EP0500561A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen und thermischen behandeln von feststoffpartikeln. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mischen und thermischen behandeln von feststoffpartikeln.

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EP0500561A1
EP0500561A1 EP90915295A EP90915295A EP0500561A1 EP 0500561 A1 EP0500561 A1 EP 0500561A1 EP 90915295 A EP90915295 A EP 90915295A EP 90915295 A EP90915295 A EP 90915295A EP 0500561 A1 EP0500561 A1 EP 0500561A1
Authority
EP
European Patent Office
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container
product
bulk material
mixer
opening
Prior art date
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Application number
EP90915295A
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English (en)
French (fr)
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EP0500561B1 (de
Inventor
Roland Luecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
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Publication date
Application filed by Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH filed Critical Gebrueder Loedige Maschinenbau GmbH
Publication of EP0500561A1 publication Critical patent/EP0500561A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0500561B1 publication Critical patent/EP0500561B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/625—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis the receptacle being divided into compartments, e.g. with porous divisions

Definitions

  • the invention relates to a device for moving Fe tstoffpenie, in particular as a cooling mixer, with a substantially horizontally arranged sheathed container, which is penetrated along its longitudinal axis by a shaft provided with a drive motor, are attached to the radially extending tools that rotate Mix solid particles by means of forced movements in the bulk material, with a loading and emptying opening arranged on the container, at least two separating disks, each having at least one through opening, being arranged in the container transversely to the longitudinal axis between the loading opening and the emptying opening.
  • Devices for mixing solid particles with rotating tools which have a horizontally arranged cylindrical container with a shaft coaxially guided in the container with mixing tools, are known as batch mixers and continuously operated mixers.
  • the machine used as a mixer, dryer, reactor or cooler is charged with the bulk goods or additives to be treated.
  • a treatment process follows in which the bulk goods are mixed with one another, cooled, dried. net, heated, crushed or agglomerated. During this treatment, reactions can also take place that give rise to new products or release gases that are drawn off via suitable breeding stubs.
  • the treatment of the product is complete, it is discharged from the machine in an emptying process.
  • the known mixers are generally operated at a fixed, apparatus-specific centrifugal speed which has been previously matched to the processing process.
  • the dimensionless parameter Fr Fr is introduced instead of the centrifugal speed n.
  • Fr is a measure of the ratio of centrifugal and earth acceleration independent of the drum diameter.
  • the Froude number can be represented by the following equation:
  • the mean residence time of the bulk material in the solid mixer can be determined via the bulk material mass stored in the product interior and the bulk material mass flow to be controlled.
  • the product interior of this solid mixer extends from the frontal boundary surface to a weir, which is provided in the cylindrical drum and is installed directly in front of the product discharge nozzle.
  • the bulk material mass stored in front of the weir to the product inlet nozzle is subject to a strong backmixing at centrifugal speed of Fr> _ 4, as shown, for example, by the diagrams of the axial dispersion coefficient D as a function of the Froude number Fr on page 108 of this work.
  • Fr> _ 4 The bulk material mass stored in front of the weir to the product inlet nozzle is subject to a strong backmixing at centrifugal speed of Fr> _ 4, as shown, for example, by the diagrams of the axial dispersion coefficient D as a function of the Froude number Fr on page 108 of this work.
  • the mixer known from DE-AS 11 12 968 has, as shown in FIG. 2 of the drawing, a jacket which is not explained in more detail in the description.
  • a jacket which is not explained in more detail in the description.
  • an uncontrolled product flow is possible through the openings of the cutting discs located on the bottom.
  • the invention is therefore based on the object of developing a solids mixer of the type mentioned at the outset such that the thermal treatment of the bulk material flow is better controllable over the entire length of the solid mixer.
  • the container is provided with a casing which has a central feed line and discharge line over almost the entire length of the device.
  • the solid mixer according to the invention thus has the essential advantage that it can be thermally cooled or heated in cross flow.
  • the known heating and cooling mixers in a horizontal arrangement can only be operated in cocurrent and / or countercurrent because the structurally known jacket structure allows fluid flow only along the product stream. If a central feed and discharge line connected to the casing is guided along the solid mixer according to the invention, the product, cooling or heating fluid, can be guided around the circumference of the container transversely to the product flow. Thermally, this has the advantages that a maximum temperature difference can be achieved at a constant fluid inlet temperature both at the product inlet and at the product outlet.
  • the solids mixer according to the invention has the advantage that it divides the interior of the product, the space seen in the axial direction from the end face on the entry side to a separating disk in front of a product discharge nozzle, into at least two processing zones in which the bulk material flow is virtually independent of the particular one other processing zone, can be treated.
  • the product interior can be divided into several processing zones as required, each of which is separated from the other by cutting discs. If the centrifugal machine speed is increased to such an extent that the tools produce a mechanically generated fluidized bed in the product interior, particle swarms can enter the respective adjacent processing zones through the through openings. In this way, the processing zone immediately below the loading opening can be emptied so that it can be filled with a new batch. The processing zone below the loading opening can also be loaded with new product if the bulk material from the previous batch is still being treated in the adjacent processing zone.
  • the solid mixer according to the invention can, due to the special design of its product interior, also be operated particularly advantageously in a quasi-continuous manner.
  • a quasi-continuous mode of operation is to be understood here to mean that the bulk goods or batches flow into the product interior in batches and leave the product interior as a continuous product stream.
  • the definition also includes the reverse mode of operation that the solid according to the invention is is fed continuously and the treated bulk material is discharged from the solid mixer in batches.
  • the solid mixer according to the invention is operated as a batch mixer or batch cooler in the range of Fr ⁇ 1, it is always ensured that a particle exchange along the shaft, i. H. cross-mixing is only possible within the processing zones delimited by cutting disks. As a result, products of different treatment stages can be effectively separated from one another even in batch operation.
  • the solid mixer according to the invention is not only a multi-chamber operation in batch mixers or continuously or quasi-continuously operated mixers in a horizontally arranged drum, but an operating mode which largely handles the treatment of the bulk material from its axial transport towards the outlet separates.
  • the bulk material is treated in the pile and transported in the mechanically generated fluidized bed or in the bulk material ring. Linking two operating modes in one machine is thus an essential concept of the invention.
  • the rotating tools transport the bulk material away from the loading opening in the direction of the discharge opening.
  • the transport component is reinforced in the direction of the product discharge on the basis of centrifugal machine speeds which produce a mechanical fluidized bed or a product ring of the bulk material in the product interior.
  • the bulk material from the processing zones can thus be quickly emptied towards the product discharge. If a product stream is to be cooled, this can take place by effective mixing in the material bed of the respective processing zone and the axial transport into the adjacent processing zone towards the product discharge, the bulk material is fluidized, ie a mechanical fluidized bed or a product ring is briefly generated in the product interior.
  • the solid mixer With the container encased according to the invention, it is possible to operate the solid mixer as a cooling mixer or to use it as a solid mixer for heat treatment of bulk materials with an elevated temperature medium. Cooled and / or heated water, steam or thermal oil can flow through the casing as a carrier medium. Cryogenic fluids can also be used.
  • the peripheral section free of the elements lies in the upper region of the container.
  • the elements are attached to the container in those areas in which large heat transfer coefficients are achieved.
  • the heat transfer coefficients which are measured in the lower tank area differ from the heat transfer coefficients in the upper tank area by a factor of four.
  • the casing or the elements are divided into sections along the longitudinal axis of the container, which sections allow the supply and / or removal of heat independently of one another.
  • the sheathing consists of half-pipe coils welded onto the outer wall of the container, which are connected to a central feed line and discharge line, the flow guidance for liquid carrier media is predetermined.
  • the flow resistances in the casing are defined. If the half-pipe coils are individual half-pipes, which are welded to the container jacket in a largely semicircular manner, the rigidity of the container is improved and the container can be manufactured with a reduced container wall thickness.
  • the solid mixer according to the invention can be cleaned well and quickly if required. Exchanging tools or working on cutter head systems is made easier.
  • the opening flap itself is not covered with half-pipe coils. This enables simple and inexpensive manufacture of the opening flap.
  • the dead weight is lower, so that the opening flap can also be easily pivoted in manual mode.
  • the cutting disks can be cooled and / or heated.
  • the drive motor is a pole-changing motor or a motor that is infinitely variable in speed.
  • the energy introduced into the bulk material via the rotating tools is low, so that the bulk material is thereby only slightly heated during a cooling process.
  • the bulk material to be treated is mixed very gently. If the bulk material is to be transported from one processing zone to another processing zone, the speed of the centrifugal unit is increased briefly. In the fluidized state, the bulk material can overcome the cutting discs through the through openings.
  • the tools are designed and placed on the shaft in such a way that they support a transport of the bulk material in the fluidized state in the direction of the product discharge.
  • a method for operating a device for moving solid particles claimed in multi-chamber operation which has the advantage that the device works quasi-continuously.
  • the product interior stores such a large bulk material mass that bulk material introduced batchwise into the product interior does not affect the continuous outflow of the bulk material.
  • the processing zones are separated from one another by cutting discs, so that it is possible to batch-feed the first processing zone, which is arranged directly below the loading opening of a solid material mixer according to the invention, and the treated bulk material is continuously fed from the last processing zone of the product interior via the Product discharge port deducted.
  • the backmixing of the bulk material within the product interior and its transport to the product discharge nozzle can be controlled as best as possible.
  • the solid mixer according to the invention thus meets all of the extended requirements that are placed in particular on devices for cooling bulk materials. It can be operated in batches, continuously or quasi-continuously. Along the solid mixer, container sections can be operated independently of one another with media of different temperatures. Large specific cooling capacities can be achieved through the special mode of operation of the solids mixer, cooling in the pile, transport of the bulk material in the fluidized state.
  • the cooling process is supported by a cooled shaft, cooled tools and cooled cutting discs.
  • the through openings are arranged in the product interior in such a way that short-circuit currents of the bulk material are prevented and an axial dispersion takes place essentially only in the respective processing zone.
  • Half-pipe coils as a double jacket and an opening flap that extends almost over the entire length of the solids mixer;
  • Fig. 2 is a side view of an inventive
  • FIG. 3 shows an embodiment of a product interior of a solid mixer according to the invention with symbolically represented mixing elements
  • Fig. 4a shows a section IVa-IVa of Fig. 1;
  • Fig. 4b shows a section IVb-IVb of Fig. 1
  • Fig. 4c shows a section IVc-IVc of Fig. 1;
  • Figure 5 is a schematic representation of the product movement in the interior of the solid mixer according to the invention at different centrifugal speeds.
