20 km zu riechen sind. Das aus dem feuchten Produkt entfernte
Wasser verlässt
die Trocknungsanlage als Dampf. Dieser Dampf enthält die gesamte
zum Trocknen verwendete Energie und kann in der Fabrik als Verfahrensdampf
eingesetzt werden. Hierdurch spart eine normale Zuckerfabrik zwischen
50 und 120 Tonnen Heizöl
pro Tag oder eine entsprechende Menge eines anderen Kraftstoffs.
Außerdem
ermöglicht
dieses Verfahren, dass eine Zuckerfabrik die gesamte Produktion
mit Bio-Kraftstoff durchführen
kann, indem die getrockneten Zuckerrübenschnitzel verbrannt werden.
In getrockneter Form enthalten die Schnitzel mehr Energie als die
Zuckerfabrik benötigt.
In einem solchen Fall kann etwa die dreifache Menge an fossilen
Brennstoffen eingespart werden.
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Die
bekannte Anlage kann auch zum Trocknen von Holzspänen oder
anderen feuchten Brennstoffen verwendet werden, wodurch sich die
Energieeinsparungen insgesamt erhöhen.
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Es
ist jedoch wünschenswert,
dass die Leistungsfähigkeit
der Anlage gesteigert wird, und zwar so, dass die Leistungsfähigkeit
im Verhältnis
zu den Kosten der Anlage höher
ist, da der relativ hohe Preis der bekannten Anlage in Bezug zu
ihrer Leistungsfähigkeit
den größten Nachteil
der bekannten Anlage darstellt.
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Bei
der bekannten Anlage ist die Leistungsfähigkeit in etwa proportional
zum zirkulierend Dampfstrom. Bei der bislang bekannten Ausführung der
Anlage, bei der die Dampfzufuhr zum Zyklon am Boden des Zyklons
erfolgt, kann der Dampfstrom nicht erhöht werden, ohne dass gleichzeitig
eine unerwünscht
große
Menge partikelförmigen
Materials mit dem Dampf in den Staubabscheidungszyklon mitgerissen
wird. Von dort aus verlässt
das Material die Anlage, ohne ausreichend getrocknet zu sein, wodurch
die Qualität
des ausgestoßenen
Produkts gemindert wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anlage des in dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 offenbarten Typs anzugeben, d.h. eine Anlage, die
eine größere Trocknungsleistung
als die bekannten Anlagentypen aufweist, ohne dass dadurch die Kosten der
Anlage steigen und ohne eine Qualitätsminderung des fertigen Produkts.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Dadurch,
dass die in dem Behälter
um den Staubabscheidungszyklon vorhandene große Dampfmenge in die Abscheidung
miteinbezogen wird, kann die Anlage mit einem größeren zirkulierenden Dampfstrom
arbeiten. Dies wird erreicht, indem der Dampf nicht oder nur in
einem geringen Maße
in den unteren Bereich des Zyklons geleitet wird, wie dies bislang
praktiziert wurde, sondern indem mindestens die Hälfte des
Dampfs in den oberen Teil des Zyklons geleitet wird. Bemerkensweiterweise
hat sich gezeigt, dass die Dampfzufuhr zum unteren Bereich des Zyklons
eingestellt werden kann, ohne dass dies zu einer Verstopfung führt. Bei
der Anlage gemäß der Erfindung
erreicht das feuchte Material, das von der Oberseite der Verfahrenszellen,
und hier insbesondere von der ersten der Verfahrenszellen, heraus
gefördert
wird, nicht den Zyklon. Durch die Zentrifugalkraft, die entsteht,
wenn die Partikel mit dem Dampfstrom in dem obersten Teil des Behälters um den
Zyklon herum und vorwärts
in Richtung der Dampfzufuhr des Zyklons gefördert werden, treffen diese
Partikel statt dessen auf die Außenwandung des Behälters auf.
Dort bilden sie eine Schicht, die nach unten zu den Verfahrenszellen
zurück
gleitet. Somit wird nur getrockneter Staub mit dem Dampfstrom in
den Zyklon gefördert.
