EP0123812B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfungstrocknung eines kolloidalen organischen Feststoff-Wassergemisches - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfungstrocknung eines kolloidalen organischen Feststoff-Wassergemisches Download PDF

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EP0123812B1
EP0123812B1 EP84101975A EP84101975A EP0123812B1 EP 0123812 B1 EP0123812 B1 EP 0123812B1 EP 84101975 A EP84101975 A EP 84101975A EP 84101975 A EP84101975 A EP 84101975A EP 0123812 B1 EP0123812 B1 EP 0123812B1
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drying
steam
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solid
boiling
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EP84101975A
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Karl Dr. Ing. Tils
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WEBER & SEELAENDER
Original Assignee
Weber & Seelander
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D13/00—Making of soap or soap solutions in general; Apparatus therefor
    • C11D13/26—Drying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat

Definitions

  • the invention relates to a process for the evaporation drying of a colloidal organic solid-water mixture with at least two drying steps, the dry material / steam mixture being brought to an overpressure by boiling the liquid in the first drying step and then expanded.
  • Such an organic solid-water mixture of high viscosity and high solids content can e.g. be formed by water-soluble sodium or potassium salts of fatty acids, soaps for cleaning purposes or metal soaps.
  • drying is necessary to reduce the water content, the dried product being given the necessary physical and chemical properties by mixing with additives, homogenizing or refining, extruding and pressing.
  • vacuum relaxation which is carried out, for example, at 40 mbar
  • one heat exchanger stage can be sufficient, since the drying effect in the vacuum container is greater than with atmospheric relaxation.
  • the soap is already cooled in the vacuum process, i.e. freezes.
  • a disadvantage of vacuum expansion is that all of the steam produced must be removed by condensation. Very high cooling water consumption and corresponding condensation apparatus are therefore required, both of which make the process more expensive.
  • the invention is based on the object of designing a method of the type mentioned at the outset in such a way that the problems in the relaxation of the soap-steam mixture are reduced.
  • this object is achieved in that the mixture is transported from the first drying step to the second drying step while maintaining the boiling pressure, the steam volume being largely separated and expanded from the dry material.
  • the boiling temperature of the soap in the heat exchanger is preferably between 110 and 145 ° C.
  • the invention further relates to a device for performing the method described above.
  • the device also serves to avoid the disadvantages that have previously occurred.
  • a pressure-maintaining valve is arranged in the device according to the invention at the end of the first drying stage. In the manner described, this ensures that the excess pressure exceeding a set pressure is released, as a result of which a considerable part of the steam in the drying stage is separated from the soap and expanded.
  • the basic soap is pumped into a first heat exchanger 2 via a pump 1.
  • the basic soap is heated in this heat exchanger 2 and brought to the boil. This creates an overpressure in the heat exchanger 2.
  • the heated soap is pumped at a certain boiling pressure into a second heat exchanger 4, where the boiling process is repeated.
  • the soap passes through a valve 6 into a relaxation tank 7, in which the soap-steam mixture is released into the atmosphere, whereby the last desired degree of drying (for example to 10 to 11 ° water content) is achieved.
  • a pressure holding valve 8 is arranged at the upper end of the first heat exchanger 2 and a pressure holding valve 9 is arranged at the upper end of the second heat exchanger 4.
  • the basic soap introduced into the first heat exchanger 2 is heated up to a boiling pressure set via the pressure holding valve 8.
  • the steam going beyond this is blown off via the pressure holding valve 8.
  • the soap is continuously advanced and introduced into the second heat exchanger 4 via the pump 3. There the process is repeated, which has already taken place in the first heat exchanger 2.
  • the pressure control valve 9 can be set to the same boiling pressure as the pressure control valve 8.