  • 6a shows a batch mixer with nozzles arranged in a known manner for the product input and output
  • 6b shows a batch mixer with a nozzle arrangement which permits the creation of different processing zones in the mixer
  • FIG. 8b shows a further exemplary embodiment of a quasi-continuous solid mixer.
  • the solids mixer 10 is made up of a container 11, a horizontally arranged cylindrical drum, and head pieces 12, 13, which are attached to the end faces of the container 11.
  • the head pieces 12, 13 can be welded or screwed to the front sides of the container 11.
  • the head pieces 12, 13 have an opening which is arranged circularly and coaxially to the longitudinal axis of the container 11.
  • a shaft 14 is guided through the opening in the head piece 12, 13 and is rotatably held in bearings 15, 16 connected to the head pieces 12, 13.
  • the free end of the shaft 14, a shaft journal 17, projects beyond the bearing 16.
  • the shaft journal 17 can be connected to a motor via a suitable gear.
  • the unit comprising the motor and gearbox serves as the drive unit for the shaft 14.
  • Mixing elements are arranged on the shaft 14 in the container interior, which can perform a rotary movement together with the shaft.
  • the solids mixer 10 can be fastened to foundations or frame structures by means of supports 21, 22.
  • a loading opening 23 is arranged on the container 11, which is designed as a loading nozzle 24 with a flange.
  • Bulk material to be processed can flow into the container 11 in the direction of arrow 25 via the feed nozzle 24, and the feed opening 23 can be connected to pipe and feed systems via the flange on the feed nozzle 24.
  • an emptying opening 26 is provided, which is designed as an emptying nozzle 27 with a suitable flange. Bulk material treated in the solids mixer 10 can be discharged via the emptying nozzle 27 in the direction of the arrow 28.
  • a ventilation port 31 is provided as a further opening on the container 11, via which a pressure equalization in the interior of the container is achieved. is reachable or above which vapors or gas flows can be drawn off.
  • a further nozzle 32 is attached, which is closed with a blind flange 33.
  • the bulk material in the container can be emptied via the nozzle 32 or the bulk material flow can be controlled starting from the loading in the direction of arrow 25 such that the bulk material leaves the container 11 via the nozzle 32 immediately after it has flowed into the container 11 .
  • an opening flap 35 is provided along the top of the solid ischer 10.
  • the opening flap 35 can be manually operated and / or also opened or closed automatically with the aid of aids.
  • inspection glasses 36, 37, 38 are fastened, by means of which the flow of bulk material in the container 11 can be checked visually.
  • Half-pipe coils 40 are welded onto the outer wall of the container and are connected to supply lines 41, 42, 43 in such a way that the supply lines 41, 42, 43 can supply the half-pipe coils 40 centrally with a cooling / heating medium.
  • the connection to the corresponding energy supplier is made via a flange connection 41 ', 42', 43 '.
  • the feed lines 41, 42, 43 are separated from one another, so that the the half-pipe coils 40 connected to the respective feed lines 41, 42, 43 can be operated separately with media of different temperatures.
  • the half-pipe coils 40 end on the rear side of the solid-state mixer 10, which cannot be seen in the figure, by opening into a discharge line which is designed in a manner comparable to the supply lines 41, 42, 43.
  • the half-pipe coils 40 surround the container 11 in the circumferential direction to more than 180 °, but less than 360 °.
  • Half-pipe coils 40 are also to be understood as half-pipes which are arranged in a circular arc on the container jacket and do not continuously guide the medium flowing through in a helical manner.
  • the half-pipe coils 40 are drawn further up than on the front.
  • This structural design of the half-pipe coils 40 on the container 11 makes it possible for even a bulk material raised in the direction of rotation to lie completely against the cooled surfaces of the container 11.
  • the container 11 has support rings 45, 46 on the outer wall of the container, which are also formed on the opening flap 35.
  • the support rings 45, 46 stiffen the container 11, so that there is a constant rounding of the drum over the length of the container with a very narrow tolerance range.
  • Half-pipe coils 40 attached in a circular arc improve the inherent rigidity of the container 11.
  • temperature sensors 48, 49.50 are guided through the container wall into the product interior, and the temperature of the bulk material in the respective container section can be determined via the temperature sensors 48, 49.50. teln.
  • rapidly rotating cutter head systems 51, 52 can be attached to the solids mixer 10, which, in addition to the mixing of the solid particles by the tools on the shaft 14, can separate agglomerates or influence the grain size distribution of the bulk material to be processed.
  • Fig. 2 shows the solid ischer 10 in a side view.
  • the head piece 12 hides the horizontally lying drum, which is shown in the figure with broken lines.
  • the shaft journal 17 protrudes from the bearing 16, in which the shaft is rotatably mounted.
  • the opening flap 35 is swung open and the charging nozzle 24 and the ventilation nozzle 31 are visible.
  • the half-pipe coils 40 with the feed line 41 and a discharge line 54 are shown on the outer wall of the container, and the half-pipe coils 40 can be connected to an energy supplier or drainage system (not shown) via the connecting pieces 41 ', 54'.
  • the supply and discharge lines 41, 54 can also be formed together on one long side of the solid mixer 10.
  • the fluid guided in the feed and discharge line 41, 54 then crosses twice the product stream, in which it first flows around the container 11 transversely to the longitudinal axis and then flows back again transversely to the longitudinal axis across the container 11. Laterally in the lower area, the cutter head system 51, which has its own drive, is guided obliquely upward through the container wall.
  • FIG. 2 shows a cutting disc 56 with a through opening 57.
  • a bulk material entering the container interior through the feed nozzle 24 can only be conveyed through the passage opening 57 along the shaft.
  • the fluid that cools or heats the product is Mixer 10 is supplied over the entire length via the connecting pieces 41 'and the supply line 41, and the fluid which is guided through the half-pipe coils 40 across the product stream is drawn off via the discharge line 54 and the connecting pieces 54'.
  • Fig. 3 shows a solid mixer 60 highly schematic in longitudinal section.
  • a cylindrical, horizontally lying drum 61 receives a shaft 62 which is mounted in bearings 63, 64 on head pieces 65, 66 and is rotatably mounted.
  • Bulk material can flow into the product interior in the direction of the arrow 68 via a feed nozzle 67, and the bulk material treated can flow out of the product interior in the direction of the arrow 70 via an emptying nozzle 69.
  • Solid blades 71 and half blades 72 are shown symbolically in the figure as tools which are connected in a rotationally fixed manner to the shaft 62.
  • the product interior is divided into a first processing zone 73, a second processing zone 74 and a third processing zone 75.
  • the first processing zone 73 is axially delimited by the head piece 66 and a cutting disk 76.
  • the cutting disc 76 has a through opening 77 through which the bulk material flowing in in the direction of arrow 68 can be conveyed from the first processing zone 73 into the second processing zone 74.
  • the bulk material in the product interior is conveyed on the one hand by the bulk material flow itself and on the other hand by a movement component in the bulk material in the axial direction towards the emptying nozzle 69, which is produced by the rotating full blades 71 and half blades 72.
  • the second processing zone 74 is delimited to the feed nozzle 67 by the cutting disc 76 and to the emptying nozzle 69 by a cutting disc 78.
  • the cutting disc 78 has a passage opening 79 which connects the second processing zone 74 with the third processing zone 75 connects.
  • the third processing zone 75 is delimited by the cutting wheel 78 and a cutting wheel 80.
  • a through opening 81 of the cutting disc 80 connects the third processing zone 75 to the space which has the emptying nozzle 69.
  • the space with the emptying nozzle 69 can, if necessary, be used as a further additional processing zone by suitable operation of closure elements on the emptying nozzle 69.
  • the bulk material can flow out of the product interior via the discharge nozzle 69 in the direction of arrow 70.
  • the shaft 62 which forms the centrifugal mechanism together with the full blades 71 and the half blades 72, is rotated in the direction of the arrow 82, the solid particles in the bulk material are mixed intensively with one another by the full blades 71 and the half blades 72 and at the same time due to the inclination of the full blades 71 and the half blades 72 on the shaft 62 are conveyed from the first processing zone 73 into the second processing zone 74 and also into the third processing zone 75.
  • the cut-off wheels 76, 78, 80 also have the effect that a short circuit can be prevented in a continuous or quasi-continuous mode of operation of the solid mixer 60.
  • a short circuit is to be understood here as meaning that solid particles which enter the product interior through the feed nozzle 67 immediately afterwards exit the product interior via the emptying nozzle 69, without having the respective mean residence time in the first, second, third processing zones 73, 74.75 have lingered.
  • 76.78.80 can have differently sized through openings
  • the size and the position of the through openings 77, 79, 81 depend on the product; they have to be matched to the respective bulk material parameters, such as bulk density, material density, grain size range, flow function. According to the position, the through openings 77, 79, 81 can be arranged both in the upper and in the lower drum area.
  • the through openings 77, 79, 81 are usually offset in such a way that a direct product flow from the feed nozzle 67 to the discharge nozzle 69 can be ruled out.
  • Fig. 4a shows the container 11 of Fig. 1 in section IVa-IVa.
  • the figure does not show the opening flap.
  • Tools 86 are arranged in a rotationally fixed manner on a hollow shaft 85.
  • the tools 86 are designed as ploughshare-like mixing tools. They have a leading tip 87 and lateral cheeks 88 extending from this and serving as work surfaces, at least one of which is inclined to the direction of rotation 89 of the mixing tool in such a way that it forms an obtuse angle with a radial plane which is laid through the longitudinal axis of the mixing tool includes.
  • the obtuse angle at which the cheeks 88 of the mixing tools are inclined corresponds approximately to the inner fracture lines of the bulk material when a flat surface passes through the bulk material.
  • a cooling or heating medium flows through the tools 86 as well as the hollow shaft 85.
  • a first processing zone 90 is delimited towards the bulk material discharge by a cutting disk 91.
  • the cutting disc 91 is provided with a through opening 92 which connects the first processing zone 90 to a second processing zone 93 located behind the cutting disc 91.
  • the cooling or heating medium flows through half-pipe coils 94.
