EP0436140A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz - Google Patents

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EP0436140A1
EP0436140A1 EP90123424A EP90123424A EP0436140A1 EP 0436140 A1 EP0436140 A1 EP 0436140A1 EP 90123424 A EP90123424 A EP 90123424A EP 90123424 A EP90123424 A EP 90123424A EP 0436140 A1 EP0436140 A1 EP 0436140A1
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baffle plate
cooling liquid
cooling
filler neck
carrying
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Franz Kretzschmar
Willi Kawaters
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/10—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material
    • F28C3/12—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid
    • F28C3/14—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid the particulate material moving by gravity, e.g. down a tube

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a powdery substance, which is filled as a powder jet through a nozzle into a container and sprayed with a cooling liquid for cooling, and a device for carrying out the method.
  • DE-OS 36 23 724 discloses a method and a device for producing fresh concrete using cement which is precooled by liquid nitrogen. The cement is cooled when the cement is fed into a storage silo. For this purpose, the liquid nitrogen is blown into the cement silo at the same time as the cement. The connections for cement and nitrogen are arranged adjacent in the upper silo area.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for cooling a powdery substance, which is filled as a powder jet through a nozzle in a container and sprayed with a cooling liquid for cooling, which meet the requirements described above, in particular an increased heat exchange ensure between the powdery substance and the cooling liquid.
  • This object is achieved in that the powder jet before contact with the cooling liquid introduced via a distribution device is dispersed by mechanical fittings over a larger cross section than the filler neck.
  • the essential feature of the invention is that a baffle plate is placed below the powder filler neck in the powder stream of the powder to be cooled. When hitting this baffle plate, the powder jet is torn, whereby the powder forms a finely distributed baffle flow and an effective contact surface for heat exchange with the coolant is achieved.
  • Another advantage is that the temperature distribution in the container is much more homogeneous than can be achieved according to the prior art. The above-mentioned sufficient cooling can also be achieved with a lower cooling liquid throughput, and it can also be far surpassed if necessary.
  • the invention can be applied to a wide variety of powdery substances.
  • One example is the cement mentioned above in the course of the production of concrete, which is of particular importance because of its widespread use in building construction and civil engineering.
  • the use of liquid nitrogen as a coolant is recommended, since nitrogen does not leave any residues, but evaporates and degasses 100 percent.
  • the invention can be used with the same success, for example in the production of milk powder and plastic granules, and in particular in the grinding of spices which, for. T. are very temperature sensitive, use.
  • a great advantage of the invention is that it can be easily installed in a conventional cooling device for powdery substances which are fed into a container.
  • the filler neck one
  • Such a conventional cooling device can be arranged decentrally or centrally in the upper container area in the container.
  • the decentralized arrangement is characterized by a flat baffle plate arranged obliquely below the outlet openings of the powder filler neck, which is attached to the powder filler neck with brackets at an angle between approximately 30 ° and approximately 75 ° to the direction of the powder fall.
  • a liquid distribution device in the form of a straight distribution screen provided on its underside with numerous outlet openings for the liquid coolant is attached in such a way that the coolant emerging from it sprinkles the impingement stream widely and thus brings about the desired cooling.
  • a blunt baffle cone with brackets is fastened to it below the powder filler neck, which is arranged centrally in the upper container area, in such a way that the axis of the filler neck points to the cone tip pointing upward.
  • the liquid nitrogen is added via a ring line provided on its underside with numerous outlet openings for the liquid coolant as a distribution rake to the truncated cone-shaped impingement flow of the powder which is formed by the cone.
  • the baffle plate is fastened to the powder filler neck with brackets.
  • a separate fastening of the baffle plate is also conceivable. It is essential for the described method that the powdery substance fed into the container from above through the powder filler neck hits the baffle plate mounted underneath the filler neck and that the powdery substance bouncing off it flows below the coolant distribution rake so that it flows through the outlet openings of the distribution rake Coolant sprayed onto the powdery substance produces an effective thermal contact with it. A particularly effective thermal contact results if the cross section of the sprayed impingement flow is enlarged compared to the cross section of the powder flow in the powder filler neck.
  • FIG. 1 shows a device for cooling a powdery substance (symbolized by arrows) in a decentralized arrangement.
  • Figure 1, I shows a side view
  • Figure 1, II a top view.