  • FIG. 2 shows an arrangement with only one heat exchanger 2 ′ and a vacuum expansion tank 10, from which the steam is led via a line 11, which leads to a condensation stage, and the dried soap is discharged via a screw conveyor 12.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdampfungstrocknung eines kolloidalen organischen Feststoff-Wassergemisches mit mindestens zwei Trocknungsschritten, wobei im ersten Trocknungsschritt das Trockengut-Dampf-Gemisch durch Sieden der Flüssigkeit auf einen Überdruck gebracht und anschliessend entspannt wird.
  • Ein derartiges organisches Feststoff-Wassergemisch hoher Viskosität und eines hohen Feststoff - gehalts kann z.B. durch wasserlösliche Natrium-oder Kaliumsalze von Fettsäuren, Seifen für Reinigungszwecke oder Metallseifen gebildet sein.
  • Bei der verseifung von Fetten und Ölen bzw. deren Fettsäuren mit einem Alkali wie z.B. Ätznatron fallen kolloidale Seife-Wassergemische mit Wassergehalten von z.B. 25 bis 35% an, die bei Siedetemperatur eine hohe Zähigkeit aufweisen und je nach Zusammensetzung bei Temperaturen unterhalb 60° C erstarren.
  • Um eine Weiterverarbeitung zu handelsüblichen produkten zu ermöglichen, ist eine Trocknung erforderlich, um den Wassergehalt herabzusetzen, wobei das getrocknete produkt durch Mischen mit Zusätzen, Homogenisieren bzw. Raffinieren, Verstrangen und Pressen die notwendigen physikalischen und chemischen Gebrauchseigenschaften erhält.
  • Die altbekannten Verfahren der Verdunstungstrocknung durch Lagern bzw. der Verwendung von Bandtrocknern genügen heutigen Forderungen in wirtschaftlicher und quatitativer Hinsicht nicht mehr.
  • Seit vielen Jahren wird die Trocknung von Seifen und ähnlichen Flüssigkeiten daher in kontinuierlichen Verfahren als Verdampfungstrocknung durchgeführt. Dabei wird die Seife bei Durchströmen eines abgeschlossenen Behälters, einem Wärmetauscher, erhitzt, wodurch in dem Behälter ein Überdruck entsteht. Nach der Aufheizung wird das Ffüssigkeits-Dampf-Gemisch in einen Entspannungsbehälter geleitet, wo der Dampf von der Seife getrennt wird. Durch die Entspannung wird zusätzlich zu der durch die Aufheizung in dem Wärmetauscher erzielte Trocknung ein weiterer Trocknungseffekt erzielt.
  • Für die Entspannung des Dampf-Flüssigkeit-Gemisches ist es bekannt, die Entspannung atmosphärisch oder im Vakuum durchzuführen.
  • Bei der atmosphärischen Entspannung, deren Trocknungseffekt naturgemäss kleiner ist als bei der Vakuumentspannung, muss eine entsprechend höhere Vortrocknung im Wärmetauscher vorgenommen werden. Dies bedingt in dem abgeschlossenen Behälter eine Volumenzunahme von ca. 300 bis 500. Eine derartige Volumenzunahme, die durch einen entsprechenden Überdruck und die dazugehörige Temperatur charakterisiert ist, wird in der Praxis auf mehrere, mindestens zwei Wärmetauscherstufen verteilt. Darüber hinaus muss der Entspannungsbehälter sehr voluminös sein, da in ihm die unter atmosphärischem Druck wirksame Volumenzunahme zum Tragen kommt. Nach der Entspannung hat die Seife eine Siedetemperatur von ca. 100° C. Sie muss daher z.B. durch eine Kühlwalze oder ein Kühlband auf die Verarbeitungstemperatur von 25 bis 35° C gekühlt werden.