  • the cooling or heating medium enters the casing via a connector 95 and leaves the jacket system through a connector 96.
  • the cooling or heating medium is evenly distributed over the individual half-pipe coils 94 via a feed line 97.
  • the cooling or heating medium the has flowed through the individual half-pipe coils 94, combined and discharged centrally via the nozzle 96.
  • FIG. 4b shows the section IVb-IVb from FIG. 1.
  • a cutting disk 99 separates the second processing zone 93 from a third processing zone 100.
  • the rotating tools 86 convey the bulk material from the second processing zone 93 through a through opening 101 into the third Processing zone 100.
  • Half-pipe coils 102 which are fed via a connection piece 103 and a feed line 104, can be operated with a cooling or heating medium at a different temperature than the half-pipe coils 94, which are shown in FIG. 4a.
  • the cooling or heating medium leaves the casing via a central discharge line 105 and a connector 106.
  • the opening flap is not shown in the section of FIG. 4b.
  • FIG. 4c shows a section IVc-IVc of FIG. 1.
  • a cutting disk 108 delimits the third processing zone 100 towards the product outlet.
  • the processed bulk material flows through a through opening 109 in the cutting disc 108 into the room with an emptying nozzle.
  • the tools 86 rotating in the third processing zone 100 convey the bulk material in the direction of the cutting disc 108 and lift it through the passage opening 109.
  • Half-pipe coils 111 which form the casing of the drum section of the third processing zone 100, can in turn be operated at a temperature of the cooling or heating medium which differs from the temperatures at which the first processing stage 90 and the second processing stage 93 are operated .
  • the cutting discs 91, 99, 108 can also be cooled or heated. That from the product inlet to the product outlet conveyed bulk goods are dammed up on the respective cutting discs 91,99,108. They produce a force that counteracts the axial direction of conveyance of the bulk material.
  • FIG. 5a, 5b and 5c show the bulk material movement in the device according to the invention in a highly schematic manner.
  • Froude number which represents a measure of the ratio of centrifugal and gravitational acceleration
  • the movement behavior of the bulk material in the product interior changes.
  • the centrifugal unit rotates slowly at first, the product is raised in the direction of rotation. This is shown in Fig. 5a.
  • Tools 112 rotate in the direction of arrow 113 and move the individual solid particles in the pile. This creates an angle of the free product surface which corresponds approximately to the angle of repose of the bulk material to be processed.
  • little energy is introduced into the bulk material via the tools. There is an intensive exchange of the solid particles towards the heated or cooled wall.
  • the bulk material movement states shown in FIGS. 5b and 5c are only set briefly and at intervals. Increased centrifugal machine speeds serve to transfer the cooled bulk material through the through openings into the next processing zone. The increased axial advance of the bulk material is achieved within a few seconds, so that in a subsequent longer time interval the cooling mixer can be operated at a centrifugal speed which results in a bulk material movement, as shown in FIG. 5a.
  • the device is provided with a pole-changing or steplessly adjustable drive so that the product states of FIGS. 5b and 5c can be set from time to time.
  • the cooling process itself takes place on the basis of a bulk material movement that takes place in the pile.
  • FIG. 6a shows a solids mixer 120 which is designed as a batch mixer.
  • a shaft 122 is provided, which is equipped with mixing tools and is rotatably held in bearings 123, 124.
  • a loading nozzle 125 and an emptying nozzle 126 are provided on the drum 121.
  • Bulk material batches are symbolically shown with an arrow 127, 128 poses. They are placed in the product interior of the drum 121 one after the other. If the bulk material batches have completely flowed into the interior of the solid mixer 120, the treatment process for the solid bed can begin. Both the transverse mixing and the radial mixing of the solid particles take place in the entire product interior. A separation of individual product quantities in the product interior and a different treatment of these product masses is not possible with the batch mixer shown in FIG. 6a.
  • FIG. 6b shows a further embodiment of a solids mixer 135 as a batch mixer.
  • a shaft 137 is held and supported in a drum 136, on which mixing elements are attached.
  • a feed nozzle 138 is provided on the drum 136 on one end face side and an emptying connection 139 is attached on the other end head side.
  • the bulk material to be processed is introduced in batches in the direction of the arrows 140, 141 into the solids mixer 135 via the feed nozzle 138 and discharged after a predetermined processing time via the emptying nozzle 139 in the direction of the arrows 142, 143.
  • the feed nozzle 138 is attached to the drum 136 in such a way that it is spaced as far as possible from the discharge nozzle 139.
  • Processing zones can be created in the product interior of the drum 136.
  • the processing zones are limited by cutting discs.
  • a cutting disc is shown in FIG. 6b with 144 and as a broken line, which divides the product interior into a first processing zone 145 and a second processing zone 146.
  • Correspondingly processed product can be introduced in batches into the first processing zone 145 and, irrespective of this, from the second processing zone 146 treated bulk goods are discharged in batches from the product interior in the direction of arrows 142, 143.
  • the bulk material masses of the individual processing zones 145, 146 are separated from one another.
  • the product can flow into the product interior of the first treatment zone 145 via the charging nozzle 138 .
  • the bulk material is transported in the interior of the product from the first treatment zone 145 to the second processing zone 146 in the fluidized state, ie in the mechanically generated fluidized bed or in the bulk material ring.
  • the mixing tools are operated with a higher Froude number and the mixing tools are mounted on shaft 137 in such a way that they have a promoting effect in the direction of product discharge.
  • the nozzles in batch mixers can be arranged as desired.
  • the product discharge is controlled by the setting of the mixing tools on the shaft.
  • Batch mixers usually have a length to diameter ratio of 1: 2.
  • FIG. 7 shows a solids mixer 150 which is operated as a continuously operating mixer.
  • a drum 151 receives a shaft 152.
  • the mixing elements are arranged on the shaft 152, bulk material is fed into the product interior of the solid mixer 150 via a feed nozzle 143 and the treated bulk material is drawn off via an emptying nozzle 154.
  • the bulk materials flow into the solid mixer 150.
  • the product interior of the solid mixer 150 can be 26
  • the cutting discs divide the product interior into individual processing zones that are independent of one another.
  • the bulk materials are mixed both radially and axially within the processing zones.
  • FIG. 8a shows an exemplary embodiment of a quasi-continuously operating solid mixer 160, the drum 161 of which receives a shaft 162 and on which a loading nozzle 163 and an emptying nozzle 164 are arranged.
  • Bulk material is introduced in batches into the product interior of drum 161 in the direction of arrows 165, 166 and the bulk material treated is discharged continuously in the direction of arrow 167.
  • the quasi-continuous mode of operation in FIG. 8a results from a batch-wise product entry and a continuous product discharge.
  • 8b shows a further exemplary embodiment of a quasi-continuously operated solid mixer 170.
  • the bulk material flowing in via a charging nozzle 173 is processed in a drum 171 by means of rotating mixing tools, and the treated bulk material is discharged via an emptying nozzle 174.
  • the solids mixer 170 is fed continuously in the direction of the arrow 175 and the product is discharged in the direction of the arrows 176, 177 in batches.
  • the product interior of the solids isher 170 can be subdivided into several processing zones; via the operating mode of the centrifugal machine, the product flow in the product interior of the mixer 170 can be controlled such that from the first processing zone, which is arranged near the feed nozzle 173, is transferred to the product in your product as quickly as possible in the second processing zone.
  • the other processing zones are also filled with product. Thereby, that the first processing zone is emptied faster than the subsequent processing zones, it can take up the continuous product flow in the direction of arrow 175 without interference and a product jam or overfilling of the first processing zone is prevented.
  • the length-diameter ratio in continuously and quasi-continuously operated solid-state mixers is usually greater than two and the position of the feed nozzle to the discharge nozzle is such that the distance between them is as large as possible.

Description

Vorrichtung zur Bewegung von Feststoffpartikeln
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bewegung von Fe tstoffpartikeln, insbesondere als Kühlmischer, mit einem im wesentlichen horizontal angeordneten ummantelten Behälter, der entlang seiner Längsachse von einer mit einem Antriebsmotor versehenen Welle durchsetzt ist, an der radial verlaufende Werkzeuge befestigt sind, die rotierend durch aufgezwungene Bewegungen im Schüttgut Feststoffpartikel vermischen, mit einer am Behälter angeordneten Beschickungs- und Entleerungsöffnung, wobei im Behälter quer zur Längsachse zwischen der Beschickungs¬ öffnung und der Entleerungsöffnung mindestens zwei Trennschei¬ ben, die jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen, angeordnet sind.
Eine derartige Vorrichtung ist durch die DE-AS 11 12 968 be¬ kanntgeworden.
Vorrichtungen zum Mischen von Feststoffpartikeln mit rotierenden Werkzeugen, die einen horizontal angeordneten zylindrischen Behälter mit einer im Behälter koaxial geführten Welle mit Mischwerkzeugen aufweisen, sind als Chargenmischer und konti¬ nuierlich betriebene Mischer bekannt.
Im Chargenbetrieb wird die als Mischer, Trockner, Reaktor oder Kühler genutzte Maschine mit dem oder den zu behandelnden Schüttgütern bzw. Additiven beschickt. Ist der Beschickungs¬ vorgang abgeschlossen, so folgt ein Behandlungsvorgang, bei dem die Schüttgüter untereinander vermischt, gekühlt, getrock- net, erwärmt, zerkleinert oder agglomeriert werden. Während dieser Behandlung können auch Reaktionen ablaufen, die neue Produkte entstehen lassen oder Gase freisetzen, die über geeignete Brütenstutzen abgezogen werden. Ist die Behandlung des Produkts abgeschlossen, so wird es in einem Entleerungsvorgang aus der Maschine ausgetragen.