  • the powder to be cooled passes through a powder filler neck 1 into a container (not shown), where it hits a flat, obliquely positioned baffle plate 2a and bounces off it again.
  • the coolant flows from a feed line 3 into a straight distribution rake 4a, which has numerous outlet openings for the coolant on its underside, and is sprayed onto the baffle flow of the powder generated by the baffle plate 2a in order to achieve the desired cooling of the powder.
  • the baffle plate 2a is fastened to the powder filler neck 1 with brackets 5.
  • FIG. 2 shows an alternative form of arrangement of a device for cooling powdery substances, namely a central one, FIG. 2, I again representing the side view of FIG. 2, II (top view).
  • the same or comparable device parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • the powder (arrows) fed through the filler neck 1 into the container (not shown) meets the conical baffle plate 2b and is thereby widened to form a frustoconical baffle flow.
  • the coolant is fed via the feed line 3 into a ring line 4b provided on its underside with numerous outlet openings for the coolant, which serves as a distribution screen for spraying the coolant onto the impingement flow and thus achieves the necessary cooling.
  • the brackets 5 fix the impact cone 2b below the filler neck 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz mit einer Kühlflüssigkeit beim Befüllen eines Behälters mit dieser Substanz. Das Pulver fällt aus dem Einfüllstutzen (1) auf ein Prallblech (2a,2b) und bildet einen fein verteilten Prallstrom, über den die Kühlflüssigkeit aus einem an seiner Unterseite mit Auslaßöffnungen versehenen Verteilrechen (4a,4b) gesprüht wird. Das Prallblech kann entweder aus einem geraden Blech (2a )oder einem stumpfen Kegel (2b) bestehen. Entsprechend der Form des Prallblechs wird die Gestalt des Verteilrechens für die Kühlflüssigkeit modifiziert. Für viele Zwecke eignet sich flüssiger Stickstoff als Kühlflüssigkeit. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz, die als Pulverstrahl durch einen Stutzen in einen Behälter gefüllt und zur Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Beim Befüllen eines Behälters mit einer pulverförmigen Substanz ist es mitunter erforderlich, diese beim Einfüllvorgang zu kühlen. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die eingespeiste pulverförmige Substanz einer exothermen Reaktion unterzogen werden soll, eine erhöhte Temperatur des Reaktionsproduktes aber unerwünscht bzw. unvorteilhaft ist. Stellvertretend für eine solche pulverförmige Substanz ist Zement zu nennen, der, mit Wasser vermischt, exotherm reagiert. Das führt im Beton vor allem bei größeren Bauwerken während der Abkühlungsphase zu einem erheblichen Temperaturgradienten, woraus am Bauwerk Zugspannungen entstehen (Betonwerk + Fertigteil-Technik, Heft 8/81, S. 507), die durch die oben erwähnte Kühlung vermindert werden können. Aus der DE-OS 36 23 724 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Frischbeton unter Verwendung von Zement, der durch flüssigen Stickstoff vorgekühlt wird, bekannt. Die Zementkühlung erfolgt bei der Einspeisung des Zementes in ein Vorratssilo. Hierzu wird der flüssige Stickstoff zugleich mit dem Zement in das Zementsilo eingeblasen. Die Anschlüsse für Zement und Stickstoff sind benachbart im oberen Silobereich angeordnet.
  • Dieses bekannte Verfahren bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß eine ausreichende Kühlung damit nicht erzielt werden kann: Denn der Zement tritt wasserstrahlförmig aus dem Einfüllstutzen aus. Das wasserähnliche Verhalten des Zements bewirkt, daß die Kontaktfläche für den erforderlichen Wärmeaustausch in keiner Weise genügt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz, die als Pulverstrahl durch einen Stutzen in einen Behälter gefüllt und zur Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird, aufzuzeigen, welche die oben beschriebenen Anforderungen erfüllen, insbesondere einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen der pulverförmigen Substanz und der Kuhlflüssigkeit gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pulverstrahl vor dem Kontakt mit der über eine Verteilvorrichtung eingebrachten Kühlflüssigkeit durch mechanische Einbauten über einen gegenüber dem Einfüllstutzen größeren Querschnitt zerstreut wird.
  • Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein Prallblech unterhalb des Pulvereinfüllstutzens in den Pulverstrom des zu kühlenden Pulvers gebracht wird. Beim Auftreffen auf dieses Prallblech wird der Pulverstrahl zerrissen, wodurch das Pulver einen fein verteilten Prallstrom bildet und man eine wirksame Kontaktfläche für den Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit erzielt. Als weiterer Vorteil stellt sich im Behälter eine wesentlich homogenere Temperaturverteilung ein, als sie nach dem Stand der Technik erreichbar ist. Die oben geforderte, ausreichende Kühlung läßt sich darüber hinaus mit einem geringeren Kühlflüssigkeitsdurchsatz erreichen, und sie kann bei Bedarf auch noch weit überboten werden.
  • Die Erfindung läßt sich auf die verschiedensten pulverförmigen Substanzen anwenden. Ein Beispiel ist der schon oben erwähnte Zement im Zuge der Herstellung von Beton, der wegen seines weitverbreiteten Einsatzes im Hoch- und Tiefbau eine besondere Bedeutung besitzt. Speziell im Zusammenhang mit der Kühlung von Zement empfiehlt sich die Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel, da Stickstoff keine Rückstände hinterläßt, sondern 100prozentig verdampft und ausgast. Die Erfindung läßt sich jedoch mit gleichem Erfolg auch beispielsweise bei der Herstellung von Milchpulver und Kunststoffgranulaten und insbesondere beim Mahlen von Gewürzen, die z. T. sehr temperaturempfindlich sind, einsetzen.
  • Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie in eine herkömmliche Kühlvorrichtung für pulverförmige Substanzen, die in einen Behälter eingespeist werden, leicht eingebaut werden kann. Der Einfüllstutzen einer derartigen, herkömmlichen Kühlvorrichtung kann dabei in dem Behälter dezentral oder zentral im oberen Behälterbereich angeordnet sein.
  • So bestehen erfindungsgemäß zwei grundsätzliche Ausführungsmöglichkeiten für Verfahren und Vorrichtung:
    Die dezentrale Anordnung ist durch ein unterhalb der Austrittsöffnungen des Pulvereinfüllstutzens schräg angeordnetes, ebenes Prallblech charakterisiert, das mit Halterungen am Pulvereinfüllstutzen unter einem Winkel zwischen ca. 30° und ca. 75° zur Fallrichtung des Pulvers befestigt ist. Durch den Aufprall auf dieses Prallblech weitet sich der Pulverstrom zu einem fein verteilten Prallstrom auf. Eine Flüssigkeitsverteileinrichtung in Form eines an seiner Unterseite mit zahlreichen Auslaßöffnungen für das flüssige Kühlmittel versehenen geraden Verteilrechens wird so angebracht, daß das aus ihm austretende Kühlmittel den Prallstrom breit besprüht und damit die erwünschte Kühlung bewirkt.
  • Bei der zentralen Anordnung wird erfindungsgemäß unterhalb des im oberen Behälterbereichs zentrisch angebrachten Pulvereinfüllstutzens an ihm ein stumpfer Prallkegel mit Halterungen befestigt, dergestalt, daß die Achse des Einfüllstutzens auf die nach oben gerichtete Kegelspitze zeigt. Der flüssige Stickstoff wird über eine an ihrer Unterseite mit zahlreichen Auslaßöffnungen für das flüssige Kühlmittel versehenen Ringleitung als Verteilrechen dem sich durch den Kegel ausbildenden, kegelstumpfförmigen Prallstrom des Pulvers zugegeben. Diese Anordnung einer zentrisch um den Einfüllstutzen angebrachten Ringleitung gewährleistet eine besonders effektive Abkühlung des Pulvers.
  • Bei den Ausführungsmöglichkeiten wird erfindungsgemäß das Prallblech mit Halterungen am Pulvereinfüllstutzen befestigt. Denkbar ist aber auch eine getrennte Befestigung des Prallblechs. Wesentlich für das beschriebene Verfahren ist, daß die von oben durch den Pulvereinfüllstutzen in den Behälter eingespeiste pulverförmige Substanz vollkommen auf das unterhalb des Einfüllstutzens montierte Prallblech trifft und daß die von diesem abprallende pulverförmige Substanz so unterhalb des Kühlmittelverteilrechens vorbeiströmt, daß das durch die Austrittsöffnungen des Verteilrechens auf die pulverförmige Substanz gesprühte Kühlmittel zu dieser einen wirksamen Wärmekontakt herstellt. Ein besonders effektiver Wärmekontakt ergibt sich, wenn der Querschnitt des besprühten Prallstromes gegenüber dem Querschnitt des Pulverstromes im Pulvereinfüllstutzen vergrößert ist.