  • Bei der Vakuum-Entspannung, die beispielsweise bei 40 mbar durchgeführt wird, kann eine Wärmetauscherstufe ausreichend sein, da der Trocknungseffekt in dem Vakuumbehälter grösser ist als bei der atmosphärischen Entspannung. Darüber hinaus fällt die Seife bei dem Vakuumverfahren bereits gekühlt, d.h. erstarrt, an. Nachteilig bei der Vakuum-Entspannung ist jedoch, dass der gesamte entstandene Dampf durch Kondensation abgeführt werden muss. Es ist daher ein sehr hoher Kühlwasserverbrauch und eine entsprechende Kondensationsapparatur erforderlich, die beide das Verfahren verteuern.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, dass die Probleme bei der Entspannung des Seifen-Dampf-Gemisches verkleinert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Gemisch unter Beibehaltung des Siededruckes vom ersten trocknungsschritt zum zweiten trocknungsschritt transportiert wird, wobei das Dampfvolumen weitgehend von dem Trockengut getrennt und entspannt wird.
  • Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein prinzipiell neuer Weg beschritten. Während bisher das Dampf-Seifen-Gemisch abgeschlossen blieb, bis es in den Entspannugnsbehätter gelangte, wird nunmehr bereits in der ersten trocknungsstufe, also im ersten Wärmetauscher, das Gas zum grossen Teil von der Seife getrennt und entspannt. Dies lässt sich in einfacher Weise apparativ dadurch erreichen, dass der Behälter für die erste trocknungsstufe mit einem Druckhafte- oder Überdruckventil versehen ist. Auf diese Weise wird in dem ersten Behälter ein konstanter Siededruck aufrechterhalten, der überschüssige Dampf jedoch bereits abgelassen. Dadurch wird das Problem der Volumenzunahme durch die Erhitzung des Seifen-Dampf-Gemisches erheblich reduziert. Dadurch reduzieren sich ganz drastisch die Probleme bei der Entspannung des Seifen-Dampf-Gemisches im Entspannungsbehälter, sei es bei der atmosphärischen Entspannung oder bei der Vakuum-Entspannung. Der Dampfanteil indem Seifen-Dampf-Gemisch im Entspannungsbehälter ist durch das erfindungsgemässe Verfahren ganz erheblich reduziert.
  • Während bei der herkömmlichen atmosphärischen Entspannung mit zwei oder mehr Stufen gearbeitet wird, wobei nach jeder Stufe das Dampf-Seife-Gemisch auf atmosphärischen Druck entspannt werden muss, so dass nach jeder Stufe ein beheizter Entspannungsbehälter und geeignete Vorrichtungen, um den Entspannungsdampf ohne Rückkondensation abzuführen, vorgesehen sein müssen, vermeidet das erfindungsgemässe Verfahren diese Nachteile in einfacher Weise.
  • Bei der Anwendung der Vakuumtrocknung, die wegen des hohen Dampfvolumens im Vakuum jedoch eine entsprechend grosse Kondensatoreinrichtung erfordert und zu Staubanfall bei der Abfuhr des Dampfes führt, werden diese nachteile durch das erfindungsgemässe Verfahren ebenfals vermieden.
  • Bei dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Siedetemperatur der Seife im Wärmetauscher vorzugsweise zwischen 110 und 145° C.
  • Um eine gemeinsame Abfuhr des Dampfes zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, dass der je Stufe abgeführte Dampf in den Entspannungsbehälter der letzten Stufe eingeführt wird. Aus den gleichen Gründen kann vorgesehen werden, dass mehrere Wärmetauscherstufen mit gleichem Siededruck betrieben werden und der abgetrennte Wasserdampf gemeinsam entspannt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Auch die Vorrichtung dient zur Vermeidung der bisher aufgetretenen Nachteile. Hierzu ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung am Ende der ersten trocknungsstufe ein Druckhalteventil angeordnet. Dieses sorgt in der beschriebenen Weise dafür, dass der über einen eingestellten Druck hinausgehende Überdruck abgelassen wird, wodurch ein erheblicher Teil des Dampfes in der Trocknungsstufe von der Seife getrennt und entspannt wird.