Bei Chargenmischern sind zur Ermittlung der Zeit, in der eine Feststoffmischung hergestellt werden kann, die Beschickungszeit der zu vermischenden Schüttgüter, die Entleerungszeit der Schüttgutmischung und die eigentliche Mischzeit, innerhalb der Schüttgüter im Chargenmischer durch die rotierenden Mischwerk¬ zeuge miteinander und untereinander vermischt werden, zu addieren. Dadurch ergeben sich im Chargenbetrieb längere Misch¬ zeiten als bei einer kontinuierlichen Betriebsweise. Beim konti¬ nuierlichen Betrieb entfallen Wartezeiten, die sich im Chargen¬ betrieb durch die Beschickung und die Entleerung eines Mischers ergeben. Im kontinuierlichen Betrieb werden dem Mischer gleich¬ zeitig zu verarbeitende Schüttgutströme zugeführt und ein Schüttgutstrom, die fertige Mischung, abgeführt. Dies ist auch bei Schüttgutströmen möglich, die in kontinuierlicher Betriebs¬ weise thermisch behandelt oder gekühlt werden sollen. Bei einem kontinuierlich ablaufenden Kühlprozess tritt die heiße Fest¬ stoffschüttung in den Kühlmischer ein, während gleichzeitig am anderen Ende des Kühlmischers gekühltes Schüttgut abgezogen wird.
Schwierigkeiten ergeben sich aber im kontinuierlichen Betrieb, das Transportverhalten eines zu kühlenden Schüttgutstroms so zu steuern, daß beispielsweise nicht schon gekühltes Schüttgut mit noch erwärmtem oder heißem Schüttgut vermischt wird. Tritt eine Rückvermischung ein, so stellt sich eine Mischtemperatur im Schüttgut des Produktinnenraums ein, die immer höher ist als die gewünschte Endtemperatur. Hinzu kommt noch, daß bei einer Rückvermischung schon gekühlte Partikelkollektive länger als zulässig im Produktinnenraum verweilen. Diese Partikel¬ kollektive können durch die Mischwerkzeuge aufgrund einer längeren mechanischen Behandlung zerstört werden. Deshalb ist bei der Kühlung eines Schüttgutstroms im kontinuierlichen Be¬ trieb immer eine möglichst geringe Rückvermischung von behandeltem mit unbehandeltem Schüttgut anzustreben. Den Kühl¬ prozeß in den bekannten Vorrichtungen so zu steuern, ist viel¬ fach nicht möglich, weil fest vorgegebene Prozeßparameter einer derartigen Betriebsweise oft entgegenstehen und die Temperatur¬ erniedrigung eines Schüttgutes durch Wärmeabgabe an ein Kühl¬ mittel nicht in einer beliebig kurzen Zeit erfolgen kann.
Die bekannten Mischer werden in der Regel mit einer fest einge¬ stellten, vorher auf den Verarbeitungsprozeß abgestimmten apparatespezifischen Schleuderwerksdrehzahl betrieben. Zur Wahrung der kinematischen Ähnlichkeit wird anstelle der Schleuderwerksdrehzahl n die dimensionslose Kenngröße Fr (Froudezahl) eingeführt. Fr ist ein vom Trommeldurchmesser unabhängiges Maß für das Verhältnis von Zentrifugal- und Erd¬ beschleunigung. Die Froudezahl läßt sich durch folgende Glei¬ chung darstellen:
m x cJ - x r Fr = , m x g
wobei m als Masse der Partikel, r als Radius der Trommel, g als Erdbeschleunigung mit der Gleichung g = r* nc* • 4π2 , als Winkelgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge und nc als kritische Drehzahl definiert ist. Bei dem aus der Dissertation von 1984 mit dem Titel "Untersu¬ chungen zur Schüttgutbewegung beim kontinuierlichen Feststoff¬ mischen" (Fakultät Verfahrenstechnik der Universität Stuttgart) bekannten kontinuierlich arbeitenden Feststoffmischer kann die mittlere Verweilzeit des Schüttguts im Feststoffmischer über die im Produktinnenraum gespeicherte Schüttgutmasse und den Schüttgutmassenstrom gesteuert werden. Der Produktinnenraum dieses Feststoffmischers erstreckt sich von der stirnseitigen Begrenzungsfläche bis zu einem Wehr, das in der zylindrischen Trommel vorgesehen und unmittelbar vor dem Produktaustragstutzen eingebaut ist. Die vor dem Wehr zum Produkteintragstutzen hin gespeicherte Schüttgutmasse unterliegt bei Schleuderwerksdreh¬ zahlen von Fr >_ 4, wie beispielsweise die Diagramme des Axial- dispersionskoeffizienten D in Abhängigkeit von der Froudezahl Fr auf Seite 108 dieser Arbeit zeigen, einer starken Rückver¬ mischung. Soll ein Schüttgutstrom aber kontinuierlich gekühlt werden, so ist dies wie bereits dargelegt nachteilig.
Der aus der DE-AS 11 12 968 bekannte Mischer weist, wie die Fig. 2 der Zeichnung zeigt, einen Mantel auf, der in der Be¬ schreibung nicht näher erläutert ist. Um eine effektive ther¬ mische Behandlung zu gewährleisten, ist es aber nicht nur not¬ wendig, einen Behältermantel vorzusehen, sondern es ist auch zwingend, ihn so auszugestalten, daß eine effektive Kühlung oder Erwärmung des im Behälter strömenden Produkts möglich ist. Ferner ist durch die am Boden befindlichen Öffnungen der Trennscheiben ein unkontrollierter Produktfluß möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fest¬ stoffmischer der eingangs genannten Art dahingehend weiter¬ zubilden, daß die thermische Behandlung des Schüttgutstroms über die gesamte Länge des Feststoffmischers besser steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter mit einer Ummantelung versehen ist, die nahezu über die gesamte Länge der Vorrichtung eine zentrale Zuführungslei¬ tung und Abführungsleitung aufweist.
Der erfindungsgemäße Feststoffmischer hat damit den wesentlichen Vorteil, daß er im Kreuzstrom thermisch gekühlt oder beheizt werden kann. Die bekannten Heiz- und Kühlmischer in horizontaler Anordnung sind nur im Gleich- und oder Gegenstrom betreibbar, weil der konstruktiv bekannte Mantelaufbau eine Fluidströmung nur längs des Produktstromes zuläßt. Wird längs des erfindungs¬ gemäßen Feststoffmischers eine zentrale Zuleitungs- und Abfüh¬ rungsleitung mit der Ummantelung verbunden geführt, so kann das Produkt kühlende oder heizende Fluid quer zum Produktstrom um den Behälterumfang geführt werden. Thermisch hat dies die Vorteile, daß bei konstanter Fluideinlaßtemperatur sowohl am Produkteinlaß wie auch am Produktauslaß eine maximale Tempera¬ turdifferenz erreicht werden kann.
Weiterhin hat der erfindungsgemäße Feststoffmischer den Vorteil, daß er den Produktinnenraum, den in axialer Richtung gesehenen Raum von der eintragsseitigen Stirnfläche bis zu einer Trenn¬ scheibe vor einem Produktaustragstutzen,' in mindestens zwei Bearbeitungszonen unterteilt, in denen der Schüttgutstrom, nahezu unabhängig von der jeweils anderen Bearbeitungszone, behandelt werden kann.
Beim sogenannten Haufwerksmischen werden keine Feststoffpartikel aus dem Gutbett herausgerissen. Das Schüttgut verbleibt voll- ständig in der jeweiligen Bearbeitungszone, sofern die Durch¬ gangsöffnungen über dem Produktspiegel liegen. Soll im erfin¬ dungsgemäßen Feststoffmischer beispielsweise ein Schüttgut kontinuierlich gekühlt werden, so können bei einer Kühlung im Haufwerk keine Feststoffpartikel von der einen Bearbeitungszone in die andere Bearbeitungszone treten. Es kann somit auch keine Rückvermischung zwischen den Bearbeitungszonen stattfinden. Nur innerhalb der jeweiligen Bearbeitungszone kann die Axial¬ dispersion erfolgen.
Der Produktinnenraum läßt sich je nach Bedarf in mehrere Bearbeitungszonen aufteilen, die jeweils durch Trennscheiben voneinander abgegrenzt sind. Wird nun die Schleuderwerksdrehzahl in dem Maße erhöht, daß die Werkzeuge im Produktinnenraum ein mechanisch erzeugtes Wirbelbett erzeugen, so können Partikel¬ schwärme durch die Durchgangsöffnungen in die jeweiligen be¬ nachbarten Bearbeitungszonen eintreten. Auf diese Weise kann die unmittelbar unterhalb der Beschickungsöffnung liegende Bearbeitungszone entleert werden, so daß diese mit einer neuen Charge befüllt werden kann. Die Bearbeitungszone unterhalb der Beschickungsöffnung kann auch dann mit neuem Produkt beschickt werden, wenn in der angrenzenden Bearbeitungszone noch das Schüttgut aus der vorangegangenen Charge behandelt wird.
Der erfindungsgemäße Feststoffmischer kann durch die besondere Ausgestaltung seines Produktinnenraums besonders vorteilhaft auch quasi-kontinuierlich betrieben werden. Unter einer quasi¬ kontinuierlichen Betriebsweise ist hier zu verstehen, daß das oder die Schüttgüter in Chargen in den Produktinnenraum ein¬ strömen und, als kontinuierlicher Produktstrom den Produktin¬ nenraum verlassen. Die Definition umfaßt auch die umgekehrte Betriebsweise, daß der erfindungsgemäße Feststoff ischer kon- tinuierlich beschickt wird und der Austrag des behandelten Schüttguts aus dem Feststoffmischer in Chargen erfolgt.
Wird der erfindungsgemäße Feststoffmischer als Chargenmischer oder Chargenkühler im Bereich von Fr < 1 betrieben, so ist stets gewährleistet, daß ein Partikelaustausch längs der Welle, d. h. eine Quervermischung, nur innerhalb der durch Trennschei¬ ben begrenzten Bearbeitungszonen möglich ist. Dadurch können auch im Chargenbetrieb Produkte unterschiedlicher Behandlungs¬ stufen wirksam voneinander getrennt werden.
Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen Feststoffmischer nicht nur um einen Mehrkammerbetrieb bei Chargenmischern oder kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich betriebenen Mischern in einer horizontal angeordneten Trommel, sondern um eine Be¬ triebsweise, die die Behandlung des Schüttguts von seinem Axial¬ transport in Richtung Auslauf weitgehend trennt. Behandelt wird das Schüttgut im Haufwerk und transportiert im mechanisch erzeugten Wirbelbett bzw. im Schüttgutring. Die Verknüpfung zweier Betriebsweisen in einer Maschine ist damit ein wesent¬ licher Erfindungsgedanke.