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Folglich
wurde mit der Erfindung gezeigt, dass der Dampfstrom in einem solchen
Maß erhöht werden
kann, dass die Leistungsfähigkeit
der Anlage um 20-25 % gesteigert ist, ohne dass dadurch die Kosten
der Anlage steigen und ohne eine Qualitätsminderung des fertigen Produkts.
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Bei
einer geeigneten Anordnung, wie sie beispielsweise in Anspruch 2
gekennzeichnet ist, kann die Dampfzufuhr von dem gemeinsamen Förderbereich
zum Zyklon in einem Bereich erfolgen, der im Wesentlichen direkt
oberhalb der letzten Zellen, d.h. der letzten Verfahrenszellen und
der Auslasszelle, liegt. Hierdurch wird zudem sichergestellt, dass
von den Verfahrenszellen und insbesondere von den ersten Verfahrenszellen
kommende feuchte Partikel nicht direkt in den Zyklon gelangen können, sondern um
diesen herum geleitet werden, so dass eine Abscheidung dieser Partikel
stattfindet.
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Wie
in Anspruch 3 offenbart, kann ein kleinerer Teil des Dampfstroms,
d.h. weniger als die Hälfte, dem
unteren Teil des Zyklons zugeführt
werden, es kann jedoch auch gewählt
werden, dass die gesamte Dampfzufuhr im oberen Teil des Zyklons
erfolgen soll, wie in Anspruch 4 offenbart.
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Wein
Anspruch 5 und 6 offenbart, kann die in dem Bereich um den Zyklon
stattfindende Abscheidung von Partikeln verstärkt werden, indem zylindrische
oder spiralförmige
Bleche an der Oberseite des Behälters
aufgehängt
sind, so dass die Bleche vollständig
oder teilweise um den Zyklon im Druckbehälter angeordnet sind. Wenn
der Dampf zwischen diesen konzentrischen oder spiralförmigen Blechen
in Richtung des Zyklons strömt,
bildet sich eine Schicht von Partikeln auf den Innenseiten der Bleche,
die nach unten zu den Verfahrenszellen zurück gleitet.
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Wie
in Anspruch 7 offenbart, können
in den zylindrischen Blechen vorteilhafterweise Öffnungen ausgebildet sein,
so dass der Dampf in Richtung der Dampfzufuhröffnung in dem Zyklon strömen kann.
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Wie
in Anspruch 8 offenbart, kann der Boden des Zyklons vorteilhafterweise
mit einer Auslassöffnung
für den
abgeschiedenen Staub ausgebildet sein, wobei die Auslassöffnung auch
mit einem wie in Anspruch 8 gekennzeichneten Rohr verbunden sein kann,
das den abgeschiedenen Staub nach unten zur Auslasszelle führt, von
wo aus der Staub zusammen mit dem restlichen getrockneten Material
abgeführt wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung detailliert
beschrieben. Darin zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt entlang der Linie I-I in 2 einer
Anlage gemäß der Erfindung,
und
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2 einen
Horizontalschnitt entlang der Linie II-II in 1 durch
den obersten Teil der Anlage.
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1 zeigt
einen Schnitt einer Anlage zum Trocknen von feuchtem Material in
Partikelform, wobei das Material Partikel von uneinheitlicher Größe aufweisen
kann. Die Anlage umfasst einen zylindrischen Behälter 1, der als Druckbehälter ausgebildet sein
kann, da das Verfahren vorteilhafterweise unter Druck durchführbar ist.
Der Behälter
weist im unteren Bereich ein zylindrisches Teil auf, das am Boden
geschlossen ist und über
ein Übergangsstück in ein ähnlich geartetes
zylindrisches Teil übergeht,
welches an der Oberseite geschlossen ist. Im untersten Teil und
im konischen Übergangsstück ist eine
Reihe von länglichen,
im Wesentlichen vertikalen Verfahrensbereichen angeordnet, welche
auch als Zellen oder Verfahrenszellen 2 bezeichnet werden.