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1 : eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit atmosphärischer Entspannung;
    • Figur 2: eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Vakuum- Entspannung.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung wird die Grundseife über eine Pumpe 1 in einen ersten Wärmetauscher 2 gepumpt. In diesem Wärmetauscher 2 wird die Grundseife erhitzt und zum Sieden gebracht. Dadurch entsteht in dem Wärmetauscher 2 ein Überdruck. Mit einer zweiten Pumpe 3 wird die erhitzte Seife bei einem bestimmten Siededruck in einen zweiten Wärmetauscher 4 gepumpt, wo sich der Siedevorgang wiederholt. Mit einer dritten Pumpe 5 gelangt die Seife über ein Ventil 6 in einen Entspannungsbehälter 7, in dem das Seifen-Dampf-Gemisch atmosphärisch entspannt wird, wodurch der letzte gewünschte Trocknungsgrad (beispielsweise auf 10 bis 11° Wassergehalt) erreicht wird. Erfindungsgemäss ist am oberen Ende des ersten Wärmetauschers 2 ein Druckhalteventil 8 und am oberen Ende des zweiten Wärmetauschers 4 ein Druckhalteventil 9 angeordnet.
  • Die in den ersten Wärmetauscher 2 eingeleitete Grundseife wird erhitzt bis auf einen über das Druckhalteventil 8 eingestellten Siededruck. Der darüber hinausgehende Dampf wird über das Druckhalteventil 8 abgeblasen. Die Seife wird kontinuierlich vorgefördert und über die Pumpe 3 in den zweiten Wärmetauscher 4 eingeleitet. Dort wiederholt sich der Vorgang, der sich bereits im ersten Wärmetauscher 2 abgespielt hat.
  • Das Druckhalteventil 9 kann auf den gleichen Siededruck eingestellt sein wie das Druckhalteventil 8.
  • Figur 2 zeigt eine Anordnung mit nur einem Wärmetauscher 2' und einem Vakuum-Entspannungsbehälter 10, aus dem der Dampf über eine Leitung 11, die zu einer Kondensationsstufe führt und die getrocknete Seife über eine Förderschnekke 12 abgeleitet wird.
  • Die übrigen Bauteile entsprechen im wesentlichen den in Figur 1 erläuterten. Sie sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen und mit einem ' gekennzeichnet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verdampfungstrocknung eines kolloidalen organischen Feststoff-Wassergemisches mit mindestens zwei Trocknungsschritten, wobei im ersten trocknungsschritt das Trockengut-Dampf-Gemisch durch Sieden der Flüssigkeit auf einen Überdruck gebracht und anschliessend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch unter Beibehaltung des Siededrucks vom ersten Trocknungsschritt zum zweiten Trocknungsschritt transportiert wird, wobei das Dampfvolumen weitgehend von dem Trockengut getrennt und entspannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedetemperatur der Flüssigkeit während des ersten Trocknungsschrittes vorzugsweise zwischen 110 und 145° C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Trocknungsschritt Wasserdampf und Trockengut gemeinsam in einem Entspannungsbehälter (7, 10) entspannt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der während der Trocknungsschritte abgeführte Dampf in den Entspannungsbehälter (7, 10) der letzten Stufe eingeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trocknungsschritte mit dem gleichen Siededruck durchgeführt werden und der abgetrennte Wasserdampf gemeinsam entspannt wird.
6. Vorrichtung zur Verdampfungstrocknung eines kolloidalen organischen Feststoff-Wassergemisches mit mindestens zwei Trocknungsstufen (2, 4, 7; 2', 10), die über eine Pumpe (3, 5; 5') miteinander verbunden sind, wobei in der ersten Trocknungsstufe (2, 4; 2') das Trockengut-Dampf-Gemisch durch Sieden der Flüssigkeit auf einen Überdruck gebracht und anschliessend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der ersten Trocknungsstufe (2; 2') ein Druckhalteventil (8; 8') angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Trocknungsstufe durch einen mit atmosphärischem Druck verbundenen Entspannungsbehälter (7) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Trocknungsstufe durch einen Vakuum-Entspannungs-Behälter (10) gebildet ist.
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