Die rotierenden Werkzeuge transportieren das Schüttgut von der Beschickungsöffnung weg in Richtung Entleerungsöffnung. Aufgrund von Schleuderwerksdrehzahlen, die ein mechanisches Wirbelbett oder einen Produktring des Schüttguts im Produktinnenraum er¬ zeugen, wird die Transportkomponente in Richtung Produktaustrag verstärkt. Das Schüttgut aus den Bearbeitungszonen kann somit schnell zum Produktaustrag hin entleert werden. Soll ein Pro¬ duktstrom gekühlt werden, so kann dies durch eine effektive Vermischung im Gutbett der jeweiligen Bearbeitungszone erfolgen und der axiale Transport in die benachbarte Bearbeitungszone zum Produktaustrag hin erfolgt dadurch, daß das Schüttgut flu- idisiert wird, d.h. im Produktinnenraum wird kurzzeitig ein mechanisches Wirbelbett oder ein Produktring erzeugt.
Mit dem erfindungsgemäß ummantelten Behälter ist es möglich, den Feststoffmischer als Kühlmischer zu betreiben oder mit einem Medium erhöhter Temperatur als Feststoffmischer zur Wärme¬ behandlung von Schüttgütern einzusetzen. Als Trägermedium kann gekühltes und/oder erwärmtes Wasser, Dampf oder Thermoöl die Ummantelung durchströmen. Auch kryogene Fluide können eingesetzt werden.
Weist in bevorzugter Ausgestaltung der Behälter an oder in der Behälterwand Elemente zur Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr auf, die den Behälter in Umfangsrichtung auf mehr als 180°, aber weniger als 360° umgeben, so ist stets gewährleistet, daß die gesamte im Produktinnenraum gespeicherte Schüttgutmasse an Innenwandabschnitten des Behälters anliegt, die aktiv gekühlt bzw. beheizt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt der von den Ele¬ menten freie Umfangsabschnitt im oberen Bereich des Behälters.
Dies hat den Vorteil, daß die Elemente in den Bereichen am Behälter angebracht sind, in denen große Wärmeübergangskoeffi¬ zienten erreicht werden. Wie der Druckschrift "örtliche Wärme¬ übergangskoeffizienten in einem Pflugscharmischer", Verfahrens¬ technik 76 Nr.12, zu entnehmen ist, unterscheiden sich die Wärmeübergangskoeffizienten, die im unteren Behälterbereich gemessen werden, von den Wärmeübergangskoeffizienten im oberen Behälterbereich um einen Faktor vier. Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ummantelung oder die Elemente entlang der Längsachse des Behälters in Ab¬ schnitte eingeteilt, die unabhängig voneinander eine Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr zulassen.
Dies hat den Vorteil, daß das Schüttgut im Produktinnenraum längs des Behälters je nach Abschnitt mehr oder weniger stark gekühlt bzw. erwärmt werden kann. Der Einsatz eines derart ausgestalteten Feststoffmischers ist vielfältiger, er kann besser an vorgegebene Verfahrensschritte angepaßt werden.
Besteht die Ummantelung aus auf der Behälteraußenwand aufge¬ schweißten Halbrohrschlangen, die mit einer zentralen Zufüh¬ rungsleitung und Abführungsleitung verbunden sind, so ist die Strömungsführung für flüssige Trägermedien vorgegeben. Die Strömungswiderstände in der Ummantelung sind definiert. Sind die Halbrohrschlangen einzelne Halbrohre, die weitgehend halb¬ kreisförmig mit dem Behältermantel verschweißt sind, so wird die Steifigkeit des Behälters verbessert und der Behälter kann mit verminderter Behälterwandstärke hergestellt werden.
Ist im oberen Bereich des Behälters nahezu über die gesamte Länge des Behälters eine Öffnungsklappe vorgesehen, so kann der erfindungsgemäße Feststoffmischer bei Bedarf gut und schnell gereinigt werden. Ein Austausch der Werkzeuge oder Arbeiten an MesserkopfSystemen werden erleichtert. Die Öffnungsklappe selbst ist nicht mit Halbrohrschlangen ummantelt. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung der Öffnungsklappe. Das Eigengewicht ist geringer, so daß die Öffnungsklappe auch im Handbetrieb leicht verschwenkt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Trenn¬ scheiben kühl-und/oder beheizbar.
Dies hat den Vorteil, daß weitere Kühl-und/oder Heizflächen im Produktinnenraum geschaffen werden. Das Schüttgut wird aufgrund der Schüttgutströmung selbst und mittels der rotierenden Werk¬ zeuge gegen die gekühlten bzw. erwärmten Oberflächen der Trenn¬ scheiben gedrückt. Der Wärmeübergang ist damit an diesen Stellen besonders gut. Werden weiterhin die Welle und die Werkzeuge gekühlt oder beheizt, so unterstützen und verbessern diese Einbauten den Kühl- bzw. Heizprozess.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Antriebsmotor ein polumschaltbarer Motor oder ein in seiner Drehzahl stufenlos verstellbarer Motor.
Dies hat den Vorteil, daß die Schüttgutbehandlung in den je¬ weiligen Bearbeitungszonen im Haufwerk erfolgen kann. Die in das Schüttgut über die rotierenden Werkzeuge eingetragene En¬ ergie ist gering, sodaß dadurch das Schüttgut bei einem Kühl- prozess nur unwesentlich erwärmt wird. Darüber hinaus wird das zu behandelnde Schüttgut sehr schonend vermischt. Soll ein Transport des Schüttgutes von einer Bearbeitungszone in eine andere Bearbeitungszone erfolgen, so wird die Drehzahl des Schleuderwerks kurzzeitig erhöht. Im fluidisierten Zustand kann das Schüttgut die Trennscheiben durch die Durchgangsöffnungen überwinden. Die Werkzeuge sind derart ausgebildet und auf der Welle angestellt, daß sie einen Transport des Schüttguts im fluidisierten Zustand in Richtung Produktaustrag unterstützen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Bewegung von Feststoffpartikeln im Mehrkammerbetrieb beansprucht, das seinen Vorteil darin hat, daß die Vorrichtung quasi-kontinuierlich arbeitet. Der Produktinnenraum speichert eine so große Schüttgutmasse, daß sich absatzweise in den Produktinnenraum eingeführtes Schüttgut nicht auf den kontinuierlichen Ausfluß des Schüttgutes auswirkt. Die Bearbeitungszonen sind voneinander durch Trennscheiben getrennt, so daß es möglich ist, die erste Bearbeitungszone, die direkt unterhalb der Beschickungsöffnung eines erfindungs¬ gemäßen Feststoffmischers angeordnet ist, chargenweise zu be¬ schicken und das behandelte Schüttgut wird kontinuierlich aus der letzten Bearbeitungszone des Produktinnenraums über den Produktaustragstutzen abgezogen.
Erfolgt die Produktbehandlung im Haufwerk und der Produktstrom zum Austrag hin im mechanisch erzeugten Wirbelbett oder im Produktring, so kann die Rückvermischung des Schüttguts inner¬ halb des Produktinnenraumes und sein Transport zum Produkt¬ austragstutzen hin bestmöglich gesteuert werden.
Der erfindungsgemäße Feststoffmischer entspricht damit allen erweiterten Anforderungen, die insbesondere an Vorrichtungen zur Kühlung von Schüttgütern gestellt werden. Er kann chargenweise, kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich betrieben werden. Längs des Feststoffmischers sind Behälterabschnitte unabhängig voneinander mit Medien unterschiedlicher Temperatur betreibbar. über die besondere Betriebsweise des Feststoffmischers, Kühlen im Haufwerk, Transport des Schüttguts im fluidisierten Zustand, können große spezifische Kühlleistungen erreicht werden. Den Kuhlprozess unterstützen eine gekühlte Welle, gekühlte Werkzeuge und gekühlte Trennscheiben. Die Durchgangsöffnungen sind im Produktinnenraum derart angeordnet, daß KurzschlußStrömungen des Schüttguts unterbunden werden und eine Axialdispersion im wesentlichen nur in der jeweiligen Bearbeitungszone erfolgt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß je¬ weils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Feststoffmischer mit
Halbrohrschlangen als Doppelmantel und einer sich nahezu über die gesamte Länge des Feststoffmischers erstreckenden Öffnungsklappe;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Feststoffmischers mit verschwenkter Öffnungsklappe und einem MesserkopfSystem;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Produktinnenraums eines erfindungsgemäßen Feststoffmischers mit symbolhaft dargestellten Mischelementen;
Fig. 4a einen Schnitt IVa-IVa der Fig. 1;
Fig. 4b einen Schnitt IVb-IVb der Fig. 1; Fig. 4c einen Schnitt IVc-IVc der Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Produktbewegung im Innenraum des erfindungsgemäßen Feststoffmischers bei verschiedenen Schleuderwerksdrehzahlen;
Fig. 6a einen Chargenmischer mit in bekannter Weise ange ordneten Stutzen für den Produktein- und -austrag;
Fig. 6b einen Chargenmischer mit einer Stutzenanordnung, die die Schaffung unterschiedlicher Bearbeitungszonen im Mischer zuläßt;
Fig. 7 einen in bekannter Weise kontinuierlich arbeitenden Feststoffmischer;
Fig. 8a einen nach der Erfindung arbeitenden Feststoff ischer im quasi-kontinuierlichen Betrieb;
Fig. 8b ein weiteres Ausführungsbeispiel eines quasi-konti¬ nuierlich arbeitenden Feststoffmischers.
Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht ma߬ stäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzelnen Figuren sind teilweise vergrößert dargestellt, damit ihr Aufbau besser gezeigt werden kann.
Fig. 1 zeigt mit 10 einen Feststoffmischer, der Schüttgüter im Chargenbetrieb, im kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Betrieb vermischen und kühlen und/oder thermisch behandeln kann. Der Feststoffmischer 10 setzt sich aus einem Behälter 11, einer horizontal angeordneten zylindrischen Trommel, und Kopfstücken 12,13 zusammen, die an den Stirnseiten des Behälters 11 angebracht sind. Die Kopfstücke 12,13 können mit den Stirn¬ seiten des Behälters 11 verschweißt oder verschraubt sein. Die Kopfstücke 12,13 weisen einen Durchbruch auf, der kreisförmig und koaxial zur Längsachse des Behälters 11 angeordnet ist. Durch den Durchbruch im Kopfstück 12,13 ist eine Welle 14 ge¬ führt, die in mit den Kopfstücken 12,13 verbundenen Lagern 15,16 drehbar gehalten ist. Das freie Ende der Welle 14, ein Wellenzapfen 17, ragt über das Lager 16 hinaus. Der Wellenzapfen 17 ist über ein geeignetes Getriebe mit einem Motor verbindbar. Die Einheit aus Motor und Getriebe dient als Antriebseinheit für die Welle 14. Auf der Welle 14 sind im Behälterinnenraum Mischelemente angeordnet, die gemeinsam mit der Welle eine Drehbewegung durchführen können.