Diese Verfahrenszellen 2, von denen z.B. sechzehn in dem Behälter 1 vorgesehen
sein können,
sind um einen in der Mitte des Behälters 1 positionierten
Wärmetauscher 3 angeordnet.
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Während des
Trocknungsverfahrens wird das partikelförmige Material, das insbesondere
aus Partikeln unterschiedlicher Größe bestehen kann, durch die
Verfahrenszellen 2 vorwärts
transportiert, indem das Material in die erste Verfahrenszelle 2 eingeleitet
und von der letzten Verfahrenszelle, auch Auslasszelle 4 genannt,
abgeführt
wird. Mit Ausnahme der Auslasszelle 4 weisen alle Verfahrenszellen 2 einen Boden 5 auf,
durch den Dampf hindurch treten kann, während hingegen der Boden in
der Auslasszelle 4 geschlossen oder nicht dampfdurchlässig ist. Das
Trocknen des partikelförmigen
Materials findet somit in allen Verfahrenszellen 2 außer der
Auslasszelle 4 statt, indem überhitzter Dampf durch ein
Gebläse
in Form eines unterhalb des Wärmetauschers 3 angeordneten
Zentrifugalgebläserads 6 nach
oben durch die dampfdurchlässigen
Böden 5 in
die Verfahrenszellen 2 gefördert wird. Dort versetzt der
Dampf das partikelförmige
Material in eine Wirbelbewegung, wodurch ein Trocknen der Partikel
erfolgt.
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Wie
bereits erwähnt,
ist der Behälter 1 sowohl
im untersten Teil als auch im konischen Übergangsstück in Zellen unterteilt, während er
im obersten Teil einen gemeinsamen Bereich 13 bildet, welcher
nicht in Zellen unterteilt ist. In den Zellen 2 im Übergangsstück sind
konische Blechstücke 7 eingesetzt,
die erhitzt werden können.
Zusätzlich
zur Verbreitung des Dampfstroms durch die Zellen 2 zum gemeinsamen
Bereich 13 hin dienen diese konischen Blechstücke dazu,
die durch den Dampf angetriebenen Partikel abzufangen und wieder
nach unten zu leiten.
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Im
obersten Teil der Anlage ist zudem ein Zyklon 8 angeordnet,
der der Abscheidung von mit dem Dampfstrom mitgerissenen Staubpartikeln
dient. Der Zyklon umfasst einen zylindrischen Mantel mit einem im
Wesentlichen geschlossenen Bodenteil. Die Dampfzufuhr zum Zyklon
erfolgt durch Öffnungen 14, wie
in 2 gezeigt, wobei die Öffnungen 14 durch Anordnen
einer Reihe von Leitblechen 22 (in dem gezeigten Beispiel
sind es vier Leitbleche) am Einlass des Zyklons gebildet sind. Der
Dampf strömt
zwischen diesen Leitblechen 22 in den Zyklon hinein, so dass
ein Zyklonfeld erzeugt wird. Wie in 1 und 2 gezeigt,
sind die Öffnungen 14 im
oberen Teil des Zyklons angeordnet, und zwar in dem Teil des Zyklons,
der in dem Bereich unmittelbar oberhalb der letzten Verfahrenszellen 2 und
der Auslasszelle 4 liegt, d.h. oberhalb der Verfahrenszellen,
die am weitesten entfernt von denjenigen Verfahrenszellen liegen,
in denen ein Großteil
des feuchten Materials verarbeitet wird.
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In
dem Bereich um den Zyklon ist eine Zahl von zylindrischen Blechen 15 in
dem Behälter
aufgehängt.
Diese Bleche dienen dazu, den Dampf zu leiten, wenn dieser zu den Öffnungen 14 des
Zyklons 8 strömt,
wobei die Bleche mit Ausnahme des Bereichs gegenüber den in den Zyklon 8 führenden Öffnungen 14 bis
zur Oberseite des Behälters 1 reichen.