  • Die Erfindung sei im folgenden anhand zweier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Dabei zeigen
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung in dezentraler Anordnung mit einem ebenen, schräg angestellten Prallblech und
    Fig. 2
    eine Vorrichtung in zentraler Anordnung mit einem kegelstumpfförmigen Prallblech, wobei die Kegelspitze in Gegenrichtung zur Einfüllrichtung des eingespeisten Pulvers weist.
  • In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz (durch Pfeile symbolisiert) in dezentraler Anordnung dargestellt. Figur 1, I zeigt dabei eine Seitenansicht, Figur 1, II eine Aufsicht. Durch einen Pulvereinfüllstutzen 1 gelangt das zu kühlende Pulver in einen Behälter (nicht dargestellt), wo es auf ein ebenes, schräg angestelltes Prallblech 2a trifft und von diesem wieder abprallt. Die Kühlflüssigkeit gelangt aus einer Zuleitung 3 in einen geraden Verteilrechen 4a, der an seiner Unterseite zahlreiche Auslaßöffnungen für die Kühlflüssigkeit aufweist, und wird auf den durch das Prallblech 2a erzeugten Prallstrom des Pulvers gesprüht, um die erwünschte Kühlung des Pulvers zu erreichen. Das Prallblech 2a ist mit Halterungen 5 am Pulvereinfüllstutzen 1 befestigt.
  • Figur 2 zeigt eine alternative Anordnungsform einer Vorrichtung zur Kühlung pulverförmiger Substanzen, nämlich eine zentrale, wobei Figur 2, I wiederum die Seitenansicht von Figur 2, II (Aufsicht) darstellt. Dabei sind gleiche oder vergleichbare Vorrichtungsteile mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Figur 1. Das durch den Einfüllstutzen 1 in den nicht dargestellten Behälter eingespeiste Pulver (Pfeile) trifft auf das kegelförmige Prallblech 2b und wird dadurch zu einem kegelstumpfförmigen Prallstrom verbreitert. Die Kühlflüssigkeit wird über die Zuleitung 3 in eine an ihrer Unterseite mit zahlreichen Austrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeit versehene Ringleitung 4b geleitet, die als Verteilrechen zum Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf den Prallstrom dient und so die nötige Kühlung erzielt. Die Halterungen 5 fixieren den Prallkegel 2b unterhalb des Einfüllstutzens 1.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Kühlung einer pulverförmigen Substanz, die als Pulverstrahl durch einen Stutzen in einen Behälter gefüllt und zur Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit besprüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl vor dem Kontakt mit der über eine Verteilvorrichtung eingebrachten Kühlflüssigkeit durch mechanische Einbauten über einen gegenüber dem Einfüllstutzen größeren Querschnitt zerstreut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl gegen ein Prallblech als mechanischem Einbau geführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl gegen ein, bezogen auf die Einfüllrichtung, schräg angestelltes, ebenes Prallblech geführt wird, wonach er mit der Kühlflüssigkeit aus einem Verteilrechen besprüht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverstrahl mittig auf ein kegeliges Prallblech geführt wird, wonach er durch die Kühlflüssigkeit aus einer Ringleitung als Verteilrechen besprüht wird.
  5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit flüssiger Stickstoff eingesetzt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Speicherbehälter für eine pulverförmige Substanz, der in seinem oberen Teil mit einem Einfüllstutzen für die pulverförmige Substanz und mit einer Verteilvorrichtung für eine Kühlflüssigkeit ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand vom Austrittsende des Einfüllstutzens (1) und in der Nähe der Austrittsöffnungen der Verteilvorrichtung für die Kühlflüssigkeit (4) ein Prallblech (2) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (2a) eben geformt und schräg angeordnet ist.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (2b) die Form eines stumpfen Kegels besitzt und mit der Kegelspitze zum Einfüllstutzen zeigend, mittig unter diesem angeordnet ist.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (2) mit Halterungen (5) am Einfüllstutzen (1) befestigt ist.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (4) für die Kühlflüssigkeit aus einem seitlich neben dem Prallblech angeordneten geraden Rechen (4a) besteht.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (4) für die Kühlflüssigkeit aus einer symmetrisch zum Kegel angeordneten Ringleitung (4b) als Rechen besteht.
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