Der Feststoffmischer 10 ist über Stützen 21,22 auf Fundamenten bzw. Rahmenkonstruktionen befestigbar. In der Fig. 1 schräg nach hinten weisend ist am Behälter 11 eine Beschickungsöffnung 23 angeordnet, die als Beschickungsstutzen 24 mit einem Flansch ausgebildet ist. Zu bearbeitendes Schüttgut kann in Pfeilrich¬ tung 25 über den Beschickungsstutzen 24 in den Behälter 11 einströmen, über den Flansch am Beschickungsstutzen 24 ist die Beschickungsöffnung 23 mit Rohr- und Beschickungssystemen ver¬ bindbar. Im unteren Bereich des Behälters 11 ist eine Entleerungsöffnung 26 vorgesehen, die als Entleerungsstutzen 27 mit einem geeigneten Flansch ausgebildet ist. Im Feststoff- mischer 10 behandeltes Schüttgut kann über den Entleerungs¬ stutzen 27 in Pfeilrichtung 28 ausgetragen werden.
Als weitere Öffnung am Behälter 11 ist ein Belüftungsstutzen 31 vorgesehen, über den ein Druckausgleich im Behälterinnenraum er- reichbar ist oder über den Dämpfe bzw. Gasströme abgezogen werden können. Am Behälterboden, im wesentlichen im Bereich des Beschickungsstutzens 24, ist ein weiterer Stutzen 32 angebracht, der mit einem Blindflansch 33 verschlossen ist. über den Stutzen 32 kann das im Behälter befindliche Schüttgut entleert werden oder der Schüttgutstrom kann von der Beschickung in Pfeil richtung 25 ausgehend so gesteuert werden, daß das Schüttgut unmittelbar, nachdem es in den Behälter 11 eingeströmt ist, den Behälter 11 über den Stutzen 32 verläßt. Dies ist dann sinnvoll, wenn beispielsweise der Feststoffmischer 10 in ein Anlagensystem integriert ist und der durch den Feststoffmischer 10 mögliche Bearbeitungsschritt des Schüttgutes nicht notwendig ist oder wenn am Feststoffmischer 10 eine Störung auftritt. Zwischen dem Entleerungsstutzen 27 und dem Stutzen 32 können an dem Feststoffmischer 10 noch weitere Stutzen angebracht sein, über die einzelne Bearbeitungszonen direkt entleert werden können.
In der Fig. 1 ist längs der Oberseite des Feststoff ischers 10 eine Öffnungsklappe 35 vorgesehen. Die Öffnungsklappe 35 kann handbetätigt und/oder auch mit Hilfsmitteln automatisch geöffnet oder verschlossen werden. In der Öffnungsklappe 35 sind Schau¬ gläser 36,37,38 befestigt, über die der Schüttgutfluß im Be¬ hälter 11 visuell kontrolliert werden kann.
Auf der Behälteraußenwand sind Halbrohrschlangen 40 aufgeschweißt, die mit Zuführungsleitungen 41,42,43 so verbunden sind, daß die Zuführungsleitungen 41, 42, 43 die Halbrohrschlangen 40 zentral mit einem Kühl-/Heizmedium ver¬ sorgen können. Der Anschluß an entsprechende Energieversorger erfolgt über eine Flanschverbindung 41',42' ,43'. Die Zuführungs¬ leitungen 41,42,43 sind voneinander getrennt, so daß die mit den jeweiligen Zuführungsleitungen 41,42,43 verbundenen Halb¬ rohrschlangen 40 getrennt mit Medien unterschiedlicher Tempera¬ turen betrieben werden können. Auf der in der Figur nicht ein¬ sehbaren Rückseite des Feststoffmischers 10 enden die Halbrohr¬ schlangen 40, indem sie in eine Abführungsleitung münden, die vergleichbar mit den Zuführungsleitungen 41,42,43 ausgebildet ist. Die Halbrohrschlangen 40 umgeben den Behälter 11 in Um- fangsrichtung auf mehr als 180°, aber weniger als 360°.
Unter Halbrohrschlangen 40 sind auch Halbrohre zu verstehen, die kreisbogenförmig am Behältermantel angeordnet sind und das durchströmende Medium nicht kontinuierlich wendeiförmig führen.
Auf der Rückseite des Feststoffmischers 10 sind die Halbrohr¬ schlangen 40 weiter nach oben gezogen als auf der Vorderseite. Diese konstruktive Ausgestaltung der Halbrohrschlangen 40 am Behälter 11 ermöglicht es, daß auch ein in Drehrichtung ange¬ hobenes Schüttgut vollkommen an gekühlten Flächen des Behälters 11 anliegt.
Der Behälter 11 weist an der Behälteraußenwand Stützringe 45,46 auf, die auch an der Öffnungsklappe 35 ausgebildet sind. Die Stützringe 45,46 versteifen den Behälter 11, so daß sich über die Länge des Behälters 11 eine konstante Trommelrundung mit einem sehr engen Toleranzbereich ergibt. Kreisbogenförmig ange¬ brachte Halbrohrschlangen 40 verbessern die Eigensteifigkeit des Behälters 11.
Auf der Rückseite des Feststoffmischers 10 sind Temperaturfühler 48,49,50 durch die Behälterwandung hindurch in den Produktin¬ nenraum geführt, über die Temperaturfühler 48,49,50 läßt sich die Schüttguttemperatur im jeweiligen Behälterabschnitt ermit- teln. Je nach Bedarf können an dem Feststoffmischer 10 noch schnell rotierende MesserkopfSysteme 51, 52 angebracht werden, die zusätzlich zur Vermischung der Feststoffpartikel durch die Werkzeuge auf der Welle 14 Agglomerate auftrennen bzw. die Korngrößenverteilung des zu bearbeitenden Schüttgutes beein¬ flussen können.
Fig. 2 zeigt den Feststoff ischer 10 in einer Seitenansicht. Das Kopfstück 12 verdeckt die horizontal liegende Trommel, die in der Figur mit unterbrochenen Linien eingezeichnet ist. Der Wellenzapfen 17 ragt aus dem Lager 16, in dem die Welle drehbar gelagert ist. Die Öffnungsklappe 35 ist aufgeschwenkt und der Beschickungsstutzen 24 sowie der Belüftungsstutzen 31 sind sichtbar. An der Behälteraußenwand sind die Halbrohrschlangen 40 mit der Zuführungsleitung 41 und einer Abführungsleitung 54 gezeigt, über die Stutzen 41', 54' sind die Halbrohrschlangen 40 mit einem nicht gezeigten Energieversorger bzw. Abflußsystem verbindbar. Die Zufuhrungs- und Abführungsleitung 41, 54 können auch gemeinsam auf einer Längsseite des Feststoffmischers 10 ausgebildet sein. Das in der Zufuhrungs- und Abführungsleitung 41, 54, geführte Fluid kreuzt dann zweimal den Produktstrom, in dem es zuerst quer zur Längsachse den Behälter 11 umströmt und dann wiederum zur Längsachse quer des Behälters 11 zurück¬ strömt. Seitlich im unteren Bereich ist schräg nach oben weisend durch die Behälterwand das MesserkopfSystem 51 geführt, das einen eigenen Antrieb aufweist.
In der Fig. 2 ist eine Trennscheibe 56 mit einer Durchgangs¬ öffnung 57 dargestellt. Ein durch den Beschickungsstutzen 24 in den Behälterinnenraum eintretendes Schüttgut kann nur durch die Durchgangsöffnung 57 längs der Welle gefördert werden. Das das Produkt kühlende oder erwärmende Fluid wird dem Feststoff- mischer 10 über die gesamte Länge über die Stutzen 41' und die Zufuhrungsleitung 41 zugeführt und das durch die Halbrohrschlan¬ gen 40 quer zum Produktstrom geführte Fluid wird über die Ab¬ führungsleitung 54 und die Stutzen 54' abgezogen.