Wie in 1 erkennbar, ist hier ein Abstand zur Oberseite des
Behälters 1 vorhanden,
so dass Öffnungen 23 gebildet
werden, wie in 2 dargestellt, durch die der
Dampf in den Zyklon 8 strömen kann. Wie ebenso in 2 erkennbar,
kann ein Anschlagblech 24 zwischen dem Zyklon 8 und
der Außenwandung
des Behälters 1 radial
angeordnet sein, so dass sich die Dampfströme nicht weiter um den Zyklon 8 herum bewegen
können,
sondern in Richtung der Öffnungen 14 des
Zyklons gelenkt werden.
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Anstelle
der Anordnung der Bleche 15 als konzentrisch angeordnete
Zylinderflächen,
wie in 2 gezeigt, können
die Bleche in dem Bereich um den Zyklon auch als Teile einer Spirale
ausgebildet sein oder eine Schraubenform aufweisen. Diese Bleche
können
derart angeordnet sein, dass ein vollständig oder teilweise schraubenförmiger Durchgang für den Dampf
zu den Öffnungen 14 im
Zyklon 8 gebildet wird. In diesem Zusammenhang ist unter schraubenförmig zu
verstehen, dass der Durchgang in Richtung des Dampfstroms einen
im Wesentlichen abnehmenden Abstand zum Zyklon aufweist.
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Wie
in 1 gezeigt, weist der Zyklon einen geschlossenen
Boden auf, in dem jedoch eine Auslassöffnung 16 für abgeschiedenen
Staub vorgesehen ist. Diese Auslassöffnung 16, die in 2 auch durch
strichpunktierte Linien abgebildet ist, ist mit einem Rohr 9 verbunden,
welches nach unten zu den Verfahrenszellen und insbesondere zu der
Auslasszelle 4 führt.
Das Rohr 9 weist einen Auslasstrichter auf, wie in 1 dargestellt,
und ist ferner mit einem ringförmigen
Auswerter 17 versehen, der dampfgetrieben ist und dazu
dient, den Druckunterschied zwischen dem Inneren des Zyklons und
der Auslasszelle 4 auszugleichen.
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Im
Folgenden werden die Funktionsweise der Anlage und die einzelnen
Komponenten der Anlage eingehend erläutert.
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Das
feuchte partikelförmige
Material wird in einem kontinuierlichen Prozess in die Anlage durch eine Öffnung in
die erste Verfahrenszelle 2 eingespeist, wie durch den
Pfeil 10 dargestellt. In den Verfahrenszellen 2 wird
das partikelförmige
Material durch den aufwärts
strömenden überhitzten
Dampf, der durch die dampfdurchlässigen
Böden 5 mittels des
Zentrifugalgebläserads 6 hoch
geblasen wird, in eine Wirbelbewe gung versetzt. Die Wirbelbewegung des
partikelförmigen
Materials wird durch Elemente 20 mit einem dreieckigen
Querschnitt unterstützt,
die auf dem Boden der Verfahrenszellen zum Mittelpunkt der Anlage
hin angeordnet sind. Der zirkulierende Dampf überträgt Wärme auf das partikelförmige Material,
wodurch Wasser (und/oder andere Flüssigkeiten) verdunstet. Das
partikelförmige
Material läuft durch Öffnungen
in den Wandungen zwischen den Zellen und im Boden der Verfahrenszellen 2 von
einer Zelle zur nächsten
und kann in ähnlicher
Weise von einer Zelle zur nächsten
durch Öffnungen 12 in den
Zellwänden
laufen, wobei die Öffnungen 12 im untersten
Teil des konischen Übergangsstücks angeordnet
sind, wie in 1 abgebildet. Außerdem kann das
partikelförmige
Material durch den Dampf nach oben in den gemeinsamen Bereich 13 gefördert werden,
wo es weiter transportiert wird und in eine nachfolgende Verfahrenszelle 2 herunterfällt.