Fig. 3 zeigt einen Feststoffmischer 60 stark schematisiert im Längsschnitt. Eine zylindrisch horizontal liegende Trommel 61 nimmt eine Welle 62 auf, die in Lagern 63, 64 an Kopfstücken 65, 66 befestigt, drehbar gelagert ist. über einen Beschickungs¬ stutzen 67 kann in Pfeilrichtung 68 Schüttgut in den Produkt¬ innenraum einströmen, über einen Entleerungsstutzen 69 kann das behandelte Schüttgut in Pfeilrichtung 70 aus dem Produkt¬ innenraum fließen. Als Werkzeuge, die mit der Welle 62 drehfest verbunden sind, sind in der Figur Vollschaufeln 71 und Halb¬ schaufeln 72 symbolhaft dargestellt. In der Figur ist der Pro¬ duktinnenraum in eine erste Bearbeitungszone 73, in eine zweite Bearbeitungszone 74 und in eine dritte Bearbeitungszone 75 eingeteilt. Die erste Bearbeitungszone 73 ist axial durch das Kopfstück 66 und eine Trennscheibe 76 begrenzt. Die Trennscheibe 76 weist eine Durchgangsöffnung 77 auf, durch die das in Pfeil¬ richtung 68 einströmende Schüttgut von der ersten Bear¬ beitungszone 73 in die zweite Bearbeitungszone 74 gefördert werden kann. Die Förderung des Schüttguts im Produktinnenrau erfolgt einerseits durch den Schüttgutfluß selbst und anderer¬ seits durch eine in dem Schüttgut in axialer Richtung zum Entleerungsstutzen 69 hin gerichteten Bewegungskomponente, die von den rotierenden Vollschaufeln 71 und Halbschaufeln 72 er¬ zeugt wird. Die zweite Bearbeitungszone 74 wird zum Beschickungsstutzen 67 hin durch die Trennscheibe 76 begrenzt und zum Entleerungsstutzen 69 hin durch eine Trennscheibe 78. Die Trennscheibe 78 weist eine Durchgangsδffnung 79 auf, die die zweite Bearbeitungszone 74 mit der dritten Bearbeitungszone 75 verbindet. Die dritte Bearbeitungszone 75 wird von der Trenn¬ scheibe 78 und einer Trennscheibe 80 begrenzt. Eine Durchgangs¬ öffnung 81 der Trennscheibe 80 verbindet die dritte Bearbei¬ tungszone 75 mit dem Raum, der den Entleerungsstutzen 69 auf¬ weist. Der Raum mit dem Entleerungsstutzen 69 kann bei Bedarf durch ein geeignetes Betreiben von Verschlußorganen am Ent¬ leerungsstutzen 69 als weitere zusätzliche Bearbeitungszone genutzt werden. Das Schüttgut kann über den Entleerungsstutzen 69 in Pfeilrichtung 70 aus dem Produktinnenraum fließen. Wird die Welle 62, die zusammen mit den Vollschaufeln 71 und den Halbschaufeln 72 das Schleuderwerk bildet, in Pfeilrichtung 82 gedreht, so werden die Feststoffpartikel im Schüttgut durch die Vollschaufeln 71 und die Halbschaufeln 72 intensiv unter¬ einander vermischt und gleichzeitig aufgrund der Anstellung der Vollschaufeln 71 und der Halbschaufeln 72 auf der Welle 62 von der ersten Bearbeitungszone 73 in die zweite Bearbeitungs¬ zone 74 und auch in die dritte Bearbeitungszone 75 gefördert. Die Trennscheiben 76,78,80 bewirken ferner, daß bei einer konti¬ nuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Betriebsweise des Fest¬ stoffmischers 60 ein Kurzschluß unterbunden werden kann. Unter Kurzschluß ist hierbei zu verstehen, daß Feststoffpartikel, die durch den Beschickungsstutzen 67 in den Produktinnenraum eintreten, unmittelbar danach wieder aus dem Produktinnenraum über den Entleerungsstutzen 69 austreten, ohne daß sie mit der jeweiligen mittleren Verweilzeit in den ersten, zweiten, dritten Bearbeitungszonen 73,74,75 verweilt haben. Die Trennscheiben
76.78.80 können unterschiedlich große Durchgangsöffnungen
77.79.81 aufweisen. Die Größe und die Lage der Durchgangsöff¬ nungen 77,79,81 ist produktabhängig, sie müssen auf die jewei¬ ligen Schüttgut-Kenngrößen, wie zum Beispiel Schüttdichte, Stoffdichte, Korngrößenbereich, Fließfunktion, abgestimmt werden. Der Lage nach können die Durchgangsöffnungen 77, 79, 81 sowohl im oberen wie auch im unteren Trommelbereich ange¬ ordnet sein. Meist sind die Durchgangsöffnungen 77, 79, 81 derart versetzt, daß ein direkter Produktfluß vom Beschickungs¬ stutzen 67 zum Entleerungsstutzen 69 auszuschließen ist.
Fig. 4a zeigt den Behälter 11 der Fig. 1 im Schnitt IVa-IVa. In der Figur wurde auf die Darstellung der Öffnungsklappe ver¬ zichtet. Auf einer Hohlwelle 85 sind drehfest Werkzeuge 86 angeordnet. Die Werkzeuge 86 sind als pflugscharartige Misch¬ werkzeuge ausgebildet. Sie weisen eine vorlaufende Spitze 87 auf und von dieser ausgehende, als Arbeitsflächen dienende seitliche Wangen 88, von denen wenigstens eine zur Laufrichtung 89 des Mischwerkzeuges derart schräggestellt ist, daß sie mit einer Radialebene, die durch die Längsachse des Mischwerkzeuges gelegt ist, einen stumpfen Winkel einschließt. Der stumpfe Winkel, unter dem die Wangen 88 der Mischwerkzeuge schräggestellt sind, entspricht etwa den inneren Bruchlinien des Schüttgutes beim Durchgang einer ebenen Fläche durch das Schüttgut. Die Werkzeuge 86 wie auch die Hohlwelle 85 werden von einem Kühl- oder Heiz¬ medium durchströmt. Eine erste Bearbeitungszone 90 ist zum Schüttgutaustrag hin durch eine Trennscheibe 91 begrenzt. Die Trennscheibe 91 ist mit einer Durchgangsöffnung 92 versehen, die die erste Bearbeitungszone 90 mit einer hinter der Trenn¬ scheibe 91 liegenden zweiten Bearbeitungszone 93 verbindet. Durch Halbrohrschlangen 94 strömt das Kühl- bzw. Heizmedium. Das Kühl- bzw. Heizmedium tritt über einen Stutzen 95 in die Ummantelung ein und verläßt das Mantelsystem durch einen Stutzen 96.
Über eine Zufuhrungsleitung 97 wird das Kühl- bzw. Heizmedium auf die einzelnen Halbrohrschlangen 94 gleichmäßig verteilt. In einer Abführungsleitung 98 wird das Kühl- bzw. Heizmedium, das die einzelnen Halbrohrschlangen 94 durchströmt hat, zusammen¬ gefaßt und zentral über den Stutzen 96 abgeführt.
Fig. 4b zeigt den Schnitt IVb-IVb aus der Fig. 1. Eine Trenn¬ scheibe 99 trennt die zweite Bearbeitungszone 93 von einer dritten Bearbeitungszone 100. Die rotierenden Werkzeuge 86 fördern das Schüttgut von der zweiten Bearbeitungszone 93 durch eine Durchgangsöffnung 101 in die dritte Bearbeitungszone 100. Halbrohrschlangen 102, die über einen Stutzen 103 und eine Zuführungsleitung 104 gespeist werden, können mit einem Kühl¬ bzw. Heizmedium anderer Temperatur betrieben werden als die Halbrohrschlangen 94, die in der Fig. 4a dargestellt sind. Über eine zentrale Abführungsleitung 105 und einen Stutzen 106 ver¬ läßt das Kühl- bzw. Heizmedium die Ummantelung. Im Schnitt der Fig. 4b ist die Öffnungsklappe nicht dargestellt.
Fig. 4c zeigt einen Schnitt IVc-IVc der Fig. 1. Eine Trenn¬ scheibe 108 begrenzt die dritte Bearbeitungszone 100 zum Produktauslaß hin. Durch eine Durchgangsöffnung 109 in der Trennscheibe 108 fließt das bearbeitete Schüttgut in den Raum mit einem Entleerungsstutzen. Die in der dritten Bearbeitungs¬ zone 100 rotierenden Werkzeuge 86 fördern das Schüttgut in Richtung der Trennscheibe 108 und heben es durch die Durchgangs¬ öffnung 109 hindurch. Halbrohrschlangen 111, die die Ummantelung des Trommelabschnitts der dritten Bearbeitungszone 100 bilden, können wiederum mit einer Temperatur des Kühl- bzw. Heizmediums betrieben werden, die sich von den Temperaturen unterscheidet, wie die erste Bearbeitungsstufe 90 bzw. die zweite Bearbeitungs¬ stufe 93 betrieben werden.
Die Trennscheiben 91,99,108 können ebenfalls gekühlt bzw. be¬ heizt werden. Das vom Produkteinlaß zum Produktauslaß hinge- förderte Schüttgut wird an den jeweiligen Trennscheiben 91,99,108 aufgestaut. Sie bewirken eine Kraft, die der axialen Förderrichtung des Schüttgutes entgegenwirkt.
Fig. 5a, 5b und 5c zeigen die Schüttgutbewegung in der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung stark schematisiert. In Abhängigkeit von der Froudezahl, sie stellt ein Maß für das Verhältnis von Zentrifugal- und Erdbeschleunigung dar, ändert sich das Bewe¬ gungsverhalten des Schüttguts im Produktinnenraum. Bei zunächst langsam drehendem Schleuderwerk wird das Produkt in Drehrichtung angehoben. Dies ist in der Fig. 5a gezeigt. Werkzeuge 112 rotieren in Pfeilrichtung 113 und bewegen die einzelnen Fest¬ stoffpartikel im Haufwerk. Hierbei stellt sich ein Winkel der freien Produktoberfläche ein, der etwa dem Schüttungswinkel des zu verarbeitenden Schüttguts entspricht. Beim Mischen im Haufwerk wird über die Werkzeuge wenig Energie in das Schüttgut eingetragen. Es erfolgt ein intensiver Austausch der Feststoff- partikel zur beheizten bzw. gekühlten Wandung hin.
In der Fig. 5b werden vermehrt Feststoffpartikel aus dem Schütt¬ gutbett in den freien Mischraum geschleudert, enn die Werkzeuge 112 in Pfeilrichtung 113 mit erhöhter Froudezahl rotieren. Die Schüttung wird mehr und mehr fluidisiert. Es handelt sich um das Feststoffmischen im mechanisch erzeugten Wirbelbett. Durch die höhere Schleuderwerksdrehzahl wird auch mehr Reibungsenergie erzeugt und das Schüttgut wird aufgrund der intensiven Bewegung erwärmt. Bei einem Kühlprozeß mit der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung kann der ansteigenden Schüttguttemperatur, die sich aufgrund der schnell rotierenden Werkzeuge 112 einstellt, un¬ mittelbar durch gekühlte Werkzeuge und gekühlte Trennscheiben entgegengewirkt werde . In der Fig. 5c rotiert das Schleuderwerk mit einer Schleuder¬ werksdrehzahl, die bewirkt, daß im Produktinnenraum ein mehr oder weniger geschlossener Produktring vorliegt. Der Produktring entspricht in seiner Konsistenz einer sich verdichtenden Schüt¬ tung. Die Reibungskräfte sind groß, das zu behandelnde Schütt¬ gut wird stark erwärmt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die in der Fig. 5b und der Fig. 5c gezeigten Schüttgutbewegungszustände nur kurzzeitig und in Intervallen eingestellt. Erhöhte Schleuder¬ werksdrehzahlen dienen dazu, das gekühlte Schüttgut durch die Durchgangsöffnungen in die nächstfolgende Bearbeitungszone überzuführen. Der verstärkte axiale Vorschub des Schüttguts wird innerhalb weniger Sekunden erreicht, so daß in einem dann darauf folgenden längeren Zeitintervall der Kühlmischer mit einer Schleuderwerksdrehzahl betrieben werden kann, die eine Schüttgutbewegung nach sich zieht, wie sie in der Fig. 5a dar¬ gestellt ist.