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Der
Dampf tritt oben aus den Zellen mit einer Geschwindigkeit aus, durch
die Partikel mitgerissen werden, und zwar insbesondere Staubpartikel,
aber auch größere, unzureichend
getrocknete Partikel aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit
des Dampfs. Der Dampf wird dem Zyklon 8 durch Öffnungen 14 zugeführt, die
vorzugsweise oberhalb der letzten Verfahrenszellen 2 in
der Anlage angeordnet sind, wie bereist erwähnt. Folglich wird der Dampf, der
von den ersten Verfahrenszellen, in denen insbesondere feuchte Partikel
sein können,
aufsteigt, dazu gezwungen, um den Zyklon 8 herum und aufwärts zwischen
diesem und der Außenwandung
des Behälters 1 zu
strömen,
um die Öffnungen 14 zu
erreichen. Auf dem Weg um den Zyklon 8 läuft der
Dampf zwischen den konzentrisch aufgehängten zylindrischen oder schraubenförmigen Blechen 15 oder
zwischen einem dieser Bleche 15 und der Außenwandung
des Zyklons oder der Außenwandung
des Behälters 1. Durch
die Zentrifugalkraft werden die größten (und schwersten) Partikel
nach außen
gefördert
und treffen auf die Bleche 15 oder die Außenwandung
des Behälters 1 auf,
wo sie eine Schicht bilden, die zu den Verfahrenszellen 2 zurück gleitet.
Infolge dieser Abscheidung der gröbsten Partikel vor dem Zyklon 8 kann
mehr Dampf in dem Trockner zirkulieren, ohne dass zu viele feuchte
Partikel in den Zyklon gefördert werden.
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Die
das Innere des Zyklons erreichenden Staubpartikel werden auf reguläre Weise
abgeschieden, indem mit Hilfe der Leitbleche 22 ein Zyklonfeld erzeugt
wird. Die abgeschiedenen Staubpartikel zirkulieren auf dem Boden
des Zyklons 8, bis sie die Auslassöffnung 16 erreichen.
Von dort aus werden sie über
das Rohr 9 nach unten in die Auslasszelle 4 durch
einen ringförmigen
Auswerfer 17 geleitet, der dampfgetrieben ist, um so die
Staubpartikel und einen Teil des Dampfstroms nach unten in den Auslasstrichter
des Rohrs zu saugen.
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Wie
durch die Pfeile 18 dargestellt, gelangt ein Großteil des
Dampfs vom Zyklon durch Öffnungen
nach unten in den Wärmetauscher 3,
indem der Dampf durch die Öffnungen
von dem Lüfter
oder Zentrifugalgebläse 6 nach
unten gesaugt wird. Nachdem der Dampf im Wärmetauscher erneut erhitzt worden
ist, wird dieser wieder zu den Verfahrenszellen 2 geleitet.
Ein kleinerer Teil des Dampfs, der der aus dem partikelförmigen Material
verdunstenden Wassermenge entspricht, wird an der Oberseite des Zyklons 8 durch
eine Öffnung
abgeleitet, wie durch den Pfeil 19 dargestellt. Dieser
Dampf enthält
die gesamte für
das Trocknen verwendete Energie und da der Dampf vollkommen oder
nahezu frei von Staub und Luft ist und sich unter Druck befindet,
kann dieser zum Beispiel als Verfahrensdampf verwendet werden, oder
die Energie kann auf eine andere Weise wieder gewonnen werden. Durch
das Verfahren kann somit eine nahezu 100-prozentige Wiedergewinnung
erzielt werden, so dass das Trocknen unter dem Aspekt des Energieverbrauchs
insgesamt neutral ist.
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Während des
Trocknungsverfahrens in der Anlage gelangen die Partikel wie erläutert durch
die Öffnungen 11 und 12 in
den Zellwänden
in die Auslasszelle 4, getrocknete Partikel werden über den
gemeinsamen Bereich 13 ebenso zur Auslasszelle 4 geleitet
und getrocknete Staubpartikel erreichen diese über den Zyklon 8.
Wie in 1 gezeigt, ist in der Auslasszelle 4 eine
Förderschnecke 21 angeordnet, die
das getrocknete partikelförmige
Material aus der Anlage abführt,
wie durch den Pfeil 25 dargestellt.