Die Vorrichtung ist mit einem polumschaltbaren bzw. stufenlos regulierbaren Antrieb versehen, damit von Zeit zu Zeit die Produktzustände der Fig. 5b bzw. 5c eingestellt werden können. Der Kühlprozeß selbst erfolgt aufgrund einer Schüttgutbewegung, die im Haufwerk erfolgt.
Fig. 6a zeigt einen Feststoffmischer 120, der als Chargenmischer ausgebildet ist. In einer zylindrischen Trommel 121, die be¬ vorzugt horizontal angeordnet ist, ist eine Welle 122 vorge¬ sehen, die mit Mischwerkzeugen bestückt und in Lagern 123, 124 drehbar gehalten ist. An der Trommel 121 ist ein Beschickungs¬ stutzen 125 und ein Entleerungsstutzen 126 vorgesehen. Mit einem Pfeil 127, 128 sind Schüttgutchargen symbolhaft darge- stellt. Sie werden zeitlich hintereinander in den Produktinnen¬ raum der Trommel 121 gegeben. Sind die Schüttgutchargen voll¬ ständig in den Produktinnenraum des Feststoffmischers 120 ein¬ geströmt, so kann der Behandlungsvorgang der Feststoffschüttung beginnen. Im gesamten Produktinnenraum erfolgt sowohl eine Quervermischung als auch eine Radialvermischung der Feststoff¬ partikel. Eine Trennung einzelner Produktmengen im Produktinnen¬ raum und eine unterschiedliche Behandlung dieser Produktmassen ist mit dem in der Figur 6a dargestellten Chargenmischer nicht möglich.
Fig. 6b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Feststoff¬ mischers 135 als Chargenmischer. In einer Trommel 136 ist eine Welle 137 gehalten und gelagert, auf der Mischelemente ange¬ bracht sind. An der Trommel 136 ist ein Beschickungsstutzen 138 an einer Stirnkopfseite vorgesehen und an der anderen Stirn¬ kopfseite ist ein Entleerungsstutzen 139 angebracht, über den Beschickungsstutzen 138 wird das zu bearbeitende Schüttgut chargenweise in Richtung der Pfeile 140, 141 in den Feststoff¬ mischer 135 eingeführt und nach einer vorgegebenen Bearbeitung¬ szeit über den Entleerungsstutzen 139 in Richtung der Pfeile 142, 143 ausgetragen. Der Beschickungsstutzen 138 ist in einer Weise an der Trommel 136 angebracht, daß er möglichst weit von dem Entleerungsstutzen 139 beabstandet ist. In dem Produktinnen¬ raum der Trommel 136 können Bearbeitungszonen geschaffen werden. Die Bearbeitungszonen sind von Trennscheiben begrenzt. Mit 144 und als unterbrochene Linie ist eine Trennscheibe in der Fig. 6b eingezeichnet, die den Produktinnenraum in eine erste Be¬ arbeitungszone 145 und in eine zweite Bearbeitungszone 146 einteilt. Entsprechend bearbeitendes Produkt kann chargenweise in die erste Bearbeitungszone 145 eingebracht werden und zeit¬ lich unabhängig davon kann aus der zweiten Bearbeitungszone 146 behandeltes Schüttgut in Richtung der Pfeile 142, 143 chargenweise aus dem Produktinnenraum ausgetragen werden. So¬ lange die Behandlung des Schüttguts im Produktinnenraum im Haufwerk erfolgt, sind die Schüttgutmassen der einzelnen Bear¬ beitungszonen 145, 146 voneinander getrennt.Entkoppelt vom Austrag des Produktes über den Entleerungsstutzen 139 kann Produkt über den Beschickungsstutzen 138 in den Produktinnenraum der ersten Behandlungszone 145 einströmen. Der Transport des Schüttgutes im Produktinnenraum von der ersten Behandlungszone 145 in die zweite Bearbeitungszone 146 erfolgt im fluidisiertem Zustand, d. h. im mechanisch erzeugten Wirbelbett bzw. im Schüttgutring. Dazu werden die Mischwerkzeuge mit einer höheren Froudezahl betrieben und die Mischwerkzeuge sind auf der Welle 137 so angebracht, daß sie fördernd in Richtung Produktaustrag wirken.
Wie bekannt, können die Stutzen bei Chargenmischern beliebig angeordnet sein. Der Produktaustrag wird über die Anstellung der Mischwerkzeuge auf der Welle gesteuert. Chargenmischer weisen üblicherweise etwa ein Längen-Durchmesserverhältnis von 1:2 auf.
Fig. 7 zeigt einen Feststoffmischer 150, der als kontinuierlich arbeitender Mischer betrieben wird. Eine Trommel 151 nimmt eine Welle 152 auf. Auf der Welle 152 sind die Mischelemente angeordnet, über einen Beschickungsstutzen 143 wird Schüttgut dem Produktinnenraum des Feststoffmischers 150 zugeführt und über einen Entleerungsstutzen 154 wird das behandelte Schüttgut abgezogen. In Richtung des Pfeils 155, der symbolhaft den kontinuierlichen Massenfluß kennzeichnet, strömen die Schütt¬ güter in den Feststoffmischer 150. Mittels Trennscheiben kann der Produktinnenraum des Feststoffmischers 150 in Bearbeitungs- 26
zonen unterteilt werden. Die Trennscheiben unterteilen den Produktinnenraum in einzelne voneinander unabhängige Bearbei¬ tungszonen. Innerhalb der Bearbeitungszonen werden die Schütt¬ güter sowohl radial wie auch axial vermischt.
Fig. 8a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines quasi-kontinuierlich arbeitenden Feststoffmischers 160, dessen Trommel 161 eine Welle 162 aufnimmt und an der ein Beschickungsstutzen 163 und ein Entleerungsstutzen 164 angeordnet ist. In Richtung der Pfeile 165, 166 wird Schüttgut chargenweise in den Produktinnen¬ raum der Trommel 161 eingeführt und in Richtung des Pfeils 167 wird das behandelte Schüttgut kontinuierlich ausgetragen. Die quasi-kontinuierliche Betriebsweise ergibt sich in der Fig. 8a durch einen chargenweisen Produkteintrag und einen kontinuierlichen Produktaustrag.
Fig. 8b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines quasi¬ kontinuierlich betriebenen Feststoffmischers 170. In einer Trommel 171 wird mittels rotierender Mischwerkzeuge das über einen Beschickungsstutzen 173 einströmende Schüttgut bearbeitet, über einen Entleerungsstutzen 174 wird das behandelte Schüttgut ausgetragen. In der Fig. 8b wird der Feststoffmischer 170 in Richtung des Pfeils 175 kontinuierlich beschickt und der Produktaustrag erfolgt in Richtung der Pfeile 176, 177 absatz¬ weise. Der Produktinnenraum des Feststoff ischers 170 kann in mehrere Bearbeitungszonen unterteilt sein, über die Betriebs¬ weise des Schleuderwerks kann der Produktstrom im Produktinnen¬ raum des Mischers 170 so gesteuert werden, daß aus der ersten Bearbeitungszone, die nahe dem Beschickungsstutzen 173 ange¬ ordnet ist, in ihr befindliches Produkt schnellstmöglich in die zweite Bearbeitungszone übergeführt wird. Die weiteren Bearbeitungszonen sind ebenfalls mit Produkt gefüllt. Dadurch, daß die erste Bearbeitungszone schneller als die sich daran anschließenden Bearbeitungszonen entleert wird, kann sie den kontinuierlichen Produktfluß in Richtung des Pfeils 175 störungsfrei aufnehmen und ein Produktstau bzw. eine Überfüllung der ersten Bearbeitungszone wird verhindert.
Das Längen-Durchmesserverhältnis bei kontinuierlich und quasi¬ kontinuierlich betriebenen Feststoffmischern ist üblicherweise größer als zwei und die Lage des Beschickungsstutzens zum Ent¬ leerungsstutzen ist derart, daß die zwischen ihnen liegende Distanz möglichst groß ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bewegung von Feststoffpartikeln, insbe¬ sondere als Kühlmischer, mit einem im wesentlichen hori¬ zontal angeordneten ummantelten Behälter (11) , der entlang seiner Längsachse von einer mit einem Antriebsmotor ver¬ sehenen Welle (14;62) durchsetzt ist, an der radial ver¬ laufende Werkzeuge (86) befestigt sind, die rotierend durch aufgezwungene Bewegungen im Schüttgut Feststoff¬ partikel vermischen, mit einer am Behälter (11) angeord¬ neten Beschickungs- und Entleerungsöffnung (23,26) , wobei im Behälter (11) quer zur Längsachse zwischen der Beschi¬ ckungsöffnung (23) und der Entleerungsöffnung (26) mindes¬ tens zwei Trennscheiben (76,78,80;91;99;108) , die jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung (77,79,81;92;101;109) aufweisen, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (11) mit einer Ummantelung versehen ist,- die nahezu über die gesamte Länge der Vorrichtung eine zentrale Zuführungsleitung (41,42,43; 97; 104) und Abführungsleitung (54;98;105) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung den Behälter (11) in Umfangsrichtung auf mehr als 180°, aber weniger als 360° umgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Ummantelung freie Umfangsabschnitt im oberen Bereich des Behälters (11) liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung entlang der Längsachse des Behälters (11) in Abschnitte eingeteilt ist, die un¬ abhängig voneinander eine Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr zulassen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus auf der Behälter¬ außenwand aufgeschweißten Halbrohrschlangen (40;94;102;111) besteht, die mit der zentralen Zuführungsleitung
(41,42, 3;97;104) und Abführungsleitung (54;98;105) ver¬ bunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennscheiben (76,78,80;91;99;108) kühl- und/oder beheizbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14;62) und die Werkzeuge (86) ein Schleuderwerk bilden, das kühl- oder beheizbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein polumschaltbarer Motor oder ein in seiner Drehzahl stufenlos verstellbarer Motor ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Bewegung von Feststoffpartir ..In im Mehrkammerbetrieb, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich¬ tung quasi-kontinuierlich betrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktbehandlung im Haufwerk und der Produkttransport zum Austrag hin im mechanisch erzeugten Wirbelbett oder im Produktring erfolgt.
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